專利名稱：一種基于相位一致性的眼底圖像視盤定位方法
一種基于相位一致性的眼底圖像視盤定位方法技術領域
本專利涉及一種基于相位一致性的眼底圖像視盤定位方法，該方法可確定視盤在眼底圖像中的位置，對正常眼底和輕度、中度、重度糖尿病病變眼底圖像均有很高的準確性，屬于圖像處理技術領域，可應用于臨床眼科以及與眼底病變相關疾病的診斷和治療。
背景技術：
醫學圖像處理與分析一直都是圖像處理和分析領域中研究的重點和熱點問題。借助圖形、圖像技術的有力手段，醫學圖像的質量和顯示方法得到了極大的改善，使得診療水平大大提高。圖像處理技術引入眼科已多年，通過眼底圖像的計算分析，對視盤、視網膜血管以及黃斑中央凹等重要眼底組織進行定量測量，在正常和異常之間做出明確鑒別，能及早、準確地發現各種眼部病變和相當多的全身性疾病，如糖尿病、高血壓、動脈硬化等。隨著社會對臨床眼底檢測的迫切需要，現有眼底圖像檢測方法在實際應用和測試中表現出諸多不足，這一領域面臨的困難和挑戰也日益增加。
視盤是眼底的重要組織之一，是一個直徑約為1. 5mm的淡紅色的圓形區，也稱為視神經乳頭，是視網膜神經纖維和視網膜血管出入眼球的部位，接收來自視覺感知細胞產生的神經沖動，并進一步通過視神經傳導至大腦形成視覺。其中央為漏斗狀凹陷，稱為生理凹陷。在視盤的中央可以看到4支視網膜動脈與靜脈，是維持視網膜營養的重要保證。視盤的形狀、面積和深度等參數是衡量眼底健康狀況的重要指標，視盤定位是眼底圖像配準拼接、血管分割、黃斑和病變提取以及視盤分割等眼底圖像處理的基礎。成像及個人差異等多樣性造成視盤形狀、顏色、大小等特征差異巨大，特別是多種眼底病變的存在給視盤自動定位帶來困難。研究出能滿足臨床眼底檢測所要求的準確性、客觀性、可重復性標準的眼底圖像視盤定位方法，對于臨床眼科研究以及與眼底病變相關疾病的診斷和治療具有重要意義。
迄今為止，有關眼底圖像檢測技術的研究工作已經取得了許多成果，國內外學者提出了很多視盤定位方法。如=Hoover等利用模糊聚類的方法建立血管與視盤之間的關系，進而得到較好的定位效果(Hoover A，Goldbaum M. Locating the optic nerve in a retinal image using the fuzzy convergence of theblood vessels[J].1EEE Transaction on Medical Imaging，2003，22 (8) :951-958)。Tobin 等建立在血管網的精確提取之上，通過分析其亮度、寬度以及方向信息定位視盤(Tobin K WiChaum EiGovindasamy VP，et al. Detection of anatomic structures in human retinal imagery[J].1EEE Transaction on Medical Imaging，2007，26 (12) :1729-1739) 李居鵬等通過構建“類血管”交叉網絡實現視盤定位(李居鵬，陳后金，張新媛.基于交叉網絡的眼底視神經乳頭自動定位.電子與信息學報，2009，31 (5) :1170-1174)。基于眼底視盤的不同屬性，一般將現有視盤定位方法分為兩種，基于視盤本身特征的方法和基于視網膜血管結構的方法。第一類方法基于視盤大致的圓形結構特征和相對眼底其它部位有較高亮度的特性來定位視盤， 對于有病變出現的視網膜，這種方法的魯棒性不強，尤其對于出現眼底疾病的情況，該方法并不能取得良好的定位結果。此外，這類方法大都先通過形態學預處理方法去除眼底血管， 然而形態學預處理使用全局統一、固定的形態學結構元，并且形態學變換存在固有的非線性與不可逆性，因此不可避免地對視盤邊緣特征引入較大的改變，導致定位結果的不準確。 第二類方法基于視盤為視網膜血管網絡匯聚點的屬性，需要事先分割出血管，對血管網的提取精度有較高的要求，計算復雜度較高，并且僅適用于血管網清晰的視網膜圖像，難以實現不同圖像質量下的視盤定位。
眼底圖像背景復雜，視盤和背景的對比度低、光照不均勻、視盤大小不統一等因素都會影響定位結果，造成定位不準確甚至目標丟失。因此，需要一種不受圖像中的噪聲、亮度和對比度變化的影響，具有通用性、魯棒性的眼底圖像視盤定位方法。發明內容
為實現視盤定位結果不受圖像噪聲、亮度等因素影響的目的，本發明提供了一種基于相位一致性的眼底圖像視盤定位方法，包括以下步驟首先，為突出視盤，將眼底圖像變換到Lab、Yuv、Yiq和Hsv四個顏色空間，分別選擇各空間中視盤與背景對比度最強的通道圖像；然后，對四個選定的通道圖像分別進行相位一致性處理，通過邏輯“與”運算增強結果；最后，利用窗口掃描和灰度累積的方法定位視盤。
1.選擇適合眼底圖像視盤定位的顏色空間通道本發明方法選擇了 Lab空間的a 通道、Yuv空間的u通道、Yiq空間的i通道和Hsv空間的s通道。這4個通道內的眼底圖像視盤明顯突出且保持很好的邊緣特性。
2.對步驟I中選出的4個單通道圖像分別進行PC處理，通過估計局部能量函數中的峰值計算眼底圖像中相位一致性最大的點。本專利選用log Gabor小波函數以及它的 Hilbert變換作為計算局部能量的濾波器。
3.對4個單通道圖像的PC結果進行邏輯“與”運算，增強PC結果。
4.選用80X80的矩形窗掃描整個邏輯“與”后的圖像，計算窗口內的像素均值最大值，利用此時窗口的質心坐標初定位視盤。
5.在步驟4得到的矩形窗口中分別沿X、Y方向進行灰度累積并計算出最大灰度值乂_、 _，將X方向灰度閾值設為O. 5*Xmax，Y方向灰度閾值設為O. 5*Ymax，保留大于閾值的圖像部分，計算保留部分的中心坐標，用該坐標最終確定視盤位置。
與現有方法相比，本發明的有益效果為
1.相位信息不受對比度低、光照不均勻等因素的影響，因此，本專利對不同圖像質量下的視盤定位均具有很強的魯棒性。
2.本專利考慮了不同個體視盤大小不統一的因素，采用了兩步定位最終確定視盤位置，保證了定位的準確性。
3.本專利可實現正常眼底和輕度、中度、重度病變眼底圖像視盤自動定位，可實現對患者眼底圖像的分析功能，對于提高醫生的診斷準確性與效率，提高醫療診斷水平，擴大眼科數字診斷系統應用范圍有著重要意義。
圖1 :本發明的視盤定位方法流程圖。
圖2 :不同顏色空間內的單通道眼底圖像。圖2-1為Lab空間的a通道眼底圖像， 圖2-2為Yuv空間的u通道眼底圖像，圖2-3為Yiq空間的i通道眼底圖像，圖2_4為Hsv 空間的s通道眼底圖像。
圖3 :經PC處理后，不同顏色空間內的單通道眼底圖像。圖3-1為Lab空間的a通道眼底圖像，圖3-2為Yuv空間的u通道眼底圖像，圖3-3為Yiq空間的i通道眼底圖像， 圖3-4為Hsv空間的s通道眼底圖像。
圖4:邏輯“與”后圖像。
圖5 :臨床眼底圖像視盤定位實驗結果圖。第一列為原始圖像；第二列為本發明的方法定位結果。圖5-1為正常眼底圖像，圖5-2為輕度病變眼底圖像，圖5-3為中度病變眼底圖像，圖5-4為重度病變眼 底圖像。
圖6 :利用STARE庫進行視盤定位實驗,并與Hoover方法的定位結果對比。第一列為原始圖像；第二列為Hoover方法的定位結果；第三列為本發明方法的定位結果。圖6_1 為正常眼底圖像，圖6-2 6-5為病變眼底圖像 。
具體實施方式
本發明的流程圖如圖1所示，首先為突出視盤，將原始圖像變換到Lab、Yuv、Yiq、 Hsv四個顏色空間；在各空間中選擇一個單通道圖像進行PC處理，通過邏輯“與”運算增強處理結果；利用窗口掃描和灰度累積的方法定位視盤。下面結合附圖，對本發明技術方案的具體實施過程加以說明。
1.顏色空間通道選取
選擇Lab空間的a通道、Yuv空間的u通道、Yiq空間的i通道和Hsv空間的s通道。如圖2所示，將原始圖像變換到這4個通道后，視盤明顯突出且保持很好的邊緣特性， 利于后續的視盤定位。
2.基于相位一致性對眼底圖像進行處理
相位一致性函數定義如下
權利要求
1.一種基于相位一致性的眼底圖像視盤定位方法，包括下列步驟 (1)選取顏色空間單通道圖像； (2)利用相位一致性函數對所選單通道眼底圖像進行處理； (3)對單通道圖像的PC結果進行邏輯“與”運算； (4)選用80X80的矩形窗掃描整個邏輯“與”后的圖像，計算窗口內的像素均值最大值，利用此時窗口的質心坐標初定位視盤； (5)在步驟(4)得到的矩形窗口中分別沿不Y方向進行灰度累積并計算出最大灰度值Χ_、Υ_，將X方向灰度閾值設為O. 5*Xmax，Y方向灰度閾值設為O. 5*Ymax，保留大于閾值的圖像部分，計算保留部分的中心坐標，用該坐標最終精確定位視盤。
2.根據權利要求1所述的眼底圖像視盤定位方法，其特征在于，步驟(I)中，僅選取適合眼底圖像視盤定位的顏色空間單通道圖像，沒有對圖像進行任何形態學預處理，保證了視盤邊緣特征的準確性。
3.根據權利要求1所述的眼底圖像視盤定位方法，其特征在于，步驟(2)中，使用相位一致性標識視盤特征，無需對波形進行任何假設，只是在傅里葉變換域里按相位一致的順序尋找特征點。
4.根據權利要求1所述的眼底圖像視盤定位方法，其特征在于，步驟(4)、(5)中，使用先初定位再精確定位的兩次定位方法確定視盤位置，提高定位準確性。
全文摘要
本發明屬于醫學圖像處理領域，涉及一種基于相位一致性的眼底圖像視盤定位方法。該方法在選取4個視盤較突出的單通道圖像后，利用相位一致性(Phase Congruency，PC)函數對所選取圖像進行處理，并采用邏輯“與”增強處理結果。對增強處理后的眼底圖像進行窗口掃描和灰度累積，進而定位視盤。本發明不受圖像中的噪聲、亮度和對比度變化的影響，對正常眼底和輕度、中度、重度糖尿病病變眼底圖像的視盤定位均有很高的準確性。
文檔編號A61F9/00GK103006175SQ20121046162
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者肖志濤, 耿磊, 張芳, 吳駿, 李筱涵 申請人:天津工業大學