用于在圖像序列中的噪聲降低的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于在圖像的序列中的噪聲降低的方法。
【背景技術】
[0002] 在動態數字放射線照相術中，實時產生對象的圖像序列。在采集期間，多個連續的 數字圖像或幀(幀圖像)被取得。連續的圖像例如依靠數字放射線照相術探測器被記錄。
[0003] 本發明集中于其中運動或立即反饋是至關緊要的應用，例如在對比研究中的時間 演化或用來指導或檢驗手術動作的介入熒光檢查。
[0004] 與靜態X射線圖像相比，每個圖像或幀的劑量對于熒光檢查的圖像序列能夠是非 常低的。
[0005] 結果，在單個幀中的噪聲內容與靜態圖像相比高得多。因此，噪聲降低在熒光檢查 的圖像序列的可視化增強的過程中是主要的考慮。
[0006] 通常，時空濾波技術用于通過利用在連續幀之間的強烈的相關性來降低噪聲。
[0007] 最先進的算法使用運動估計來平衡空間的和時間的噪聲濾波的強度。在靜態圖像 區中，時間的噪聲濾波比空間的濾波更好得多地保持圖像細節。然而，時間的濾波在強烈移 動場景中能夠產生稱為運動模糊的贗象。最先進的噪聲降低算法試圖通過當在幀上探測到 運動時降低時間的濾波的強度而有利于空間的濾波來避免運動模糊。
[0008] 由于高噪聲內容，在熒光檢查的圖像序列中的運動的探測是非常困難的。運動補 償的時空濾波經常無法精確地探測運動，因為高噪聲內容使用于控制濾波器的圖像梯度惡 化。
[0009] 幾乎所有的最先進的噪聲降低濾波器被實施為多尺度濾波器:這些濾波器被應用 到幀的小波或拉普拉斯金字塔表示。修改多尺度分解允許高頻噪聲信號的更多的濾波，同 時保持在圖像中的中頻和低頻構造信號。
[0010] 提供不需要運動估計的多尺度時間的噪聲降低方法是本發明的方面。
【發明內容】
[0011] 通過具有在權利要求1中闡述的特定特征的方法來實現以上提到的方面。本發明 的優選實施例的特定特征在從屬權利要求中被闡述。
[0012] 本發明可適用但不限于在熒光檢查醫學成像中得到的幀的序列。一般而言，它能 夠應用于通過各種類型的動態數字放射線成像(例如，動態數字放射線照相術)得到的圖 像。
[0013] 幀能夠通過用諸如應用在動態模式中的固態圖像探測器的放射線傳感器來記錄 圖像而得到。
[0014] 本發明的方法一般以當在計算機上運行時適于完成本發明的方法步驟的計算機 程序產品的形式被實施。計算機程序產品常見地被儲存在諸如DVD的計算機可讀載體介質 中。替選地，計算機程序產品采取電信號的形式并且能夠通過電子通信被傳送到用戶。
[0015] 本發明的進一步優點和實施例將從下面的描述和繪圖變得顯而易見。
【附圖說明】
[0016] 圖1示意性地示出本發明的不同的步驟。
【具體實施方式】
[0017] 提出的方法是不需要運動估計的多尺度時間的噪聲降低技術。
[0018] 本發明適用于所有眾所周知的多尺度分解方法。
[0019] 圖像的多尺度(或多分辨率，由此分辨率指代空間的分辨率)分解是在圖像的灰度 值表示的多個尺度上計算細節圖像的過程。
[0020] 多尺度分解機制一般包含把濾波器組應用到圖像的灰度值表示用于計算細節圖 像。眾所周知的技術例如是:拉普拉斯金字塔、伯特(Burt)金字塔、拉普拉斯堆棧、小波分 解、QMF濾波器組等。
[0021] 細節圖像的像素表示在細節圖像的尺度上原始圖像的像素值的變化量，由此尺度 指代這些變化的空間的幅度(spatial extent)。
[0022] 多尺度分解技術的示例被詳盡地描述在歐洲專利申請527 525 A2中。
[0023] 在幀的序列中的感興趣幀的多尺度噪聲降低通過校正感興趣幀的多尺度表示的 至少一個細節圖像來獲得。
[0024] 通過經由增加至少一個校正圖像到所述感興趣幀的多尺度表示中的（一個或多 個)對應(在相同尺度上)細節圖像使得所述感興趣幀的多尺度表示經受時間的濾波來執行 校正，（一個或多個)所述校正圖像通過組合作為在感興趣幀的多尺度表示與在所述序列中 的其他幀的選擇的多尺度表示之間的差值得到的削波(clipped)的差值圖像來計算。
[0025] 代替以上描述的加法，也能夠執行乘法。然而這是更復雜的操作。
[0026] 根據本發明，僅僅高達預定義尺度smax的多尺度表示中的小的細節圖像被修改。 smax的最佳值需要根據使用的像素分辨率和噪聲特性而被選擇。例如，如果在探測器中的像 素的裝倉(b i nn i ng )被激活，貝lj smax將被降低。
[0027] 在高于Smax的尺度上的大的細節圖像將不被修改。
[0028] 例如，如果在探測器中的像素的裝倉被激活，則smax將被降低。
[0029] 在連續幀Ft-k、…、Ft-2、Ft-1上上 +1上+2，"_上+15的圖像序列中，感興趣幀?*的噪聲 降低能夠通過利用有限數量的先前幀卩，在采集的圖像序列中的感興趣 幀之前，緊接著之前或者仍然更早的幀)來獲得。這允許以有限延遲實時處理圖像序列。
[0030] 能夠通過利用在序列中的許多后來的幀和許多先前幀兩者Ft-^Ft+hFt-^Ft+2、一 來獲得稍微更好的結果，因為在序列中的這些最靠近的幀將與感興趣幀Ft更相似(t表示采 集的相對時間）。然而，利用連續幀F t+1、Ft+2、···將引入更大的延遲，這在實時應用中不是最 佳的。
[0031 ]此后，解釋實施例，由此僅僅先前幀被用于時間的濾波。
[0032] 在時間的濾波中包含的先前幀（在感興趣幀之前）的數量需要根據在感興趣幀中 的噪聲特性以及期望的噪聲降低的量而被選擇。
[0033] 例如，局部標準偏差值(滑動窗口）是對感興趣幀中的尺度0上的像素計算的，這些 值的頻率柱狀圖被產生并且這個柱狀圖的最大倉(bin)用于確定Smax。
[0034] 提出的方法逐對地比較每個個別的先前幀Ft-k的多尺度表示與感興趣幀Ft的多尺 度表不。
[0035] 對于高達尺度smax的每個尺度s，通過從細節圖像ds,t-k的像素值減去細節圖像d s,t 的像素值來計算差值圖像diffs,t-k。
[0036] 在每個包含的先前幀Ft-k、…、的多尺度表示與感興趣幀Ft的多尺度表示 之間計算這些差值圖像。
[0037] 差值圖像diffs,t-k、…、diffs,t-2、diffs,t-i含有由于噪聲的差值而且含有由于場景 運動的差值。
[0038] 為了避免運動贗象或運動模糊，由于場景運動的差值需要在差值圖像中被降低。
[0039] 因為由于噪聲的像素差值比由場景運動導致的像素差值具有更小的幅值，所以削 波是用來校正由于場景運動的像素差值的高效方式。每尺度預定義的削波界限能夠被使 用。
[0040] 更自適應的途徑是以在感興趣幀Ft中的計算的噪聲等級nso的函數來定義削波界 限。
[0042]乘法因子匕是用來考慮到在不同細節尺度上噪聲振幅的下降的尺度相關的歸一 化因子。
[0043]乘法因子w能夠被分配給預定義的值或者能夠是圖像質量測量(例如，信噪比）的 反函數。
[0044]對于帶有高SNR的圖像，噪聲內容將是低的并且沒有或者少許校正被需要。對于帶 有低SNR的圖像，噪聲內容將是高的并且削波界限必須足夠大以獲得充分的噪聲降低。 [0045]從削波的差值圖像計算校正圖像corr s。這些校正圖像被增加到感興趣幀的多尺 度表示的對應的細節圖像(具有對應像素（即，帶有在幀中的相同位置的像素）的值的校正 圖像被增加）。
[0046]校正圖像能夠被計算作為差值圖像的平均：
而且，加權求平均是可能的，其中對于正被使用的更老的幀的權重下降。
[0047]感興趣幀的校正的多尺度表示能夠被進一步地用于可視化增強處理或者能夠被 重建為噪聲降低的輸出幀。
[0048]具體描述了當前發明的優選的實施例，對于本領域中的技術人員現將顯然的是在 不脫離如在所附權利要求中限定的本發明的范圍的情況下能夠在其中進行眾多修改。這樣 的修改的示例是把附加的空間濾波步驟應用到個別的差值圖像以去除線性結構(源自運動 贗象）。
【主權項】
1. 一種用于在數字放射線成像中處理在連續采集的幀的序列中的感興趣幀的方法，包 括以下步驟： -產生幀的多尺度表示，所述多尺度表示包括在不同尺度上的細節圖像， -通過增加至少一個校正圖像到所述感興趣幀的多尺度表示中的（一個或多個)對應細 節圖像，使所述感興趣幀的多尺度表示經受時間的濾波，所述校正圖像通過組合作為在感 興趣幀的多尺度表示與在所述序列中的其他幀的選擇的多尺度表示之間的差值得到的削 波的差值圖像來計算。2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述其他幀是在所述序列中的在將被處理的圖像 之前的預定義數量的圖像幀。3. 根據權利要求2所述的方法，其中在所述感興趣幀之前的所述其他幀是在所述序列 中的連續幀。4. 根據權利要求1所述的方法，其中所述其他幀是在所述感興趣幀之前的預定義數量 的幀以及在所述感興趣幀之后的預定義數量的幀。5. 根據權利要求2或4所述的方法，其中幀的所述預定義數量是在所述感興趣幀中的噪 聲特性和/或期望的噪聲降低的量的函數。6. 根據權利要求1所述的方法，其中所述削波的差值圖像通過用每尺度定義的削波界 限來對差值圖像進行削波而得到。7. 根據權利要求1所述的方法，其中所述削波的差值圖像通過用取決于在所述感興趣 幀中計算的噪聲等級的值的削波界限來對差值圖像進行削波而得到。8. 根據權利要求1所述的方法，其中所述時間的濾波僅被應用到高達預定義尺度smax的 細節圖像。9. 一種計算機程序產品，當在計算機上運行時適于完成之前的權利要求中的任何權利 要求的方法。10. -種計算機可讀介質，包括適于完成權利要求1-8中的任何權利要求的步驟的計算 機可執行程序代碼。
【專利摘要】一種用于在動態數字放射線照相術中處理連續采集的幀的序列中的幀的方法，其中幀的多尺度表示通過把至少一個校正圖像增加到在感興趣幀的多尺度表示中的（一個或多個）對應的細節圖像而經受時間的濾波，所述校正圖像通過組合作為在感興趣幀的多尺度表示與在所述序列中的其他幀的選擇的多尺度表示之間的差值而得到的削波的差值圖像而被計算。
【IPC分類】G06T5/50, G06T5/00
【公開號】CN105593899
【申請號】CN201480054601
【發明人】T.伯坦斯
【申請人】愛克發醫療保健公司
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2014年9月15日
【公告號】WO2015049103A1