一種基于區(qū)域自適應(yīng)處理的x射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能夠克服上述技術(shù)問題的基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法，其基于圖像區(qū)域自適應(yīng)處理原則，根據(jù)圖像中不同局部區(qū)域信息特征，自動(dòng)地以不同參數(shù)、不同處理方式對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)，達(dá)到同時(shí)提高圖像低灰度區(qū)域穿透力、改善圖像細(xì)節(jié)分辨力、提高圖像對(duì)比度的目的；使得X射線安全檢查圖像質(zhì)量明顯改善、圖像視覺效果顯著清晰；同現(xiàn)有技術(shù)相比，利用本發(fā)明所述方法對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)具有處理速度快、算法簡(jiǎn)單、增強(qiáng)效果清晰的特點(diǎn)，同時(shí)有效抑制了常規(guī)圖像增強(qiáng)方法對(duì)圖像噪聲的放大效應(yīng)，本發(fā)明特別適用于處理數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性要求高的X射線安全檢查【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】一種基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法，屬于X射線透射成像安全檢查圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，X射線透射成像技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于安全檢查領(lǐng)域，其基本原理是，當(dāng)利用X射線照射被檢查包裹時(shí)，通常情況下，由于包裹內(nèi)物體物質(zhì)組成、密度、大小、數(shù)量等特征各不相同，對(duì)X射線的衰減能力也不同，剩余X射線照射到探測(cè)裝置時(shí)，形成像素灰度值不同的掃描圖像，供檢查人員進(jìn)行觀察與判讀。然而，由于被檢查包裹的復(fù)雜性，以及安檢設(shè)備存在的X射線散射、光量子噪聲和光電轉(zhuǎn)換引入的系統(tǒng)噪聲等各種不利因素的影響，使得安全檢查圖像的特點(diǎn)不同于一般灰度圖像，具體表現(xiàn)為:圖像整體灰度動(dòng)態(tài)范圍寬、圖像低灰度區(qū)域穿透能力弱、圖像細(xì)節(jié)豐富但分辨不夠清晰、圖像低灰度區(qū)域與高灰度區(qū)域?qū)Ρ榷炔?。如果不做任何增?qiáng)處理，直接觀察原始圖像，則視覺效果欠佳，因此，為滿足檢查人員對(duì)圖像的正確判讀，需要對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，改善圖像質(zhì)量，以得到更理想、更佳視覺效果的安全檢查圖像。需要說明，由于安全檢查圖像的特殊性，改善圖像質(zhì)量必須以不丟失圖像信息、不引入過大噪聲、不引起細(xì)節(jié)失真為前提，避免檢查人員的錯(cuò)誤判讀。
[0003]常規(guī)的圖像增強(qiáng)方法大體可以分為灰度變換法和空間信息變換法兩類。典型的灰度變換法，如灰度拉伸與直方圖均衡方法，對(duì)于灰度集中，還有大量灰度級(jí)沒有充分利用的情況比較適用，與像素空間位置無關(guān)，適用于提高圖像整體灰度對(duì)比度；空間信息變換法也稱模板運(yùn)算法，算法形式幾乎都是通過以下方式實(shí)現(xiàn):首先，定義一個(gè)參與計(jì)算的局部區(qū)域大小，然后，將以下兩組值進(jìn)行卷積計(jì)算，得出目標(biāo)像素輸出灰度值，一是目標(biāo)像素及其局部區(qū)域像素灰度信息，二是與局部區(qū)域大小相同的局部權(quán)系數(shù)矩陣，這類方法適用于改善圖像局部區(qū)域?qū)Ρ榷?，提高圖像細(xì)節(jié)分辨力。但是，由于安全檢查圖像的特殊性與復(fù)雜性，上述常規(guī)圖像增強(qiáng)方法很難同時(shí)滿足提高圖像穿透力、細(xì)節(jié)分辨力與對(duì)比度的要求，灰度變換法適用于提高圖像低灰度區(qū)域穿透力、提高圖像整體對(duì)比度；空間信息變換法適用于改善圖像細(xì)節(jié)分辨能力、提高圖像局部區(qū)域?qū)Ρ榷龋?，上述這些方法都很難達(dá)到同時(shí)提高圖像穿透力、細(xì)節(jié)分辨力與對(duì)比度的目的。因此，針對(duì)X射線安全檢查圖像，有必要研究一種既能夠提高圖像穿透力，又能夠同時(shí)提高圖像細(xì)節(jié)分辨力與對(duì)比度的圖像增強(qiáng)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述技術(shù)問題的基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法，本發(fā)明基于圖像區(qū)域自適應(yīng)處理原則，根據(jù)圖像中不同局部區(qū)域信息特征，自動(dòng)地以不同參數(shù)、不同處理方式對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)，達(dá)到同時(shí)提高圖像低灰度區(qū)域穿透力、改善圖像細(xì)節(jié)分辨力、提高圖像對(duì)比度的目的。
[0005]本發(fā)明的一種基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法，包括以下步驟:[0006]I)通過X射線安全檢查設(shè)備采集獲得被檢查包裹圖像f(x，y)；
[0007]2)對(duì)圖像f (X，y)進(jìn)行分段非線性灰度變換，得到灰度變換圖像ftran(x，y)；
[0008]3)對(duì)圖像f (X，y)進(jìn)行不同尺度模板的圖像濾波處理，得到濾波圖像f_n(x，y)；
[0009]4)通過以下計(jì)算公式，得到高頻信息圖像fhigh(x，y):
[0010]fhigh (x, y) =f (x, y) -fmean (x, y)
[0011]5)確定一個(gè)與圖像f (x, y)中像素(χ, y)處灰度值相關(guān)的高頻信息放大倍數(shù)函數(shù)(3&(1，7))，高頻信息放大倍數(shù)。江(1，7))根據(jù)需要處理的像素(x，y)的灰度值自動(dòng)調(diào)整，低灰度區(qū)取比較高的高頻信息放大倍數(shù)，隨著灰度增高，高頻信息放大倍數(shù)減小，直至達(dá)到某一灰度值以后，取一個(gè)常數(shù)高頻信息放大倍數(shù)；
[0012]6)將c(f(x，y))與fhigh(x，y)相乘，得到放大后的高頻細(xì)節(jié)圖像fdetail (χ, y);
[0013]fdetail (x, y) =c (f (x, y)) X fhigh (χ, y)
[0014]7)最終增強(qiáng)圖像 fehance (χ, y)由 ftran(x, y)和 fdetail(x，y)相加獲得。
[0015]fehance (x, y) =ftran (χ, y) +fdetaii (χ, y)
[0016]在上述步驟2)中，分段非線性變換，由低灰度區(qū)的對(duì)數(shù)變換和非低灰度區(qū)的分段線性函數(shù)組成，其中，低灰度區(qū)的灰度閾值不高于圖像飽和值的5%。
[0017]在上述步驟3)中，均值濾波處理模板尺寸，由待處理像素(X，y)與其最接近的強(qiáng)邊緣像素之間的距離決定。待處理像素距離強(qiáng)邊緣位置越近，濾波模板尺寸越?。淮幚硐袼鼐嚯x強(qiáng)邊緣位置越遠(yuǎn)，濾波模板尺寸越大；待處理像素本身就是強(qiáng)邊緣的，濾波模板尺寸取最小值3X3。
[0018]上述步驟5)與待處理像素(x，y)灰度值相關(guān)的高頻信息放大倍數(shù)函數(shù)c (f(x，y))，通過多個(gè)函數(shù)擬合逼近，函數(shù)效果是:灰度值低的像素(x，y)，高頻信息放大倍數(shù)值高；灰度高的像素U，y)，高頻信息放大倍數(shù)值低；隨著灰度的增加，高頻信息放大倍數(shù)由一個(gè)高值趨向一個(gè)恒定的低值。
[0019]本發(fā)明的一種基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法所處理的安全檢查圖像的來源包含但不限于以下幾種方式:
[0020](I)單視角雙能量透射型X射線安檢設(shè)備采集圖像；
[0021](2)多視角雙能量透射型X射線安檢設(shè)備采集圖像；
[0022](3) CT型X射線安檢設(shè)備采集的DR(Digital Radiography,數(shù)字射線成像)行包圖像；
[0023](4)散射型X射線安檢設(shè)備采集圖像；
[0024](5)基于鈷60、加速器等技術(shù)的集裝箱檢查設(shè)備采集圖像。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了 X射線安全檢查圖像穿透力、分辨力和對(duì)比度的同時(shí)增強(qiáng)，使得X射線安全檢查圖像質(zhì)量明顯改善、圖像視覺效果顯著清晰。同現(xiàn)有技術(shù)相比，利用本發(fā)明所述方法對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)具有處理速度快、算法簡(jiǎn)單、增強(qiáng)效果清晰的特點(diǎn)，同時(shí)有效抑制了常規(guī)圖像增強(qiáng)方法對(duì)圖像噪聲的放大效應(yīng)，本發(fā)明特別適用于處理數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性要求高的X射線安全檢查【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明所述一種基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法的流程不意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明所述一種基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法的步驟SI涉及的分段非線性變換曲線示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明所述一種基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法的步驟S4涉及的高頻信息放大倍數(shù)函數(shù)曲線示意圖；
[0029]圖4是本發(fā)明所述一種基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法的利用X射線安檢設(shè)備采集的國(guó)標(biāo)測(cè)試箱原始圖像示意圖；
[0030]圖5是利用本發(fā)明方法對(duì)圖4進(jìn)行增強(qiáng)后的X射線安檢設(shè)備采集國(guó)標(biāo)測(cè)試箱圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1所示，
[0032]參照?qǐng)D1本發(fā)明所述一種基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法流程圖，在獲得利用X射線安全檢查設(shè)備采集得到被檢查包裹圖像f (X，y)后，本發(fā)明方法主要包括以下步驟:
[0033]I)步驟SI，對(duì)圖像f(x，y)進(jìn)行分段非線性灰度變換，得到灰度變換圖像ftran(x，y)；
[0034]2)步驟S2，對(duì)圖像f(x，y)進(jìn)行不同尺度模板的均值濾波處理，得到濾波圖像
fmean (Χ.Y)；
[0035]3)步驟S3，利用圖像f(x，y)和圖像fm_(x，y)，通過以下計(jì)算公式，得到高頻信息圖像4她(x，y):
[0036]fhigh (x, y) =f (x, y) -fmean (x, y)
[0037]4)步驟S4,確定一個(gè)與圖像f (x, y)中像素(x, y)處灰度值相關(guān)的高頻信息放大倍數(shù)函數(shù)c(f (χ, y))；
[0038]5)步驟S5,將c(f (χ, y))與fhigh(x，y)相乘，得到比例放大后的高頻細(xì)節(jié)圖像
fdetail (χ, y):
[0039]fdetail (x, y) =c (f (x, y)) X fhigh (x, y)
[0040]6)步驟S6,最終增強(qiáng)圖像(χ, y)由ftran(x, y)和fdrtaii(x，y)相加獲得。
[0041 ] fehance U，Y) =ftran U，Y) +fdetail U，Y)
[0042]利用X射線安全檢查設(shè)備采集得到被檢查包裹圖像f(x，y)后，在步驟SI中，首先對(duì)f (X，y)進(jìn)行分段非線性灰度變換，具體變換方法是:
[0043]I)對(duì)圖像f(x，y)設(shè)定一個(gè)低灰度閾值Gray1。,灰度低于Gray1。的部分利用對(duì)數(shù)拉伸,將灰度由O?Gray1。拉伸至O?α.log(Gray1J ,從而大幅提高圖像低灰度區(qū)對(duì)比度，其中α是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)常數(shù)參數(shù)；
[0044]2)對(duì)圖像f(x，y)設(shè)定一個(gè)高灰度閾值Grayhi,并定義一個(gè)低于Grayhi的閾值Gray’ hi,以及一個(gè)灰度接近飽和的閾值Grayfull,灰度高于Grayhi的部分利用線性拉伸，將灰度由 Grayhi ?Grayfull 拉伸至Gray’ hi?Grayfull,改善其高灰度區(qū)對(duì)比度；
[0045]3)直接利用線性變換,將Gray1。?Grayhi之間的灰度變換至α.1g(Graylo)?Gray，hi。[0046]—個(gè)典型的非線性灰度變換曲線實(shí)施例圖如圖2所示。
[0047]步驟S2用于對(duì)圖像f (X，y)進(jìn)行不同尺度模板的均值濾波處理，得到濾波后的圖像f_n(x，y)，其中，均值濾波尺度M的確定方法是本步驟的關(guān)鍵。
[0048]均值濾波尺度M確定步驟如下:
[0049]I)對(duì)原始圖像f (X，y)進(jìn)行Sobel邊緣檢測(cè)，獲得邊緣灰度圖像fedge(x，y)；
[0050]2)利用經(jīng)驗(yàn)閾值函數(shù)S (f (χ, y))對(duì)fedge;(x，y)進(jìn)行分割并二值化，保留fedge;(x，y)中的強(qiáng)邊緣信息f；dge-hi(X，y)，其中，經(jīng)驗(yàn)閾值函數(shù)S(f(x，y))設(shè)計(jì)為一個(gè)與原始圖像f(x, y)對(duì)應(yīng)像素灰度相關(guān)的函數(shù)；
[0051]3)以事先確定的最大經(jīng)驗(yàn)濾波模板尺度N為均值濾波尺度M的上限基準(zhǔn)，并以fedge-hi (χ, y)為初始區(qū)域進(jìn)行形態(tài)學(xué)膨脹處理，膨脹過程中進(jìn)行濾波模板尺度標(biāo)記，標(biāo)記方法是:將fedge-hi (χ, y)定義為最小初始濾波尺度模板區(qū)域，然后，以f*-hi (χ, y)為初始區(qū)域，每膨脹一輪，此次膨脹出的區(qū)域?qū)?yīng)濾波模板尺度增加一個(gè)尺度，直至膨脹N輪。這樣就獲得了濾波模板尺度標(biāo)記圖像C(x，y)。處理時(shí)，直接讀取C(x，y)值，并以此值對(duì)應(yīng)模板尺度對(duì)圖像f U，y)目標(biāo)像素進(jìn)行卷積濾波，得到其對(duì)應(yīng)濾波后的圖像fm_(x，y)。
[0052]在步驟S3,通過以下計(jì)算公式,得到高頻信息圖像fhigh(x, y):
[0053]fhigh (x, y) =f (x, y) -fmean (x, y)
[0054]接著，需要確定高頻信息fhigh(x, y)的放大倍數(shù)函數(shù)c(f (x, y)),在步驟S4中實(shí)現(xiàn)。
[0055]需要說明，本發(fā)明所述高頻信息放大倍數(shù)，根據(jù)局部區(qū)域灰度自適應(yīng)調(diào)整，圖像中的低灰度區(qū)域，取比較高的高頻信息放大倍數(shù)，隨著灰度增高，高頻信息放大倍數(shù)減小，直至達(dá)到某一灰度值以后，取一個(gè)常數(shù)高頻信息放大倍數(shù)。
[0056]為了達(dá)到上述效果，本發(fā)明將高頻信息放大倍數(shù)設(shè)計(jì)為一個(gè)分段非線性函數(shù)c (f (X，y))，其利用一個(gè)非線性函數(shù)和一個(gè)線性函數(shù)組合實(shí)現(xiàn)，如以下公式所示:
【權(quán)利要求】
1.一種基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，基于圖像區(qū)域自適應(yīng)處理原則，根據(jù)圖像中不同局部區(qū)域信息特征，自動(dòng)地以不同參數(shù)、不同處理方式對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)，達(dá)到同時(shí)提高圖像低灰度區(qū)域穿透力、改善圖像細(xì)節(jié)分辨力、提高圖像對(duì)比度的目的，包括以下步驟: (1)通過X射線安全檢查設(shè)備采集獲得被檢查包裹圖像f(x，y)； (2)對(duì)圖像f(x，y)進(jìn)行分段非線性灰度變換，得到灰度變換圖像ftMn(x，y)； (3)對(duì)圖像f(x，y)進(jìn)行不同尺度模板的圖像濾波處理，得到濾波圖像fm_(x，y)； (4)通過以下計(jì)算公式，得到f(x，y)對(duì)應(yīng)的高頻信息圖像fhigh(x，y):
fhigh U，Y) =f (X，Y) -fmean U，Y) (5)確定與f(x，y)中不同像素灰度值相關(guān)的高頻信息放大倍數(shù)函數(shù)c(f(x，y))； (6)將c(f(x，y))與fhigh(x，y)相乘，得到放大后的高頻細(xì)節(jié)圖像fdetaii(x，y); fdetail (x，y) =c (f (x，y)) X fhigh (χ，y) (7)最終增強(qiáng)圖像f—(X，y)由ftMn(x，y)和fdetaii(x，y)相加獲得。
fehance (χ，y) =ftran (χ，y) +fdetaii (χ，y)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟(2)所述分段非線性變換函數(shù)，由低灰度區(qū)的對(duì)數(shù)變換和非低灰度區(qū)的分段線性函數(shù)組成，其中，低灰度區(qū)的灰度閾值不高于圖像飽和值的5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟(3)所述均值濾波處理模板尺寸，由待處理像素(X，y)與其最接近的強(qiáng)邊緣像素之間的距離決定，待處理像素距離強(qiáng)邊緣位置越近，濾波模板尺寸越??；待處理像素距離強(qiáng)邊緣位置越遠(yuǎn)，濾波模板尺寸越大；待處理像素本身就是強(qiáng)邊緣的，濾波模板尺寸取最小值3X3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟(5)與待處理像素(x，y)灰度值相關(guān)的高頻信息放大倍數(shù)函數(shù)c(f(x，y))，通過多個(gè)函數(shù)擬合逼近，函數(shù)效果是:灰度值低的像素(x，y)，高頻信息放大倍數(shù)值高；灰度高的像素(x，y)，高頻信息放大倍數(shù)值低；隨著灰度的增加，高頻信息放大倍數(shù)由一個(gè)高值趨向一個(gè)恒定的低值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于區(qū)域自適應(yīng)處理的X射線安全檢查圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，所述方法所處理的安全檢查圖像的來源包含但不完全限于以下幾種方式: (1)單視角雙能量透射型X射線安檢設(shè)備采集圖像； (2)多視角雙能量透射型X射線安檢設(shè)備采集圖像； (3)CT型X射線安檢設(shè)備采集的DR(Digital Radiography,數(shù)字射線成像)行包圖像； (4)散射型X射線安檢設(shè)備采集圖像； (5)基于鈷60、加速器等技術(shù)的集裝箱檢查設(shè)備采集圖像。
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK103996168SQ201410026177
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】孔維武, 李 東, 董明文, 楊立瑞, 李宏偉 申請(qǐng)人:公安部第一研究所, 北京中盾安民分析技術(shù)有限公司