CN111199525A

CN111199525A - 一种图像直方图均衡增强方法及系统

Info

Publication number: CN111199525A
Application number: CN201911397466.9A
Authority: CN
Inventors: 鄢照龙; 王永贞; 李勇; 郑杰; 赵嘉
Original assignee: Shenzhen Lanyun Medical Image Co ltd
Current assignee: Shenzhen Lanyun Medical Image Co ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-05-26
Anticipated expiration: 2039-12-30
Also published as: CN111199525B

Abstract

本发明实施例提供了一种图像直方图均衡增强方法，包括：通过遍历原始图像中的所有像素，得到原始图像直方图数组；根据所述原始图像直方图数组计算出所述原始图像直方图的原始均衡化映射曲线；在所述原始均衡化映射曲线内加入强度控制因子得到目标非线性映射曲线；采用所述目标非线性映射曲线对所述原始图片进行灰度级非线性变换，得到目标增强图片。通过对原始X线图像直方图均衡映射曲线进行修改，加入强度调控因子，实现对原始图像进行指定强度的增强，以解决传统直方图均衡化中因过增强而导致的图像信息损失甚至失真的问题，在增强图像效果的同时，规避了图像失真的问题。

Description

一种图像直方图均衡增强方法及系统

技术领域

本发明涉及医疗影像技术领域，特别是涉及一种图像直方图均衡增强方法和一种图像直方图均衡增强系统。

背景技术

数字X线摄影(DR，Digital Radiography)因其相对经济、高效、诊断价值高被广泛应用于临床诊断，是目前普及率最高的临床影像学诊断手段之一。通常，由DR系统中X线探测器捕获并输出的影像为原始图像，只经过简单校准预处理，图像各方面参数(对比度、亮度、清晰度等)都较差，无法直接用于诊断，需借助计算机工作站进行有效的增强后处理。在一系列图像后处理中，直方图均衡化以其增强效果明显、易于实现且效率高，成为使用最广泛采用的处理技术之一。

然而，实践中发现，传统直方图均衡化常常表现出过增强的缺陷，导致不同程度的图像信息损失甚至失真。对于医学图像而言，这会带来极大的隐患。为此，需要对传统直方图均衡化进行改进，弱化其增强力度，使之适宜于诊断要求。

现有技术一般采用局部且对比度限制的直方图均衡化，来实现图像对比度增强，但这种方式计算量大，而通常DR图像分辨力都比较高，以致不利于实际应用。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种图像直方图均衡增强方法和相应的一种图像直方图均衡增强系统。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种图像直方图均衡增强方法，包括：

通过遍历原始图像中的所有像素，得到原始图像直方图数组H₀；

根据所述原始图像直方图数组计算出所述原始图像直方图的原始均衡化映射曲线；

在所述原始均衡化映射曲线内加入强度控制因子得到目标非线性映射曲线；

采用所述目标非线性映射曲线对所述原始图片进行灰度级非线性变换，得到目标增强图片。

进一步地，所述原始均衡化映射曲线为：

其中，B为输出最大灰度级，N为原始图像总像素数。

进一步地，所述输出最大灰度级大于等于所述原始图像的最大灰度级。

进一步地，所述目标非线性映射曲线为：

其中，T为强度控制因子，M为原始图像最大灰度级。

进一步地，所述强度控制因子T的范围为0-1。

本发明实施例公开了一种图像直方图均衡增强系统，包括：

采集模块，用于通过遍历原始图像中的所有像素，得到原始图像直方图数组H₀；

计算模块，用于根据所述原始图像直方图数组计算出所述原始图像直方图的原始均衡化映射曲线；

强度控制模块，用于在所述原始均衡化映射曲线内加入强度控制因子得到目标非线性映射曲线；

增强模块，用于采用所述目标非线性映射曲线对所述原始图片进行灰度级非线性变换，得到目标增强图片。

本发明实施例公开了一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述的图像直方图均衡增强的方法的步骤。

本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的图像直方图均衡增强的步骤。

本发明实施例包括以下优点：通过对原始X线图像直方图均衡映射曲线进行修改，加入强度调控因子，实现对原始图像进行指定强度的增强，以解决传统直方图均衡化中因过增强而导致的图像信息损失甚至失真的问题，在增强图像效果的同时，规避了图像失真的问题。

附图说明

图1是本发明的一种图像直方图均衡增强方法实施例的步骤流程图；

图2是本发明的一种图像直方图均衡增强方法实施例的图像处理对比图；

图3是本发明的一种图像直方图均衡增强系统实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例的核心构思之一在于，提供了一种图像直方图均衡增强方法，包括：通过遍历原始图像中的所有像素，得到原始图像直方图数组；根据所述原始图像直方图数组计算出所述原始图像直方图的原始均衡化映射曲线；在所述原始均衡化映射曲线内加入强度控制因子得到目标非线性映射曲线；采用所述目标非线性映射曲线对所述原始图片进行灰度级非线性变换，得到目标增强图片。通过对原始X线图像直方图均衡映射曲线进行修改，加入强度调控因子，实现对原始图像进行指定强度的增强，以解决传统直方图均衡化中因过增强而导致的图像信息损失甚至失真的问题，在增强图像效果的同时，规避了图像失真的问题。

参照图1-2，示出了本发明的一种图像直方图均衡增强方法实施例的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：

S100，通过遍历原始图像中的所有像素，得到原始图像直方图数组H₀；

S200，根据原始图像直方图数组计算出原始图像直方图的原始均衡化映射曲线；

S300，在原始均衡化映射曲线内加入强度控制因子得到目标非线性映射曲线；

S400，采用目标非线性映射曲线对原始图片进行灰度级非线性变换，得到目标增强图片。

参照上述步骤S100所述，通过遍历原始图像中的所有像素，得到原始图像直方图数组H₀。直方图就是对数据进行统计的一种方法，并且将统计值组织到一系列实现定义好的bin当中。其中，bin为直方图中经常用到的一个概念，可以译为“直条”或“组距”，其数值是从数据中计算出的特征统计量，这些数据可以是诸如梯度、方向、色彩或任何其他特征。且无论如何，直方图获得的是数据分布的统计图。通常直方图的维数要低于原始数据。图像直方图是用以表示数字图像中亮度分布的直方图，标绘了图像中每个亮度值的像素数。这种直方图中，横坐标的左侧为纯黑、较暗的区域，而右侧为较亮、纯白的区域。因此一张较暗图片的直方图中的数据多集中于左侧和中间部分，而整体明亮、只有少量阴影的图像则相反。直方图是图像中像素强度分布的图形表达方式，它统计了每一个强度值所具有的像素个数。

参照上述步骤S200所述，根据原始图像直方图数组计算出原始图像直方图的原始均衡化映射曲线。将上述原始直方图数组均衡化的目的就是使得图像增强，直方图均衡化是图像处理领域中利用图像直方图对图像对比度进行调整的方法。对比度是画面黑与白的比值，也就是从黑到白的渐变层次。比值越大，从黑到白的渐变层次就越多，从而色彩表现越丰富。对比度对视觉效果的影响非常关键，一般来说对比度越大，图像越清晰醒目，色彩也越鲜明艳丽；而对比度小，则会让整个画面都灰蒙蒙的。高对比度对于图像的清晰度、细节表现、灰度层次表现都有很大帮助。

参照上述步骤S300所述，在原始均衡化映射曲线内加入强度控制因子得到目标非线性映射曲线。通过修改图像全局直方图均衡化映射曲线，加入强度控制因子，实现强度可控的图像对比度增强。本方案基于图像的全局直方图，一方面，极大降低了计算量，效率高；另一方面，原始直方图均衡化映射曲线由原始图像计算获得，使得修改的非线性映射曲线具有良好的自适应性和平滑性，由图2可以看出，本申请中的图像直方图均衡增强方法能够保证增强效果，同时规避了可能的图像失真风险。

在本实施例中，原始均衡化映射曲线为：

其中，B为输出最大灰度级，N为原始图像总像素数。

在本实施例中，输出最大灰度级大于等于原始图像的最大灰度级。

在本实施例中，目标非线性映射曲线为：

其中，T为强度控制因子，M为原始图像最大灰度级。

在本实施例中，强度控制因子T的范围为0-1。

本申请描述了强度可控的X线图像直方图均衡增强方法。通过对原始X线图像直方图均衡映射曲线进行修改，加入强度调控因子，实现对原始图像进行指定强度的增强，以解决传统直方图均衡化中因过增强而导致的图像信息损失甚至失真的问题，为确保精准诊断打下基础。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

参照图3，示出了本发明的一种图像直方图均衡增强系统实施例的结构框图，具体可以包括如下模块：

采集模块100，用于通过遍历原始图像中的所有像素，得到原始图像直方图数组H₀；

计算模块200，用于根据原始图像直方图数组计算出原始图像直方图的原始均衡化映射曲线；

强度控制模块300，用于在原始均衡化映射曲线内加入强度控制因子得到目标非线性映射曲线；

增强模块400，用于采用目标非线性映射曲线对原始图片进行灰度级非线性变换，得到目标增强图片。

对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令系统的制造品，该指令系统实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种图像直方图均衡增强方法和一种图像直方图均衡增强系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种图像直方图均衡增强方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原始均衡化映射曲线为：

其中，B为输出最大灰度级，N为原始图像总像素数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述输出最大灰度级大于等于所述原始图像的最大灰度级。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标非线性映射曲线为：

其中，T为强度控制因子，M为原始图像最大灰度级。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述强度控制因子T的范围为0-1。

6.一种图像直方图均衡增强系统，其特征在于，包括：

7.电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的图像直方图均衡增强的方法的步骤。

8.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的图像直方图均衡增强的步骤。