徐艷　方二喜

摘要：目前，圖像拼貼技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)自動(dòng)拼接。本文探討了基于實(shí)時(shí)自動(dòng)拼接技術(shù)的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)的主要技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)圖像；圖像采集；拼接技術(shù)；實(shí)時(shí)；自動(dòng)

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）27-0135-01

1引言

近年來(lái)，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)已成為醫(yī)療技術(shù)中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，圖像拼接（Image Mosaic）是指將多幅具有重疊區(qū)域的序列圖像通過(guò)圖像預(yù)處理、圖像變換、圖像配準(zhǔn)、圖像融合等處理后，形成一幅包含各個(gè)圖像序列內(nèi)容的寬視角全景圖像的技術(shù)。圖像拼接技術(shù)是圖像處理的重要研究領(lǐng)域，被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星遙感、圖像識(shí)別、醫(yī)學(xué)圖像分析及無(wú)人機(jī)監(jiān)視和搜索、虛擬現(xiàn)實(shí)等方面。Shmuel Peleg等人在圖像拼接理論和圖像拼接方法上做了大量工作，為圖像拼接在工程技術(shù)上的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。Masanobu Shimada等人將圖像拼接技術(shù)應(yīng)用于雷達(dá)圖像處理領(lǐng)域，用于監(jiān)控森林植被的變化情況。國(guó)外Mustafa Suphi Erden課題組研制了針式共聚焦顯微腹腔鏡，在微創(chuàng)手術(shù)中截取部分視頻圖像，拼接成全景圖像指導(dǎo)醫(yī)生診斷治療。國(guó)內(nèi)的嚴(yán)壯志課題組提出基于特征檢測(cè)、特征匹配、空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和圖像融合等方法的圖像拼接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)X光片拼接的醫(yī)學(xué)全景成像。

現(xiàn)有的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)成像設(shè)備，特別是顯微成像設(shè)備，基本都是對(duì)組織的某一較小視野進(jìn)行成像，設(shè)備最后采集到的是不同組織部位的多幀醫(yī)學(xué)圖像，需要醫(yī)生對(duì)這些圖像進(jìn)行觀察分析，根據(jù)自身醫(yī)學(xué)知識(shí)與醫(yī)療經(jīng)驗(yàn)來(lái)做出診斷。圖像拼接技術(shù)的應(yīng)用，能將多幅具有重疊區(qū)域的醫(yī)學(xué)圖像，通過(guò)圖像變換、圖像配準(zhǔn)、圖像融合等方法，自動(dòng)拼接為大視野的清晰圖像。該圖像包含完整的醫(yī)學(xué)病理信息，有助于醫(yī)生全面了解病人病情。同時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)追蹤圖像中的感興趣區(qū)域，做出標(biāo)記和注釋，為醫(yī)生提供診斷輔助。

2主要研究?jī)?nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)

2.1主要研究?jī)?nèi)容

本系統(tǒng)的研究是通過(guò)研發(fā)基于實(shí)時(shí)自動(dòng)圖像拼接技術(shù)的醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)，為醫(yī)學(xué)實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)顯微鏡、眼科設(shè)備、內(nèi)窺鏡等設(shè)備的數(shù)字化圖像采集、圖像自動(dòng)分析處理，從而對(duì)醫(yī)生的診斷、治療起到輔助作用。

本系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容有基于CMOS的圖像采集、實(shí)時(shí)自動(dòng)圖像拼接技術(shù)。

（1） 基于CMOS的圖像采集

基于CMOS的高清圖像采集系統(tǒng)的研發(fā)，包括圖像和視頻采集、圖像的編碼技術(shù)。兼顧紅外光和可見(jiàn)光，實(shí)現(xiàn)圖像的多波段自適應(yīng)采集。具體功能還包括自動(dòng)對(duì)焦、自動(dòng)識(shí)別拍照功能，以及圖像采集模塊在各種醫(yī)療設(shè)備使用的適應(yīng)性研究。

（2） 實(shí)時(shí)自動(dòng)圖像拼接技術(shù)

研究圖像灰度處理、圖像變換、圖像配準(zhǔn)、圖像融合等算法，實(shí)現(xiàn)多幀醫(yī)學(xué)圖像或視頻序列的實(shí)時(shí)自動(dòng)圖像拼接，輸出具有計(jì)算機(jī)診斷輔助功能的大視野全景醫(yī)學(xué)圖像。能夠自動(dòng)跟蹤圖像中的感興趣區(qū)域并做出標(biāo)識(shí)和注釋。

2.2關(guān)鍵技術(shù)

圖像的拼接技術(shù)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，本設(shè)計(jì)提出對(duì)采集的多幀醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)拼接，提供寬角度全景圖像。同時(shí)，能夠自動(dòng)跟蹤圖像中的感興趣區(qū)域并做出標(biāo)識(shí)和注釋。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

3.1 圖像處理模塊

圖像傳感器模塊計(jì)劃采用CMOS傳感器為核心做成獨(dú)立硬件模塊，通過(guò)高速數(shù)據(jù)線與圖像處理模塊連接。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于模塊可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，進(jìn)行合理布置。

圖像編解碼和圖像處理模塊的方案計(jì)劃采用TI的soc方案。該方案可以完成圖像編解碼、圖像處理功能。

3.2實(shí)時(shí)自動(dòng)圖像拼接技術(shù)研究

圖像拼接的核心技術(shù)是圖像配準(zhǔn)，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確找到相鄰圖像間重疊區(qū)域的位置及范圍，進(jìn)而通過(guò)圖像融合的方法實(shí)現(xiàn)全景圖像構(gòu)建。圖像配準(zhǔn)通常有三類方法：基于灰度值的圖像配準(zhǔn)、基于變換域的圖像配準(zhǔn)和基于特征的圖像配準(zhǔn)?；诨叶戎档膱D像配準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)方便，計(jì)算量小，但該方法對(duì)圖像間的細(xì)微差別較敏感，抗干擾能力不強(qiáng)?；谧儞Q域的圖像配準(zhǔn)可以緩解這個(gè)問(wèn)題，且算法簡(jiǎn)潔，利于硬件的實(shí)現(xiàn)。不過(guò)該方法要求兩幅圖像的重疊區(qū)域不能少于50%，如果重疊區(qū)域過(guò)小，容易造成誤配準(zhǔn)。為了提高圖像配準(zhǔn)的精確度和速度，達(dá)到實(shí)時(shí)自動(dòng)圖像拼接的功能，本設(shè)計(jì)提出將基于灰度的網(wǎng)格配準(zhǔn)和基于特征值配準(zhǔn)相結(jié)合的方法。首先，對(duì)輸入圖像進(jìn)行粗網(wǎng)格的分塊處理，利用基于灰度的配準(zhǔn)方法確定相似重疊區(qū)域。然后在重疊區(qū)域內(nèi)進(jìn)行基于SIFT（Scale-invariant feature transform）特征點(diǎn)提取和配準(zhǔn)，這樣就可以大大提高圖像配準(zhǔn)的速度。圖像拼接算法的流程如圖1所示。

4 結(jié)論

本文探討了基于實(shí)時(shí)自動(dòng)拼接技術(shù)的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)的主要技術(shù)和設(shè)計(jì)思路，有了自動(dòng)的圖像拼接技術(shù)，就能將多幅具有重疊區(qū)域的醫(yī)學(xué)圖像，通過(guò)圖像處理的方法，自動(dòng)拼接為大視野的清晰圖像，為醫(yī)生的診斷提供參考。

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