通过空间直方图分析实现对比度增强制造技术

一种用于数字化图象自动分析和增强以从背景区域中确定所关注区域（ＡＯＩ）的方法，该方法将一数字化图象划分为多个区域并计算每一区域的灰度级或强度直方图。根据选择的以保留空间邻近的该区域的顺序，在直方图空间中生成该区域的一图象。随后通过峰值检测和相似直方图处理该图象以确定空间分组特征。从以上所述确定ＡＯＩ，并根据输出设备的特性将对比度增强应用于原始图象。该方法特别适用于为向观察设备输出而增强医疗Ｘ射线图象。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图象处理
，更具体地涉及通过数值与数字信号处理技术实现图象数字表示的对比度分析和增强。在图象处理中，通常必须或最好通过有选择地修改表示图象的象素数据提供某些图象特征的校正或增强。通常希望改变图象中所关注区域(AOI)的对比度以强调或揭示其重要信息内容。对这种图象对比度操作，现有技术已开发了许多不同的技术和方法。某些是基于用户可选参数的，而另一些在操作中是自动的，它们是基于图象象素数据的各种统计估计。数字图象对比度增强技术已应用于广泛领域，其中图象是由象素数据表示的，包括由不可见及可见射线得到的图象例。如，在射线照像术领域，数字图象处理系统作为常规的基于胶片的X射线系统的替换或补充正逐步得到认可。图象一旦获取或被转换成数字电子格式，就可对其进行存储，检索、传输到远程场所，并且按需要在各种输出设备上观看。另外，可使用数字信号处理技术来增强图象的对比度或其它特性。通过扫描和数字化常规X射线胶片得到这种图象。或者，在数字射线照片中装备成象系统，它使用光敏材料以吸收入射射线并且以电荷载体分布的形式形成和保持物体潜象。通过扫描一窄束射线经过光敏材料并检测它所引起的电荷运动就能实现潜象图象的读出并将其转换为电子形式。这类系统的示例在Korn等的美国专利No.4,167,275和Nelson等的美国专利No.5,268,569中公开。经由数字射线照像术或常规X射线胶片得到的图象的动态范围，即记录细节的图象的最明和最暗部分之间的色调范围(对胶片而言，Dmax和Dmin)，通常超出大部分可能用于观察图象的输出系统的动态范围诸如CRT显示器、胶片和打印机等。这意味着为了适应输出设备要以某种方式改变图象的对比度范围。这意味着压缩色调范围以适应输出介质。在其他情况下，根据图象的用途希望压缩不包含重要信息的色调范围部分并扩展AOI的对比度范围以揭示最重要信息。例如，用于观察软组织的X射线图象与试图观察骨胳结构的X射线图象具有不同的重要对比度范围。除匹配输出设备的动态范围之外，将重要色调值置于一中密度范围内使得受训观察人员能容易地察看它们也是重要的。例如，在1.0的光强度(density)区域(中暗)，观察人员容易看到细微强度变化，而在3.0的光强度区域(很暗)，很难看到细微强度变化，即使在两种图象中细节都适当地提供了。与X射线胶片通过曝光和显影参考仅能得到有限对比度控制不同，可以用多种不同方式操作数字化图象以增强对比度。可以用多种方式改变对比度曲线的斜率，包括不同范围的不同斜率。可采用数值工具变换象素值。数字图象处理的问题不是缺乏处理图象工具，而是从多种可能中尽力提供图象区域和对比度曲线的合理选择。某些系统提供多个用户可选模式或曲线，以调用预定对比度和常数算法。其思想是提供覆盖多个通常期望图象情况的多个程序，并允许用户选择。该种策略的一个问题是，对所有情况而言，预定程序不一定是最佳的。另一问题是需要附加的用户时间步骤，以及可能的对用户的额外培训以便了解哪种模式最优或解释结果。依据选择模式，当相同图象数据集能够在相同的输出设备上产生多个不同外观的显示时，除非用户已在该系统中受到特写培训，否则将令人混淆。由于错误选择对比度模式，将导致丢失观察图象中重要细节的可能性。因此，期望提供以某种方式响应特定图象数据的自动类型系统，无需用户选择就能生成最佳图象。另外，依据图象数据集的大小和现有计算能力，切换模式进行比较将耗费相当多的计算和重新显示时间。这可能成为运程系统情况下的一个特定问题，此时数据传输由于通信链路而减慢。现有技术提出了用于自动图象分析和对比度增强的各种技术。有些检查图象数据数组以查找低、高灰度级值并根据它们查找某预定变换比例。另一些基于图象数据集采用复杂的统计技术。它们大部分生成图象值的直方图，随后以不同方式分析该直方图以制定对比度决策。数据值的直方图是所考虑的象素集中所有象素的不同图象值(即强度值)的相对频率图。各种现有技术随后使用各种从直方图提取的分析或参数以制定决策。使用直方图分析的技术示例在Fynahashi等的美国专利No.4,859,850，Takeo的美国专利No.5,179,597和Nakajima的美国专利No.5,015,853中公开。例如，在胸部X射线情况中，可能有大量超高强度象素对应于相对未受阻碍的X射线直接到达胶片的“空气”辐照。可能有另一些数量相对较大的低强度象素对应于胸腔纵隔区域。最后，在中间至较暗区域的较广范围上可能有另一些的象素对应于肺组织。这种直方图表现出一定的三态特征，并且基于这种分析有可能查找到中间范围值。在某种程度上，这些技术能够成功地确定这些特征，它们能够提供覆盖多种情况但在许多其他情况下比最佳差的用于对比度增强的有用基准。值的直方图在提供图象内容的抽象方面是非常有用的，借助于精简数据集，使计算更容易，并且在更高的统计级而非在象素级提供分析物体的方法。然而，直方图丢失了空间信息。换句话说，保留了象素灰度级值的频率而丢失了有关它们的空间分布信息。通过保留某些空间位置，本专利技术克服了基于直方图的图象分析的主要限制。例如，一个优秀的X射线技术人员将把医生感兴趣的身体部分置于接近图象中心的地方。因此，我们认为通常处于图象中心的信息和象素值比那些例如完全沿图象边缘的(信息和象素值)可能更重要，对图象而言，其边缘被假定为不是直接医疗需求的中心。常规直方图技术的问题在于完全忽略了这一空间线索。因此，本专利技术提出了一种方法，它利用直方图以获得有关象素色调范围或强度值的统计性重要信息，并同时利用该图象内与值的位置有关的有限但重要的空间信息。如此，提供了一个能够完全自动化的系统，且该系统以考虑相对空间方向的方式采用统计直方图数据分析。本专利技术分析全局和区域直方图生成所关注区域(AOI)象素明暗强度的估计以最佳地增强该图象。这种增强，连同适宜的输出设备变换，将生成高质量的X射线图象输出。根据本专利技术，数字图象被划分为栅格或跨越其面积的多个区域。每一区域被统计分析以形成一个有关其强度的直方图数据集。随后这些直方图数据以与原始图象上与原始方向和位置有关的模式被排序。由此生成的图以能够检测出最大、最小值并且和所关注的一个或多个区域的中央化结构有关的方式提供强度值分组。一旦确定这些所关注的色调范围，就能够提供标准化的对比度变换技术以将所关注的值置于输出设备的动态范围上，从而向观察者提供所关注区的最大量信息内容。在一实施例中，在方图的空间顺序可以按螺线类型模式进行，其中首先覆盖边缘，朝图象的中心向内处理。根据本专利技术，另外的顺序也同样可能，包括光栅、扫描和皮亚诺类型顺序模式。尽管本专利技术将根据应用到射线照片领域，即医疗X射线，的图象对比度增强进行说明，应意识到这只是举例而已，本专利技术可应用于其它类型图象的图象对比度增强。附图说明图1是细分为15个区域的一个图象的显示及某一区域的示例直方图。图2是可应用本专利技术的一个胸部X射线。图3是将本专利技术应用于图2中的图象所生成的直方图空间中的一幅图象。图4a、4b、4c和4d是说明在直方图空间中用于绘制区域的不同顺序的图示。图5是一说明本专利技术步骤的流程图。典型X射线图象包括至多3个不同区域。主关注区(AOI)是物体或身体的重要部分，其图象被得到。另一区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分析数字化图象的数据集以确定所关注区域的方法，该方法包括步骤：将数字化图象划分为多个区域；在该多个区域的每一区域内计算图象值频率的直方图数据；根据该多个区域的一种预定顺序组织每个区域的直方图数据以在该多个区域的直方图空间内生 成一图象的一数据集；以及在该多个区域的直方图空间内分析该图象的所述数据集，以在对应于数字化图象中所关注区域的分组图象值特征内确定局部最大值和最小值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰C舒尔茨，
申请(专利权)人：伊美申公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]