標尺識別方法及影像拼接方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及X射線成像過程中圖像拼接技術，尤其涉及X射線成像過程中標尺擺 放方式及刻度數(shù)字自動識別的方法、運用標尺作為標記物的影像拼接方法及其裝置。
【背景技術】
[0002] 利用醫(yī)學圖像診斷脊椎前凸、側彎、下肢畸形等骨科疾病時，需要對骨骼進行角 度，力線、長度等方面的測量，但是由于目前X射線攝影設備在平板尺寸方面的限制，往往 在一次曝光區(qū)域中無法全部顯示，即成像范圍難以覆蓋完整的脊椎或下肢區(qū)域。此時，對脊 椎或四肢長骨采集圖像序列，利用圖像處理算法將圖像序列進行準確拼接，就可以完成對 上述骨科疾病的診斷和治療提供準確的影像信息。
[0003]圖像的拼接技術大體上分為不借助外部標記物的拼接和借助外部標記物的拼接。 不借助外部標記物的拼接技術主要分為基于灰度和基于特征的拼接技術。基于灰度的拼接 方法，利用像素的灰度信息，對重疊區(qū)域內(nèi)的像素按照一種或幾種相似性測度進行順次搜 索，進而實現(xiàn)匹配?；谔卣鞯钠唇臃椒ㄊ紫忍崛∠噜張D像中的特征（點特征，線特征，面 特征等），利用對特征集描述的匹配來實現(xiàn)圖像的位置匹配。
[0004] X射線圖像的特點是圖像中噪聲干擾較大，相鄰圖像之間的灰度差異較大，因外部 標記物在圖像中呈現(xiàn)出較強的特征，因而能夠有效避免X射線圖像中的噪聲和灰度差異對 算法準確性的干擾，實現(xiàn)快速準確的圖像拼接。在X射線圖像拼接過程中，常見的借助外 部標記物的拼接技術為利用對X射線衰減較大的長尺作為標記物，在圖像中對長尺進行定 位，刻度細分及刻度數(shù)字識別，計算出圖像中的長尺的重疊區(qū)域從而得到相鄰圖像的位置 偏移，根據(jù)位置偏移將兩幅圖像在重疊區(qū)域處準確接合。
[0005] 在現(xiàn)有圖像拼接技術中利用外部標記物（例如標尺）的拼接技術，圖像中標記物 特征明顯，過程相對簡單，因而能夠快速地檢測出圖像序列的接合位置，相關的現(xiàn)有技術可 以參考2008年11月19日公告的中國發(fā)明專利CN101305922B，該專利通過選取兩把鋼尺在 每幅圖像重疊區(qū)域的三個標記點，其中一把鋼尺上選取一點，另一把鋼尺上選取二點，由該 三個標記點構成兩幅圖像間的三角形匹配對，以一幅圖像為基準圖像，通過坐標變換，完成 兩幅相鄰分段影像的兩兩拼接。
[0006] 在借助標尺的X射線拼接成像系統(tǒng)中，標尺相對于平板的位置常常是固定的，標 尺不可隨意移動；對于體態(tài)較胖的患者，標尺容易被患者人體遮擋后不能有效成像，導致拼 接算法運算失敗，無法將多幅重疊連續(xù)的子圖像拼接融合成一幅完整的圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種方便用戶操作的標尺識別方法及影像拼接方法。
[0008] 為了實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種標尺識別方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟S1、利用標尺經(jīng)X射線照射成像后的圖像數(shù)據(jù)制作標尺刻度的數(shù)字模板；
[0010] 步驟S2、從拼接圖像中標尺圖像區(qū)域內(nèi)定位到數(shù)值圖像塊之后，提取出數(shù)值圖像 塊中的特定數(shù)字圖像塊；
[0011] 步驟S3、將特定數(shù)字圖像塊進行不同方式的變換并與數(shù)字模板進行相關系數(shù)的計 算，若某種變換方式下相關系數(shù)大于設定閾值，該種變換方式對應的標尺擺放位置即為所 求。
[0012] 優(yōu)選地，所述特定數(shù)字為數(shù)值圖像塊中的末尾數(shù)。
[0013] 優(yōu)選地，在所述步驟S1中，數(shù)字模板的制作步驟為：從一定數(shù)量的正常劑量拍攝 的標尺圖像中提取出〇，1，2…9的各個數(shù)字塊，將從不同圖像中提取的相同數(shù)字進行平均， 得到〇，1，2…9共10個數(shù)字模板。
[0014] 優(yōu)選地，將從不同圖像中提取的相同數(shù)字進行平均的方法是：將不同圖像中提取 的相同數(shù)字先統(tǒng)一處理成特定個像素高，特定個像素寬的圖像塊，然后就行相同位置上的 灰度疊加，生成一個和圖像塊，對和圖像塊進行閾值化的處理，將不同圖像中提取的相同數(shù) 字中共同的區(qū)域取出，差異較大的地方剔除掉。
[0015] 優(yōu)選地，所述步驟S2包括如下步驟：
[0016] 步驟S201 :利用計算梯度的方式檢測出標尺的中心線特征，生成二值化圖像矩 陣；
[0017] 步驟S202 :對二值化圖像矩陣進行霍夫變換，根據(jù)霍夫變換矩陣得出標尺中心線 在原圖像拼接圖像中的位置；
[0018] 步驟S203 :根據(jù)標尺中心線的位置從原圖像拼接圖像中提取出標尺圖像區(qū)域并 進行二值化操作，得到二值化后的標尺圖像；
[0019] 步驟S204 :從標尺圖像中提取數(shù)值圖像塊，并對圖像塊進行順時針90度旋轉，得 到旋轉后的數(shù)值圖像塊；
[0020] 步驟S205 :將前述數(shù)值圖像塊按位數(shù)劃分。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟S201具體包括如下步驟：
[0022] 首先，建立一個特征矩陣，與拼接圖像大小相同；特征矩陣為建立一個與拼接圖像 大小相同的二維矩陣，矩陣內(nèi)各個位置上的灰度值都賦為〇 ;
[0023] 其次，遍歷整幅原圖像，若當前位置（x，y)處像素的灰度值f (x，y) < f(x，y_step)
[0024]，且 f (x，y) < f (x，y+step)時，將 f (x，y-step) +f (x，y+step) -f (x，y)的值賦到 特征矩陣位置（x，y)上，step是指間隔幾個像素的y坐標；
[0025] 最后，對上述特征矩陣進行閾值化操作，生成二值化圖像矩陣。
[0026] 優(yōu)選地，所述步驟S205具體包括如下步驟：在豎直方向上對二值化后的圖像塊進 行累加求和，也就是對圖像塊中屬于同一列的像素進行累加，得到一維和數(shù)據(jù)，找到數(shù)字在 列方向上的起始和終止位置；
[0027] 該圖像塊進行水平方向上的求和計算，得到水平方向上的一維和數(shù)據(jù)，找到數(shù)字 在行方向上的起始和終止位置，得到最終的數(shù)字圖像塊。
[0028] 優(yōu)選地，在所述步驟S3中，利用提取出的特定圖像塊分別不進行翻轉、進行垂直 翻轉、水平翻轉、先水平翻轉再垂直翻轉之后的數(shù)據(jù)塊與數(shù)字模板進行相關系數(shù)的計算，得 出最大的相關系數(shù)而識別出標尺的擺放方式。
[0029] 優(yōu)選地，相關系數(shù)的計算公式為：
[0030]
[0031] 其中，X為數(shù)字圖像塊的一個向量，\是數(shù)字圖像塊的一個向量中的一個元素，Y是 數(shù)字模板中數(shù)字的一個向量，1是數(shù)字模板中數(shù)字的一個向量中的一個元素，通過計算公 式求出的結果若大于預設相關系數(shù)閾值，則數(shù)字模板中的數(shù)字為數(shù)字圖像塊的數(shù)字。
[0032] 優(yōu)選地，所述方法還包括如下步驟：步驟S4、對于不能利用末尾數(shù)圖像塊進行標 尺擺放方式識別的情況，借助與末尾數(shù)圖像塊相鄰的圖像塊與數(shù)字模板進行相關系數(shù)的計 算，實現(xiàn)標尺擺放方式的識別。
[0033] 為了實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供一種影像拼接方法，包括以下步驟：
[0034] 通過X射線成像設備獲取相鄰兩幅拼接圖像，相鄰兩幅拼接圖像都包括有標尺圖 像和人體圖像；
[0035] 利用前述標尺識別方法對所述標尺圖像中的標尺進行識別；
[0036] 根據(jù)標尺識別結果對相鄰兩幅圖像進行匹配拼接。
[0037] 優(yōu)選地，匹配拼接前還根據(jù)標尺識別結果而對拼接圖像進行翻轉操作而將拼接圖 像調(diào)整成正面成像的圖像。
[0038] 本發(fā)明的標尺識別方法及影像拼接方法能夠有效支持標尺的移動，對于體態(tài)較胖 的患者，醫(yī)生可以將標尺放在不被患者身體遮擋的有效成像區(qū)域范圍內(nèi)。同時，本發(fā)明的圖 像處理算法對于無論是標尺正面朝向球管，反面朝向球管，還是標尺中數(shù)字增大的方向是 背離地面，數(shù)字增大方向是指向地面的情況都能準確識別出標尺圖像中的數(shù)值，進而正確 計算出兩幅圖像中的重合區(qū)域的刻度范圍，準確地將相鄰兩幅圖像拼接。方便醫(yī)生使用，且 提高了拼接的準確率。
【附圖說明】
[0039] 圖1為本發(fā)明實施例中標尺識別方法的步驟流程示意圖；
[0040] 圖2為本發(fā)明實施例中標尺識別方法中步驟S2的流程示意圖；
[0041]圖3為本發(fā)明實施例中標尺刻度數(shù)字二值化后的模板圖像塊的示意圖；
[0042]圖4為本發(fā)明實施例中步驟S204實施后獲得的數(shù)值圖像塊中的數(shù)值圖像塊124 的不意圖；
[0043] 圖5為本發(fā)明實施例中步驟S205在豎直方向上對二值化后的圖像塊進行累加求 和，得到一維和數(shù)據(jù)及將末尾數(shù)字圖像塊從數(shù)值圖像塊中劃分出來的過程示意圖；
[0044]圖6為本發(fā)明實施例中步驟S205得到末尾數(shù)圖像塊對該圖像塊進行水平方向上 的求和計算，得到水平方向上的一維和數(shù)據(jù)，找到數(shù)字在行方向上的起始和終止位置，得到 最終的數(shù)字圖像塊的過程示意圖；
[0045] 圖7a_7d為本發(fā)明實施例中不同擺放方式的標尺在步驟S203實施后得到的標尺 示意圖；
[0046] 圖8a_8d為本發(fā)明實施例中不同擺放方式的標尺在步驟S204實施后得到的數(shù)字 4圖像塊的示意