一种OCT成像畸变矫正方法及装置

一种oct成像畸变矫正方法及装置
技术领域
1.本发明属于涉及医学图像处理技术领域，尤其涉及一种oct成像畸变矫正方法及装置。


背景技术：

2.随着科学的进步和医疗水平的提高，各种医学探测方法和显示手段愈加趋于精确、完善，进而有助于人们观察生物组织，了解材料结构，其发展是物理、数学、电子学、计算机科学和生物医学等多门学科相互结合的结果。
3.在各种成像技术中，光学相干断层扫描技术(optical coherence tomography)是其中一项基于光学成像的技术。光学相干层析成像(optical coherence tomography,oct)是20世纪90年代逐步发展而成的一种新的三维层析成像技术。oct基于低相干干涉原理获得深度方向的层析能力，通过扫描可以重构出生物组织或材料内部结构的二维或三维图像，其信号对比度源于生物组织或材料内部光学反射(散射)特性的空间变化。该成像模式的核心部件包括宽带光源、迈克尔逊干涉仪和光电探测器，其轴向分辨率取决于宽带光源的相干长度，一般可以达到1-10μm，而径向分辨率与普通光学显微镜类似，决定于样品内部聚焦光斑的尺寸，一般也在微米量级。oct具有非接触、非侵入、成像速度快(实时动态成像)、探测灵敏度高等优点。目前，oct技术已经在临床诊疗与科学研究中获得了广泛的应用。
4.oct的扫描探头通过导管连接在微电机上并深入患者扫描部位中，电机通过旋转带动探头扫描从而生成oct图像。在这一过程中，由于电机的运作难免会存在轻微的震动或旋转速度不均匀问题，从而导致同一横截面的多次图像无法对齐，也称作畸变现象(non-uniform rotation distortion)。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明的目的是提供一种oct成像畸变矫正方法及装置，该方法利用扫描过程中在短时间内采集多帧连续的图像之间存在一定的相似度和线性关系，在oct扫描后对其进行图像配准，以实现对其图像的畸变问题进行矫正来优化oct图像的成像质量。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种oct成像畸变矫正方法，包括以下步骤：
7.获取原始图像序列，将所述原始图像序列的参考图像和待配准图像分别进行分块操作；
8.基于参考图像和待配准图像进行特征匹配以获取每个块的偏移量；
9.基于每个块的偏移量进行矫正，生成配准后图像并基于所有配准后图像和参考图像获得配准图像序列；
10.基于配准图像序列通过预设算法获取校准效果图。
11.在oct扫描后，获取多张原始图像，选择其中一张作为参考图像，其余图像作为待配准图像，对所有原始图像进行分块操作，对所有待配准图像通过预设算法逐一进行图像配准，以实现对其图像的畸变问题进行矫正，获得校准后图像，再通过预设算法将参考图像和所有配准后图像生成校准后效果图，从而优化oct图像的成像质量。
12.进一步的，获取原始图像序列后通过预设算法获取原始效果图，在获取校准效果图后，将校准效果图和原始效果图进行比较；
13.其中，
14.在比较结果在预设阈值之内的情况下，则输出当前校准效果图。
15.在比较结果超出预设阈值的情况下，按照预设程序重新对原始图像进行图像分块操作以重新获取校准效果图。
16.通过将配准图像序列合成的校准效果图和原始图像序列合成的原始效果图进行比较，在比较结果在预设阈值之内的情况下，才输出当前校准效果图，能够降低通过图像配准实现畸变矫正出错的风险。
17.进一步的，基于参考图像和待配准图像进行特征匹配的方法，包括如下步骤：
18.通过预设算法对特征点进行描述；
19.在有多个相似特征点的情况下，将最近的正则项相似特征点作为目标特征点。
20.在进行特征匹配的时候，将通过计算不同特征描述向量之间距离的远近来判断特征点之间是否相似。例如在oct的血管扫描中，通常会选择余弦距离作为距离计算公式，其公式如下
[0021][0022]
将分块后的特征匹配偏移量的计算加上正则项，以判断匹配过程中是否存在特征点误匹配问题，如果存在则需重新调整分块大小
[0023][0024]
其中j0是原始损失函数，后面的alphasumw|w|是惩罚项。
[0025]
进一步的，对特征点进行描述的方法，包括如下步骤：
[0026]
提取图像中的特征点；
[0027]
通过orb算法对特征点进行描述。
[0028]
提取图像中的特征点，一般而言包括位置、尺度、方向等。不同的向量和不同的特征点之间是一种一一对应的关系，同时相似的关键点之间的向量的差异尽可能小。
[0029]
进一步的，进行偏移量矫正以获取配准后图像的方法，包括以下步骤：
[0030]
按照分块顺序分别进行特征匹配；
[0031]
分别记录所有分块的偏移量，并对其余像素进行补充计算偏移量；
[0032]
基于所有偏移量进行加权平均获取偏移量均值；
[0033]
基于参考图像及偏移量均值获取校准后图像。
[0034]
由于oct采集成像过程中每个数据均存在不同程度的偏移，所以使用计算的偏移
量均值生成新的参考图像，即得到偏移/失真最少的参考图像。同时，为了在分块后能在浮动图像中找到与参考图像分块对应的匹配点，将浮动图像的分块设置与参考图像分块保持一定的大小差异。
[0035]
进一步的，进行补充计算偏移量的方法为采用插值或者拟合算法。
[0036]
基于相同的思路，本发明还提供一种实现上述任意一项所述的oct成像畸变矫正方法的装置，其特征在于，包括：
[0037]
预处理单元，用于对获取的原始图像序列的参考图像和待配准图像分别进行分块操作；
[0038]
特征匹配单元，用于基于参考图像和待配准图像进行特征匹配以获取每个块的偏移量；
[0039]
偏移矫正单元，用于基于每个块的偏移量进行矫正，生成配准后图像；
[0040]
效果合成单元，用于基于参考图像和配准后图像获取的配准图像序列通过预设算法获取校准效果图。
[0041]
利用扫描过程中在短时间内采集多帧连续的图像之间存在一定的相似度和线性关系，在oct扫描后对其进行图像配准，以实现对其图像的畸变问题进行矫正来优化oct图像的成像质量。
[0042]
基于相同的思路，本发明还提供一种电子设备，其特征在于，包括：
[0043]
存储器，所述存储器用于存储处理程序；
[0044]
处理器，所述处理器执行所述处理程序时实现如权利要求1至5中任意一项所述的oct成像畸变矫正方法。
[0045]
基于相同的思路，本发明还提供一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有处理程序，所述处理程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任意一项所述的oct成像畸变矫正方法。
[0046]
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
[0047]
对所有待配准图像通过预设算法逐一进行图像配准，以实现对其图像的畸变问题进行矫正，获得校准后图像，再通过预设算法将参考图像和所有配准后图像生成校准后效果图，从而优化oct图像的成像质量。由于oct采集成像过程中每个数据均存在不同程度的偏移，所以使用计算的偏移量均值生成新的参考图像，即得到偏移/失真最少的参考图像。该方法利用扫描过程中在短时间内采集多帧连续的图像之间存在一定的相似度和线性关系，在oct扫描后对其进行图像配准，以实现对其图像的畸变问题进行矫正来优化oct图像的成像质量。此外，过将配准图像序列合成的校准效果图和原始图像序列合成的原始效果图进行比较，在比较结果在预设阈值之内的情况下，才输出当前校准效果图，能够降低通过图像配准实现畸变矫正出错的风险。
附图说明
[0048]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
[0049]
图1为本发明的一种oct成像畸变矫正方法；
[0050]
图2为本发明的特征匹配的方法；
[0051]
图3为本发明的实现oct成像畸变矫正方法的整体架构图。
具体实施方式
[0052]
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0053]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0054]
本发明的显著特点在于，利用扫描过程中在短时间内采集多帧连续的图像之间存在一定的相似度和线性关系，在oct扫描后对其进行图像配准，以实现对其图像的畸变问题进行矫正来优化oct图像的成像质量。
[0055]
第一实施例
[0056]
如图1所示，本实施例提供一种oct成像畸变矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0057]
获取原始图像序列，将所述原始图像序列的参考图像和待配准图像分别进行分块操作；
[0058]
基于参考图像和待配准图像进行特征匹配以获取每个块的偏移量；
[0059]
基于每个块的偏移量进行矫正，生成配准后图像并基于所有配准后图像和参考图像获得配准图像序列；
[0060]
基于配准图像序列通过预设算法获取校准效果图。
[0061]
在oct扫描后，获取多张原始图像，选择其中一张作为参考图像，其余图像作为待配准图像，对所有原始图像进行分块操作，对所有待配准图像通过预设算法逐一进行图像配准，以实现对其图像的畸变问题进行矫正，获得校准后图像，再通过预设算法将参考图像和所有配准后图像生成校准后效果图，从而优化oct图像的成像质量。
[0062]
在本实施例一种可能的实现方案中，获取原始图像序列后通过预设算法获取原始效果图，在获取校准效果图后，将校准效果图和原始效果图进行比较；
[0063]
其中，
[0064]
在比较结果在预设阈值之内的情况下，则输出当前校准效果图。
[0065]
在比较结果超出预设阈值的情况下，按照预设程序重新对原始图像进行图像分块操作以重新获取校准效果图。
[0066]
通过将配准图像序列合成的校准效果图和原始图像序列合成的原始效果图进行比较，在比较结果在预设阈值之内的情况下，才输出当前校准效果图，能够降低通过图像配准实现畸变矫正出错的风险。
[0067]
如图2所示，在本实施例一种可能的实现方案中，基于参考图像和待配准图像进行特征匹配的方法，包括如下步骤：
[0068]
通过预设算法对特征点进行描述；
[0069]
在有多个相似特征点的情况下，将最近的正则项相似特征点作为目标特征点。
[0070]
在进行特征匹配的时候，将通过计算不同特征描述向量之间距离的远近来判断特
征点之间是否相似。例如在oct的血管扫描中，通常会选择余弦距离作为距离计算公式，其公式如下
[0071][0072]
将分块后的特征匹配偏移量的计算加上正则项，以判断匹配过程中是否存在特征点误匹配问题，如果存在则需重新调整分块大小
[0073][0074]
其中j0是原始损失函数，后面的alphasumw|w|是惩罚项。
[0075]
对检测到的特征点进行匹配，得到每块图像的偏移量值，最后在特征匹配过程中加入拓扑结构，筛选出其中误匹配的特征点。在分块配准过程中，如果出现匹配到左边的点，则是错位匹配。对这样匹配的点进行惩罚，即更新惩罚项的值，降低之后分块的配准再次出现这种问题。
[0076]
在本实施例一种可能的实现方案中，对特征点进行描述的方法，包括如下步骤：
[0077]
提取图像中的特征点；
[0078]
通过orb算法对特征点进行描述。
[0079]
提取图像中的特征点，一般而言包括位置、尺度、方向等。使用改进的特征点检测方法对输入图像的特征点进行检测，然后使用brief描述子建立特征描述符。不同的向量和不同的特征点之间是一种一一对应的关系，同时相似的关键点之间的向量的差异尽可能小。
[0080]
在本实施例一种可能的实现方案中，进行偏移量矫正以获取配准后图像的方法，包括以下步骤：
[0081]
按照分块顺序分别进行特征匹配；
[0082]
分别记录所有分块的偏移量，并对其余像素进行补充计算偏移量；
[0083]
基于所有偏移量进行加权平均获取偏移量均值；
[0084]
基于参考图像及偏移量均值获取校准后图像。
[0085]
由于oct采集成像过程中每个数据均存在不同程度的偏移，所以使用计算的偏移量均值生成新的参考图像，即得到偏移/失真最少的参考图像。同时，为了在分块后能在浮动图像中找到与参考图像分块对应的匹配点，将浮动图像的分块设置与参考图像分块保持一定的大小差异。
[0086]
在本实施例一种可能的实现方案中，进行补充计算偏移量的方法为采用插值或者拟合算法。
[0087]
发明可以显著抑制oct成像中的畸变问题，改善成像效果，从而帮助医生观察患者病情，为患者提供更好的诊断和治疗效果。
[0088]
第二实施例
[0089]
如图3所示，本发明还提供一种实现上述任意一项所述的oct成像畸变矫正方法的装置，其特征在于，包括：
[0090]
预处理单元，用于对获取的原始图像序列的参考图像和待配准图像分别进行分块操作；
[0091]
特征匹配单元，用于基于参考图像和待配准图像进行特征匹配以获取每个块的偏移量；
[0092]
偏移矫正单元，用于基于每个块的偏移量进行矫正，生成配准后图像；
[0093]
效果合成单元，用于基于参考图像和配准后图像获取的配准图像序列通过预设算法获取校准效果图。
[0094]
将原始图像集分成参考图像和浮动图像，对两张图像分别进行分块，且参考图像分块和浮动图像分块保持一定的大小差距。接着设置配准参数，主要包括特征点个数，迭代次数等。然后分别计算分块图像的特征点并进行匹配，得到空间变换矩阵。最后对浮动图像根据偏移量进行空间变换，最终得到oct图像畸变矫正的结果。
[0095]
利用扫描过程中在短时间内采集多帧连续的图像之间存在一定的相似度和线性关系，在oct扫描后对其进行图像配准，以实现对其图像的畸变问题进行矫正来优化oct图像的成像质量。
[0096]
第三实施例
[0097]
本发明还提供一种电子设备，其特征在于，包括：
[0098]
存储器，所述存储器用于存储处理程序；
[0099]
处理器，所述处理器执行所述处理程序时实现如权利要求1至5中任意一项所述的oct成像畸变矫正方法。
[0100]
第四实施例
[0101]
本发明还提供一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有处理程序，所述处理程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任意一项所述的oct成像畸变矫正方法。
[0102]
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(read only memory，rom)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0103]
下面对本发明的工作过程作详细说明：
[0104]
在oct扫描后，获取多张原始图像，选择其中一张作为参考图像，其余图像作为待配准图像，对所有原始图像进行分块操作，对所有待配准图像通过预设算法逐一进行图像配准，以实现对其图像的畸变问题进行矫正，获得校准后图像，再通过预设算法将参考图像和所有配准后图像生成校准后效果图，从而优化oct图像的成像质量。
[0105]
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。