專利名稱：圖像配準(zhǔn)方法、寬景成像方法、超聲成像方法及其系統(tǒng)的制作方法
圖像配準(zhǔn)方法、寬景成像方法、超聲成像方法及其系統(tǒng)技術(shù)鄰域本發(fā)明涉及醫(yī)用超聲系統(tǒng)中圖像拼接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種圖像配準(zhǔn)方法及其系統(tǒng)，利用該圖像配準(zhǔn)方法及其系統(tǒng)的寬景成像方法及其系統(tǒng)，以及利用該寬景成像方法及其系統(tǒng)的超聲成像方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超聲寬景成像技術(shù)，是利用探頭在同一平面內(nèi)移動(dòng)采集的一系列二維切面圖像拼接形成一幅觀測視野更大的寬景圖像，以便在同一圖像上顯示完整的組織和結(jié)構(gòu)，方便醫(yī)生診斷。超聲儀器一般用于醫(yī)生觀察人體的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，醫(yī)生將操作探頭放在人體部位對(duì)應(yīng)的皮膚表面，可以得到該部位的超聲圖像。超聲由于其安全、方便、無損、廉價(jià)等特點(diǎn)， 已經(jīng)成為醫(yī)生診斷的主要輔助手段。然而，由于超聲探頭的寬度是有限的，導(dǎo)致了超聲圖像的觀察視野是有限的，對(duì)于較大的組織或者結(jié)構(gòu)，屏幕上只能顯示其中一小部分的內(nèi)容，為了觀察整個(gè)組織，醫(yī)生就不得不來回移動(dòng)探頭，然后憑記憶獲取整個(gè)組織的信息；在進(jìn)行測量時(shí)，醫(yī)生需要反復(fù)調(diào)整探頭角度到合適的觀察位置，當(dāng)需要測量的區(qū)域位于一幅圖像內(nèi)后才能進(jìn)行測量，顯然，如果觀察區(qū)域超出了探頭能覆蓋的區(qū)域，就不能進(jìn)行直接測量。常規(guī)超聲的這種局限性正是寬景成像要解決的問題，寬景成像技術(shù)通過在同一平面內(nèi)掃描一系列二維切面圖像，利用相鄰圖像的相關(guān)性，將圖像系列拼接成一幅包含了該系列圖像所有內(nèi)容的寬景圖像。通過寬景圖像，醫(yī)生可以快速得到所檢驗(yàn)組織的超聲信息，大大提高了檢查速度。寬景成像主要包括配準(zhǔn)和拼接兩個(gè)環(huán)節(jié)，配準(zhǔn)是根據(jù)相鄰幀之間的相關(guān)性計(jì)算變換系數(shù)的過程，拼接是根據(jù)計(jì)算得到的變換系數(shù)，將兩幅圖像合成一幅圖像。在上述的兩個(gè)環(huán)節(jié)中，配準(zhǔn)環(huán)節(jié)直接決定了寬景成像結(jié)果的質(zhì)量和成像速度，是寬景成像的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的配準(zhǔn)技術(shù)存在兩類問題1、在保證準(zhǔn)確度的情況下，計(jì)算量非常大，從而導(dǎo)致成像速度慢；2、由于超聲圖像噪聲、組織運(yùn)動(dòng)及操作手法等因素的影響，算法的容錯(cuò)能力比較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種圖像配準(zhǔn)方法、寬景成像方法和超聲成像方法及其系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)能夠快速和準(zhǔn)確的進(jìn)行圖像的配準(zhǔn)，形成寬景圖像。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中采用如下技術(shù)方案一種圖像配準(zhǔn)方法，包括確定浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖；在浮動(dòng)圖中劃分出若干個(gè)子區(qū)域；在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)特征點(diǎn)；
確定每個(gè)特征點(diǎn)在配準(zhǔn)圖中的搜索區(qū)域；在每個(gè)所述搜索區(qū)域中搜索與該搜索區(qū)域?qū)?yīng)的特征點(diǎn)的匹配點(diǎn)，并分別根據(jù)所述匹配點(diǎn)計(jì)算每個(gè)特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量；對(duì)運(yùn)動(dòng)向量進(jìn)行擬合，得到浮動(dòng)圖相對(duì)于配準(zhǔn)圖的變換系數(shù)；更進(jìn)一步地，所述在每個(gè)所述搜索區(qū)域中搜索該搜索區(qū)域?qū)?yīng)的特征點(diǎn)的匹配點(diǎn)，并根據(jù)所述匹配點(diǎn)計(jì)算特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量包括在所述搜索區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)初值點(diǎn)；在所述初值點(diǎn)周圍確定一個(gè)鄰域；計(jì)算所述鄰域內(nèi)的點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值，判斷使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最優(yōu)的點(diǎn)與所述鄰域的初值點(diǎn)是否重合，如果是，以所述初值點(diǎn)為該搜索區(qū)域?qū)?yīng)的特征點(diǎn)的匹配點(diǎn)，根據(jù)所述初值點(diǎn)計(jì)算特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量；否則將所述使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最優(yōu)的點(diǎn)作為初值點(diǎn)，然后重復(fù)上述步驟?；谏鲜龇椒?，本發(fā)明的實(shí)施例中還提供一種圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，包括浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖確定模塊，用于確定浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖；子區(qū)域劃分模塊，用于在浮動(dòng)圖中劃分出若干個(gè)子區(qū)域；特征點(diǎn)確定模塊，用于在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)特征點(diǎn)；搜索區(qū)域確定模塊，用于確定每個(gè)特征點(diǎn)在配準(zhǔn)圖中的搜索區(qū)域；運(yùn)動(dòng)向量處理模塊，在每個(gè)所述搜索區(qū)域中搜索與該搜索區(qū)域?qū)?yīng)的特征點(diǎn)的匹配點(diǎn)，并分別根據(jù)所述匹配點(diǎn)計(jì)算每個(gè)特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量；運(yùn)動(dòng)向量擬合模塊，用于對(duì)運(yùn)動(dòng)向量進(jìn)行擬合，得到浮動(dòng)圖相對(duì)于配準(zhǔn)圖的變換系數(shù)。本發(fā)明實(shí)施例中，還提供一種寬景成像方法，包括采用上述圖像配準(zhǔn)方法來計(jì)算浮動(dòng)圖相對(duì)于配準(zhǔn)圖的變換系數(shù)；根據(jù)變換系數(shù)將浮動(dòng)圖與配準(zhǔn)圖進(jìn)行拼接；判斷是否結(jié)束拼接，如果是，輸出拼接后的圖像；否則更新配準(zhǔn)圖，然后重復(fù)上述步驟。基于上述方法，本發(fā)明實(shí)施例中還提供了一種寬景成像系統(tǒng)，包括上述圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)；圖像拼接模塊，用于根據(jù)變換系數(shù)將浮動(dòng)圖與配準(zhǔn)圖進(jìn)行拼接；拼接結(jié)束判斷模塊，用于判斷是否結(jié)束拼接，如果是，將拼接后的圖像送入圖像輸出模塊，如果否，將拼接后的圖像送入浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖確定模塊；圖像輸出模塊，用于輸出拼接后的圖像。本發(fā)明實(shí)施例中，提供一種超聲成像方法，包括發(fā)射超聲波；接收超聲回波；對(duì)超聲回波進(jìn)行處理，得到圖像；對(duì)圖像進(jìn)行DSC處理；采用上述寬景成像方法對(duì)經(jīng)過DSC后的圖像進(jìn)行處理，得到拼接后的圖像；顯示拼接后的圖像。
基于上述方法，本發(fā)明實(shí)施例中，還提供了一種超聲成像系統(tǒng)，包括探頭、波束合成器、信號(hào)處理器、DSC模塊及顯示器，還包括權(quán)利要求22所述的寬景成像系統(tǒng)，所述探頭、 波束合成器、信號(hào)處理器、DSC模塊、寬景成像系統(tǒng)及顯示器依次連接。本發(fā)明的有益效果由于采用計(jì)算初值點(diǎn)所在的每個(gè)鄰域內(nèi)的目標(biāo)函數(shù)值，判斷使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最優(yōu)的點(diǎn)與鄰域的中心點(diǎn)是否重合，如果是，根據(jù)鄰域的中心點(diǎn)計(jì)算特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量；否則將所述使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最優(yōu)的點(diǎn)作為初值，然后重復(fù)上述步驟，來快速計(jì)算運(yùn)動(dòng)向量，并采用鄰域初值法或歷史初值法來保證搜索的準(zhǔn)確性， 從而能夠準(zhǔn)確和快速的進(jìn)行圖像的配準(zhǔn)，形成寬景圖像。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的超聲成像系統(tǒng)的示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例的寬景成像系統(tǒng)的示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例的圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)的示意圖4為本發(fā)明實(shí)施例的寬景成像方法的流程圖5為本發(fā)明實(shí)施例的配準(zhǔn)環(huán)節(jié)的流程圖6為本發(fā)明實(shí)施例的爬山法的流程圖7為本發(fā)明實(shí)施例的爬山法實(shí)例圖8為本發(fā)明實(shí)施例的鄰域初值法的實(shí)例圖9為本發(fā)明實(shí)施例的鄰域初值法的流程圖10為本發(fā)明實(shí)施例的歷史初值法的實(shí)例圖11為本發(fā)明實(shí)施例的歷史初值法的流程圖12為本發(fā)明實(shí)施例的拼接圖計(jì)算的實(shí)例圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲成像系統(tǒng)的示意圖。超聲成像系統(tǒng)包括探頭1、 波束合成器2、信號(hào)處理器3、圖像存儲(chǔ)器4、DSC (Digital ScanConversion,數(shù)字掃描變換) 模塊5、寬景成像系統(tǒng)6和顯示器7。在使用上述超聲成像系統(tǒng)時(shí)，將探頭1在受測肌體組織的皮膚表面連續(xù)平滑移動(dòng)，探頭1向受診肌體組織發(fā)射超聲波，并接收從受診肌體組織反射回來的超聲回波?；夭ㄐ盘?hào)進(jìn)入波束合成器2，完成聚焦延時(shí)、加權(quán)和通道求和。其輸出信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理器3處理后，存儲(chǔ)到圖像存儲(chǔ)器4中。寬景成像系統(tǒng)6向圖像存儲(chǔ)器4發(fā)出控制信號(hào)，圖像存儲(chǔ)器 4根據(jù)該控制信號(hào)將最新存儲(chǔ)的圖像送入DSC模塊5中進(jìn)行DSC變換，經(jīng)DSC變換后的圖像被送入寬景成像系統(tǒng)6進(jìn)行寬景成像，寬景成像系統(tǒng)6將成像后的寬景圖像送到顯示器 7中顯示。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，采用上述超聲成像系統(tǒng)的超聲成像方法可以概括為如下步驟發(fā)射超聲波；
接收超聲回波；對(duì)超聲回波進(jìn)行處理，得到圖像；對(duì)圖像進(jìn)行DSC變換；對(duì)經(jīng)過DSC變換后的圖像進(jìn)行寬景成像；顯示圖像。本發(fā)明的實(shí)施例中，在對(duì)經(jīng)過DSC變換后的圖像進(jìn)行寬景成像時(shí)采用了一種快速且準(zhǔn)確的寬景成像方法，后文會(huì)對(duì)這種方法進(jìn)行詳細(xì)說明。上述超聲成像系統(tǒng)是實(shí)時(shí)的系統(tǒng)，即寬景成像過程和超聲圖像的獲取過程是同時(shí)進(jìn)行的，在進(jìn)行寬景成像的過程中，探頭1仍然在不斷的掃描，不斷將最新得到的超聲圖像送入到圖像存儲(chǔ)器4中。記每次從圖像存儲(chǔ)器4中取出的用于寬景成像的圖像為I1,12，…， Ii,…，對(duì)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)，Ii為第i_l幀拼接完時(shí)，圖像存儲(chǔ)器4中最新存儲(chǔ)的一幀圖像。拼接完前一幀即第i_l幀后緊接著拼接第i幀，以此拼接下去直到用戶發(fā)出寬景成像結(jié)束的指令而結(jié)束。上述超聲成像系統(tǒng)也可以演變成非實(shí)時(shí)的系統(tǒng)，即圖像的獲取過程和寬景成像過程不是同時(shí)進(jìn)行的，在圖像掃描完后才進(jìn)行寬景成像，成像結(jié)束后再將寬景圖像在顯示器 7中顯示。其操作步驟是從圖像存儲(chǔ)器4中取出用于寬景成像的圖像，并記為I1, I2,…， Ii,…，對(duì)于非實(shí)時(shí)系統(tǒng)，Ii = Ι^+Δ, Δ為相鄰兩次拼接的幀間隔，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。因?yàn)樘筋^1在肌體上是連續(xù)移動(dòng)的，所以相鄰兩幀間相互重疊的部分就會(huì)非常的大，匹配的區(qū)域非常的大。因此可選擇相拼接的圖像間隔一定的幀距離，具體的間隔量可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，一般可以設(shè)為3幀，也可根據(jù)前若干次的偏移量來自動(dòng)調(diào)整幀間隔，根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)總結(jié)出該間隔量是與偏移量成反比的。圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的寬景成像系統(tǒng)6的示意圖。寬景成像系統(tǒng)6包括浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖確定模塊10、圖像配準(zhǔn)模塊Μ、拼接判斷模塊25、圖像拼接模塊沈、拼接結(jié)束判斷模塊27、圖像輸出模塊觀；所述浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖確定模塊10包括圖像接收模塊20、配準(zhǔn)圖初始化判斷模塊21、配準(zhǔn)圖初始化模塊22、圖像幀數(shù)計(jì)算模塊23、配準(zhǔn)圖更新模塊29。 其中，浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖確定模塊10及圖像配準(zhǔn)模塊M構(gòu)成圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)。圖像接收模塊20用于向圖像存儲(chǔ)器4發(fā)出控制信號(hào)使圖像存儲(chǔ)器4將最新存儲(chǔ)的圖像送入DSC模塊5，并接收經(jīng)過DSC變換后的圖像。圖像接收模塊20將接收到的圖像傳遞到配準(zhǔn)圖初始化判斷模塊21，配準(zhǔn)圖初始化判斷模塊21對(duì)送入的圖像是否要進(jìn)行初始化做出判斷，若無需進(jìn)行初始化則直接進(jìn)入圖像配準(zhǔn)模塊M進(jìn)行圖像配準(zhǔn)。若經(jīng)過判斷該圖像為第一次從圖像存儲(chǔ)器4中取出的圖像，則進(jìn)入配準(zhǔn)圖初始化模塊22，初始化該幀圖像為配準(zhǔn)圖，同時(shí)配準(zhǔn)圖初始化模塊22會(huì)給圖像幀數(shù)計(jì)算模塊23 —個(gè)幀數(shù)計(jì)算指令，即在原幀數(shù)的基礎(chǔ)上加1。圖像幀數(shù)計(jì)算模塊23就會(huì)向圖像接收模塊20發(fā)出提取下一幀圖像的指令，圖像接收模塊20接收到指令并發(fā)出控制信號(hào)。圖像進(jìn)入圖像配準(zhǔn)模塊M進(jìn)行圖像配準(zhǔn)后，會(huì)根據(jù)需要有兩種可選的工作模式 第一種工作模式是將經(jīng)過配準(zhǔn)后的圖像傳遞到拼接判斷模塊25，拼接判斷模塊25判斷該幀圖像是否需要拼接，若可以拼接則將圖像送入圖像拼接模塊26進(jìn)行拼接，若不能進(jìn)行拼接則進(jìn)入拼接結(jié)束判斷模塊27。第二種工作模式是將經(jīng)過配準(zhǔn)后的圖像直接傳遞到圖像拼接模塊沈進(jìn)行拼接，完成拼接后進(jìn)入拼接結(jié)束判斷模塊27。
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拼接結(jié)束判斷模塊27根據(jù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)有不同的結(jié)束方式對(duì)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)是根據(jù)用戶發(fā)出寬景成像的結(jié)束指令而結(jié)束；對(duì)于非實(shí)時(shí)系統(tǒng)則是將圖像存儲(chǔ)器4 中的圖像處理完畢后自動(dòng)結(jié)束。若經(jīng)判斷后不結(jié)束拼接則將圖像送入配準(zhǔn)圖更新模塊29， 配準(zhǔn)圖更新模塊四對(duì)配準(zhǔn)圖進(jìn)行更新，并向圖像幀數(shù)計(jì)算模塊23發(fā)出一個(gè)幀數(shù)計(jì)算指令， 即在原幀數(shù)的基礎(chǔ)上加1。圖像幀數(shù)計(jì)算模塊23就會(huì)向圖像接收模塊20發(fā)出提取下一幀圖像的指令，圖像接收模塊20接收到指令并發(fā)出控制信號(hào)；若經(jīng)判斷后需要結(jié)束拼接則通過圖像輸出模塊觀將拼接完成的寬景圖像輸出顯示。圖3是圖2中的圖像配準(zhǔn)模塊M的示意圖。所述圖像配準(zhǔn)模塊M包括依次連接的子區(qū)域劃分模塊對(duì)1，特征點(diǎn)確定模塊對(duì)2，搜索區(qū)域確定模塊M3，運(yùn)動(dòng)向量處理模塊對(duì)4，運(yùn)動(dòng)向量過濾模塊M5，運(yùn)動(dòng)向量擬合模塊M6。子區(qū)域劃分模塊241用于在第i幀圖像中劃分出若干個(gè)子區(qū)域；特征點(diǎn)確定模塊242用于在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)特征點(diǎn)；搜索區(qū)域確定模塊243用于確定每個(gè)特征點(diǎn)在配準(zhǔn)圖中的搜索區(qū)域；運(yùn)動(dòng)向量處理模塊244用于在每個(gè)搜索區(qū)域中搜索與該搜索區(qū)域?qū)?yīng)的特征點(diǎn)的匹配點(diǎn)，并分別根據(jù)所述匹配點(diǎn)計(jì)算每個(gè)特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量 (本文簡稱為“特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)向量”)；運(yùn)動(dòng)向量過濾模塊245用于去除錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)向量；運(yùn)動(dòng)向量擬合模塊246用于對(duì)運(yùn)動(dòng)向量進(jìn)行擬合，得到浮動(dòng)圖相對(duì)于配準(zhǔn)圖的變換系數(shù)。所述運(yùn)動(dòng)向量處理模塊244還包括用于確定爬山法的起始點(diǎn)的初值點(diǎn)確定模塊 2441 ；運(yùn)用確定的初值點(diǎn)作為計(jì)算基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)向量計(jì)算模塊M42，其在所述初值點(diǎn)周圍確定一個(gè)鄰域，并計(jì)算此鄰域內(nèi)的點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值，判斷使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最優(yōu)的點(diǎn)與所述鄰域的初值點(diǎn)是否重合，如果是，以所述初值點(diǎn)為該搜索區(qū)域?qū)?yīng)的特征點(diǎn)的匹配點(diǎn)，根據(jù)所述初值點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量；否則將所述使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最優(yōu)的點(diǎn)作為初值點(diǎn)，然后重復(fù)上述步驟，直至計(jì)算得出特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量(后文詳敘)。圖4示意的是寬景成像系統(tǒng)6的工作流程(即寬景成像方法)，具體包括步驟A 確定浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖。寬景成像系統(tǒng)6向圖像存儲(chǔ)器4發(fā)出控制信號(hào)指示圖像存儲(chǔ)器4將第i幀圖像送入DSC模塊5進(jìn)行DSC變換，變換后的圖像送入寬景成像系統(tǒng)6用于寬景成像，本發(fā)明稱經(jīng) DSC變換后用于寬景成像的圖像為浮動(dòng)圖。其中，步驟A具體包括步驟Al 接收經(jīng)過DSC變換后的第i幀圖像；步驟A2 判斷i是否等于1，如果是，執(zhí)行步驟A3，否則將第i幀圖像作為浮動(dòng)圖， 然后執(zhí)行步驟B;步驟A3 將第1幀圖像作為配準(zhǔn)圖；步驟A4 令i = i+Ι，然后執(zhí)行步驟Al ；步驟A5 更新配準(zhǔn)圖，然后執(zhí)行步驟A4。設(shè)置配準(zhǔn)圖的目的是為了在下一次的拼接中和浮動(dòng)圖進(jìn)行配準(zhǔn)，計(jì)算變換系數(shù)。 根據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的不同，可以將當(dāng)前的浮動(dòng)圖作為下一次拼接的配準(zhǔn)圖；或者根據(jù)變換系數(shù)將當(dāng)前的浮動(dòng)圖與配準(zhǔn)圖進(jìn)行拼接而得到新的配準(zhǔn)圖。步驟B 將浮動(dòng)圖與配準(zhǔn)圖進(jìn)行配準(zhǔn)，并計(jì)算變換系數(shù)。
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步驟C 判斷是否拼接，如果是，執(zhí)行步驟D，否則執(zhí)行步驟E。一般是根據(jù)變換系數(shù)的值來決定是否需要進(jìn)行拼接，具體判斷方法詳見后文。步驟D 根據(jù)變換系數(shù)將浮動(dòng)圖與配準(zhǔn)圖進(jìn)行拼接。步驟E 判斷是否結(jié)束拼接，如果是，執(zhí)行步驟F，否則執(zhí)行步驟A5。對(duì)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)，該步驟是通過用戶的輸入來判斷是否結(jié)束寬景成像；對(duì)于非實(shí)時(shí)系統(tǒng)，在i >N(N為圖像系列的總幀數(shù))成立時(shí)，結(jié)束寬景成像。步驟F 輸出當(dāng)前的拼接圖。在以上步驟中，步驟A和步驟B構(gòu)成圖像配準(zhǔn)方法，步驟C (拼接判斷環(huán)節(jié))并不是必需的，也可以不進(jìn)行拼接判斷就直接進(jìn)行步驟D (拼接環(huán)節(jié))。步驟B配準(zhǔn)的目的是利用浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖之間的相關(guān)性，計(jì)算出浮動(dòng)圖相對(duì)于配準(zhǔn)圖的變換系數(shù)，配準(zhǔn)環(huán)節(jié)的具體流程如圖5所示步驟Bl 在浮動(dòng)圖中劃分出若干個(gè)子區(qū)域。在浮動(dòng)圖中劃分出若干個(gè)子區(qū)域，子區(qū)域的形狀和大小沒有限制，可以根據(jù)實(shí)際需求靈活設(shè)定，各子區(qū)域的形狀和大小可以相同，也可以不同。各個(gè)子區(qū)域之間可以是緊挨著的，也可以相互之間是離散的，有一定的距離間隔。本實(shí)施例中，可以將浮動(dòng)圖留出一些邊界后劃分成等大小的30*30的方塊。步驟B2 在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)特征點(diǎn)。提取方法可以以每個(gè)像素點(diǎn)的灰度統(tǒng)計(jì)參數(shù)，如灰度梯度、點(diǎn)鄰域內(nèi)的灰度方差等等作為特征點(diǎn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。例如，在某一個(gè)子區(qū)域內(nèi)某一個(gè)點(diǎn)的灰度梯度值最大，則該點(diǎn)為所在子區(qū)域的特征點(diǎn)；也可以計(jì)算每個(gè)像數(shù)點(diǎn)其鄰域內(nèi)的灰度方差，其鄰域可取與其相鄰的8個(gè)點(diǎn)(即包括本身在內(nèi)的9個(gè)點(diǎn))的灰度方差，將鄰域內(nèi)灰度方差最大的點(diǎn)作為特征點(diǎn)。類似地，也可以用像素點(diǎn)的其它灰度統(tǒng)計(jì)參數(shù)來判斷特征點(diǎn)。步驟B3 確定每個(gè)特征點(diǎn)在配準(zhǔn)圖中的搜索區(qū)域。所謂搜索區(qū)域，是針對(duì)當(dāng)前特征點(diǎn)在配準(zhǔn)圖中劃出的一塊區(qū)域。一般來說，搜索區(qū)域越大，則搜索速度會(huì)越慢，但出錯(cuò)的可能性也就越小。但由于本發(fā)明實(shí)施例的搜索方法(后文詳述)中搜索速度對(duì)搜索區(qū)域的大小并不敏感，因此可以設(shè)置較大的搜索區(qū)域，例如，可以設(shè)搜索區(qū)域的大小與子區(qū)域的大小相等，以減少錯(cuò)誤搜索的可能性。步驟B4 計(jì)算每個(gè)特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量。步驟B5 去除錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)向量。由于超聲圖像噪聲多及組織本身的運(yùn)動(dòng)，并不是每個(gè)子區(qū)域的特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)向量都是準(zhǔn)確的，需要過濾去除一些錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)向量。過濾是一種“修剪”的過程，即把一些偏離運(yùn)動(dòng)向量集合的個(gè)體去掉。用于過濾的方法有很多，比如聚類(對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，去除離中心點(diǎn)最遠(yuǎn)的點(diǎn)，例如，剔除離中心點(diǎn)左右最遠(yuǎn)的10%的量)，也可以利用一些檢驗(yàn)指標(biāo)來判定去除不合格的運(yùn)動(dòng)向量。步驟B6 對(duì)運(yùn)動(dòng)向量進(jìn)行擬合，得到浮動(dòng)圖相對(duì)于配準(zhǔn)圖的變換系數(shù)。擬合的方法有很多，包括但不限于LSM(Least Squares Method，最小二乘法)擬合，也可以使用極大似然擬合、貝葉斯擬合等等。在配準(zhǔn)環(huán)節(jié)中，步驟B4是要對(duì)浮動(dòng)圖中的每個(gè)特征點(diǎn)，在配準(zhǔn)圖中對(duì)應(yīng)的搜索區(qū)域內(nèi)找到一個(gè)與之最相似的點(diǎn)，本發(fā)明稱兩點(diǎn)之間的相似程度為“相似度”，稱相似度最高的點(diǎn)為“匹配點(diǎn)”。由于單個(gè)的點(diǎn)所含有的信息很有限，很難實(shí)現(xiàn)點(diǎn)與點(diǎn)之間的匹配，因此， 通常利用以特征點(diǎn)為中心的wXh大小的鄰域?yàn)槟０澹０宓拇笮∫m中，如果模板太小， 會(huì)因攜帶的信息不足而難以匹配，反之，如果模板過大，不但會(huì)增大計(jì)算量，而且當(dāng)兩幀之間旋轉(zhuǎn)角度較大時(shí)，可能造成離中心點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)錯(cuò)位而引起匹配錯(cuò)誤。確定好特征點(diǎn)的鄰域后，需要在配準(zhǔn)圖中對(duì)應(yīng)搜索區(qū)域內(nèi)的每個(gè)搜索點(diǎn)擴(kuò)展為以之為中心的、與模板尺寸相同的鄰域，再以某個(gè)目標(biāo)函數(shù)對(duì)相似度進(jìn)行度量。衡量相似度的方法很多，例如SAD(Sum of AbsoluteDifference，絕對(duì)差和)方法、LSM方法，也可以使用互相關(guān)、互信息及各種度量向量距離的方法，本專利統(tǒng)稱用這些方法得到的目標(biāo)函數(shù)為F， 比如，對(duì)于SAD方法，F(xiàn)值越小，則兩個(gè)模板越相似。下面詳細(xì)介紹一下SAD方法。對(duì)于超聲寬景成像，假定探頭是在同一平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，可以認(rèn)為相鄰幀圖像的位置關(guān)系是在探頭移動(dòng)方向和圖像深度方向上有平移運(yùn)動(dòng)及在掃描平面內(nèi)有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，圖像之間的幾何變換可以近似地認(rèn)為屬于剛體變換，剛體變換的公式為
權(quán)利要求
1.一種圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，包括確定浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖；在浮動(dòng)圖中劃分出若干個(gè)子區(qū)域；在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)特征點(diǎn)；確定每個(gè)特征點(diǎn)在配準(zhǔn)圖中的搜索區(qū)域；在每個(gè)所述搜索區(qū)域中搜索與該搜索區(qū)域?qū)?yīng)的特征點(diǎn)的匹配點(diǎn)，并分別根據(jù)所述匹配點(diǎn)計(jì)算每個(gè)特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量；對(duì)所述運(yùn)動(dòng)向量進(jìn)行擬合，得到浮動(dòng)圖相對(duì)于配準(zhǔn)圖的變換系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述在每個(gè)所述搜索區(qū)域中搜索該搜索區(qū)域?qū)?yīng)的特征點(diǎn)的匹配點(diǎn)，并根據(jù)所述匹配點(diǎn)計(jì)算每個(gè)特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量包括在所述搜索區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)初值點(diǎn)；在所述初值點(diǎn)周圍確定一個(gè)鄰域；計(jì)算所述鄰域內(nèi)的點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值，判斷使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最優(yōu)的點(diǎn)與所述鄰域的初值點(diǎn)是否重合，如果是，以所述初值點(diǎn)為該搜索區(qū)域?qū)?yīng)的特征點(diǎn)的匹配點(diǎn)，根據(jù)所述初值點(diǎn)計(jì)算特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量；否則將所述使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最優(yōu)的點(diǎn)作為初值點(diǎn)，然后重復(fù)上述步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述在搜索區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)初值點(diǎn)包括確定種子子區(qū)域；獲得種子子區(qū)域的特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量；對(duì)于與種子子區(qū)域相鄰的子區(qū)域，以該子區(qū)域的特征點(diǎn)為起點(diǎn)，根據(jù)種子子區(qū)域的特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)向量求得一個(gè)終點(diǎn)，以所述搜索區(qū)域中與此終點(diǎn)位置相同的點(diǎn)作為該搜索區(qū)域內(nèi)的初值點(diǎn)；對(duì)于與種子子區(qū)域不相鄰的子區(qū)域，以該子區(qū)域的特征點(diǎn)為起點(diǎn)，根據(jù)與該子區(qū)域相鄰的已經(jīng)計(jì)算出運(yùn)動(dòng)向量的子區(qū)域的特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)向量求得一個(gè)終點(diǎn)，以所述搜索區(qū)域中與此終點(diǎn)位置相同的點(diǎn)作為該搜索區(qū)域內(nèi)的初值點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，選擇灰度統(tǒng)計(jì)參數(shù)最大的子區(qū)域作為種子子區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，采用全局搜索算法獲得種子子區(qū)域的特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)向量。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述在搜索區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)初值點(diǎn)包括獲取歷史浮動(dòng)圖中的子區(qū)域的特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)向量；以當(dāng)前浮動(dòng)圖的子區(qū)域的特征點(diǎn)為起點(diǎn)，根據(jù)歷史浮動(dòng)圖中與該子區(qū)域?qū)?yīng)的子區(qū)域的特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)向量求得一個(gè)終點(diǎn)，以所述搜索區(qū)域中與此終點(diǎn)位置相同的點(diǎn)作為該搜索區(qū)域內(nèi)的初值點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，利用全局搜索法計(jì)算歷史浮動(dòng)圖中所有子區(qū)域的特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)向量。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，在所述搜索區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)初值點(diǎn)包括計(jì)算當(dāng)前子區(qū)域的鄰近子區(qū)域的運(yùn)動(dòng)向量和上一幀浮動(dòng)圖中與當(dāng)前子區(qū)域相同位置的子區(qū)域的運(yùn)動(dòng)向量的加權(quán)平均運(yùn)動(dòng)向量，以當(dāng)前子區(qū)域的特征點(diǎn)為起點(diǎn)，根據(jù)所述加權(quán)平均運(yùn)動(dòng)向量求得一個(gè)終點(diǎn)，以所述搜索區(qū)域中與此終點(diǎn)位置相同的點(diǎn)作為該搜索區(qū)域內(nèi)的初值點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，以每個(gè)子區(qū)域內(nèi)灰度統(tǒng)計(jì)參數(shù)最大的像素點(diǎn)作為特征點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述確定浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖包括接收經(jīng)過DSC變換后的第i幀圖像；判斷i是否等于1，如果是，將第1幀圖像作為配準(zhǔn)圖，令i = i+Ι，然后重復(fù)上述步驟； 否則將第i幀圖像作為浮動(dòng)圖。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，在所述對(duì)運(yùn)動(dòng)向量進(jìn)行擬合之前，還包括去除錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)向量。
12.一種寬景成像方法，其特征在于，包括采用權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)所述的圖像配準(zhǔn)方法來計(jì)算浮動(dòng)圖相對(duì)于配準(zhǔn)圖的變換系數(shù)；根據(jù)變換系數(shù)將浮動(dòng)圖與配準(zhǔn)圖進(jìn)行拼接；判斷是否結(jié)束拼接，如果是，輸出拼接后的圖像；否則更新配準(zhǔn)圖，然后重復(fù)上述步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的寬景成像方法，其特征在于，在所述根據(jù)變換系數(shù)將浮動(dòng)圖與配準(zhǔn)圖進(jìn)行拼接之前還包括判斷是否進(jìn)行拼接，如果是，則根據(jù)變換系數(shù)將浮動(dòng)圖與配準(zhǔn)圖進(jìn)行拼接；否則進(jìn)入判斷是否結(jié)束拼接的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的寬景成像方法，其特征在于，以擬合出的角度是否大于設(shè)定的閾值來判斷是否拼接，如果擬合出的角度不大于設(shè)定的閾值，則根據(jù)變換系數(shù)將浮動(dòng)圖與配準(zhǔn)圖進(jìn)行拼接；否則進(jìn)入判斷是否結(jié)束拼接的步驟。
15.一種超聲成像方法，其特征在于，包括 發(fā)射超聲波；接收超聲回波；對(duì)超聲回波進(jìn)行處理，得到圖像； 對(duì)圖像進(jìn)行DSC處理；采用權(quán)利要求12所述的寬景成像方法對(duì)經(jīng)過DSC后的圖像進(jìn)行處理，得到拼接后的圖像；顯示拼接后的圖像。
16.一種圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，包括浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖確定模塊，用于確定浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖；子區(qū)域劃分模塊，用于在浮動(dòng)圖中劃分出若干個(gè)子區(qū)域；特征點(diǎn)確定模塊，用于在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)特征點(diǎn)；搜索區(qū)域確定模塊，用于確定每個(gè)特征點(diǎn)在配準(zhǔn)圖中的搜索區(qū)域；運(yùn)動(dòng)向量處理模塊，用于在每個(gè)所述搜索區(qū)域中搜索與該搜索區(qū)域?qū)?yīng)的特征點(diǎn)的匹配點(diǎn)，并分別根據(jù)所述匹配點(diǎn)計(jì)算每個(gè)特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量；運(yùn)動(dòng)向量擬合模塊，用于對(duì)所述運(yùn)動(dòng)向量進(jìn)行擬合，得到浮動(dòng)圖相對(duì)于配準(zhǔn)圖的變換系數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)向量處理模塊包括 初值點(diǎn)確定模塊，用于在所述搜索區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)初值點(diǎn)；運(yùn)動(dòng)向量計(jì)算模塊，用于在所述初值點(diǎn)周圍確定一個(gè)鄰域，并計(jì)算所述鄰域內(nèi)的點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值，判斷使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最優(yōu)的點(diǎn)與所述鄰域的初值點(diǎn)是否重合，如果是，以所述初值點(diǎn)為該搜索區(qū)域?qū)?yīng)的特征點(diǎn)的匹配點(diǎn)，根據(jù)所述初值點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量；否則將所述使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最優(yōu)的點(diǎn)作為初值點(diǎn)，然后重復(fù)上述步驟，直至計(jì)算得出特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述初值確定模塊包括 種子子區(qū)域確定單元，用于確定種子子區(qū)域；計(jì)算單元，用于計(jì)算種子子區(qū)域的特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量； 第一初值點(diǎn)獲取單元，用于獲取初值點(diǎn)，其中對(duì)于與種子子區(qū)域相鄰的子區(qū)域，以該子區(qū)域的特征點(diǎn)為起點(diǎn)，根據(jù)種子子區(qū)域的特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)向量求得一個(gè)終點(diǎn)，以所述搜索區(qū)域中與此終點(diǎn)位置相同的點(diǎn)作為該搜索區(qū)域內(nèi)的初值點(diǎn)；對(duì)于與種子子區(qū)域不相鄰的子區(qū)域，以該子區(qū)域的特征點(diǎn)為起點(diǎn)，根據(jù)與該子區(qū)域相鄰的已經(jīng)計(jì)算出的子區(qū)域的特征點(diǎn)運(yùn)動(dòng)向量求得一個(gè)終點(diǎn)，以所述搜索區(qū)域中與此終點(diǎn)位置相同的點(diǎn)作為該搜索區(qū)域內(nèi)的初值點(diǎn)ο
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述初值確定模塊包括 歷史運(yùn)動(dòng)向量獲取單元，用于獲取歷史浮動(dòng)圖中的子區(qū)域的特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)向量；第二初值點(diǎn)獲取單元，用于以當(dāng)前浮動(dòng)圖的子區(qū)域的特征點(diǎn)為起點(diǎn)，根據(jù)歷史浮動(dòng)圖中與該子區(qū)域?qū)?yīng)的子區(qū)域的特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)向量求得一個(gè)終點(diǎn)，以所述搜索區(qū)域中與此終點(diǎn)位置相同的點(diǎn)作為該搜索區(qū)域內(nèi)的初值點(diǎn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，還包括位于運(yùn)動(dòng)向量處理模塊和運(yùn)動(dòng)向量擬合模塊之間的運(yùn)動(dòng)向量過濾模塊，用于去除錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)向量。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖確定模塊包括圖像接收模塊，用于接收經(jīng)過DSC后的圖像； 配準(zhǔn)圖初始化判斷模塊，用于對(duì)圖像是否要進(jìn)行初始化做出判斷； 配準(zhǔn)圖初始化模塊，用于初始化圖像為配準(zhǔn)圖，并向圖像幀數(shù)計(jì)算模塊發(fā)送一個(gè)幀數(shù)計(jì)算指令；圖像幀數(shù)計(jì)算模塊，用于向圖像接收模塊發(fā)出提取下一幀圖像的指令。
22.一種寬景成像系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求16至21中任意一項(xiàng)所述的圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)； 圖像拼接模塊，用于根據(jù)變換系數(shù)將浮動(dòng)圖與配準(zhǔn)圖進(jìn)行拼接； 拼接結(jié)束判斷模塊，用于判斷是否結(jié)束拼接，如果是，將拼接后的圖像送入圖像輸出模塊，如果否，將拼接后的圖像送入浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖確定模塊； 圖像輸出模塊，用于輸出拼接后的圖像。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的寬景成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括拼接判斷模塊，用于判斷是否拼接，如果是，將浮動(dòng)圖送入圖像拼接模塊，如果否，將浮動(dòng)圖送入拼接結(jié)束判斷模塊。
24.一種超聲成像系統(tǒng)，包括探頭、波束合成器、信號(hào)處理器、DSC模塊及顯示器，其特征在于，還包括權(quán)利要求22所述的寬景成像系統(tǒng)，所述探頭、波束合成器、信號(hào)處理器、DSC 模塊、寬景成像系統(tǒng)及顯示器依次連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圖像配準(zhǔn)方法、寬景成像方法和超聲成像方法及其系統(tǒng)，所有方法都包括以下基本步驟確定浮動(dòng)圖和配準(zhǔn)圖；在浮動(dòng)圖中劃分出若干個(gè)子區(qū)域；在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)特征點(diǎn)；確定每個(gè)特征點(diǎn)在配準(zhǔn)圖中的搜索區(qū)域；計(jì)算每個(gè)特征點(diǎn)相對(duì)于配準(zhǔn)圖的運(yùn)動(dòng)向量；對(duì)運(yùn)動(dòng)向量進(jìn)行擬合，得到浮動(dòng)圖相對(duì)于配準(zhǔn)圖的變換系數(shù)。最終通過變換系數(shù)拼接出寬景圖像。采用本發(fā)明能夠準(zhǔn)確和快速的進(jìn)行圖像的配準(zhǔn)，形成寬景圖像。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102274042SQ20101020159
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者姚斌, 田勇, 胡勤軍, 鄒耀賢 申請(qǐng)人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司