内窥镜图像增强方法、存储介质及计算机设备与流程

1.本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种内窥镜图像增强方法、存储介质及计算机设备。


背景技术：

2.内窥镜是一种常用的医疗器械，具有重要的临床应用价值。其图像质量的好坏影响着内窥镜的临床使用效果，而现有的一些图像处理增强方法，例如，直方图均衡、多尺度视网膜增强算法、对数变换等处理后的图像效果并不能达到临床诊断要求。其中，直方图均衡方法能提高图像平均亮度特别是图像中较暗区域的亮度，但降低了图像的细节与对比度；多尺度视网膜增强算法能很好提高图像的均匀性，但图像变的模糊，丢失了图像细节，图像有偏色；对数变换能较好的提高图像均匀性，但图像平均亮度提高太多，图像不自然，降低了对比度。上述的图像处理方法处理的图像都不能达到临床诊断要求。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述问题，提出了一种内窥镜图像增强方法、存储介质及设备。
4.一种内窥镜图像增强方法，方法包括：
5.获取原始内窥镜图像；
6.将原始内窥镜图像的颜色空间进行转化得到第一内窥镜图像；
7.提取第一内窥镜图像中的第一亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量；
8.根据原始内窥镜图像的尺寸得到滤波核；
9.根据滤波核对第一亮度分量进行滤波得到第二亮度分量；
10.对第二亮度分量进行加强得到加强亮度分量；
11.将加强亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量的颜色空间进行转化得到增强内窥镜图像。
12.可选地，对第二亮度分量进行加强得到加强亮度分量，具体包括：
13.对第二亮度分量进行矫正得到第三亮度分量；以及，
14.对第三亮度分量进行引导滤波得到加强亮度分量。
15.可选地，将加强亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量的颜色空间进行转化得到增强内窥镜图像，具体包括：
16.将加强亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量的颜色空间进行转化得到第二内窥镜图像；以及，
17.将第二内窥镜图像的像素值调整至[0，255]之间得到增强内窥镜图像。
[0018]
可选地，在将原始内窥镜图像的颜色空间进行转化得到第一内窥镜图像之前，方法还包括：
[0019]
将原始内窥镜图像的图像位宽设置为预设位宽；以及，
[0020]
对原始内窥镜图像的像素值进行归一化处理。
[0021]
可选地，根据原始内窥镜图像的尺寸得到滤波核，具体包括：
[0022]
获取原始内窥镜图像矩阵的长度大小值和宽度大小值；
[0023]
确定长度大小值和宽度大小值中较小的值；以及，
[0024]
根据较小的值得到滤波核。
[0025]
可选地，对第二亮度分量进行矫正得到第三亮度分量，具体包括：
[0026]
使用对数变换矫正算法对第二亮度分量进行矫正得到第一矫正分量；
[0027]
使用指数变换矫正算法对第一矫正分量进行矫正得到第三亮度分量。
[0028]
可选地，使用对数变换矫正算法对第二亮度分量进行矫正得到第一矫正分量，具体根据下述公式(1)；使用指数变换矫正算法对第一矫正分量进行矫正得到第三亮度分量，具体根据下述公式(2)：
[0029]
t＝γ*log2(x 0.0001)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0030]
f(x)＝2
t
ꢀꢀꢀ
(2)
[0031]
其中，t为第一矫正分量，γ为预设矫正参数，0≤γ≤1，x为第二亮度分量，f(x)为第三亮度分量。可选地，对第三亮度分量进行引导滤波得到加强亮度分量，包括：
[0032]
利用下面的公式(3)至(5)计算加强亮度分量：
[0033][0034][0035]bk
＝p
k-akukꢀꢀꢀ
(5)
[0036]
其中，qi为加强亮度分量，ii为第三亮度分量，wk为二维窗口参数，k为二维窗口的半径，p为原始内窥镜图像，σ为预设标准差，ε为预设正则化参数，pk为加强亮度分量在二维窗口内的均值，uk为第三亮度分量在二维窗口内的均值。
[0037]
一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执上述中任一项方法的步骤。
[0038]
一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行上述中任一项方法的步骤。
[0039]
采用本发明实施例，具有如下有益效果：将原始内窥镜图像的颜色空间进行转化得到第一内窥镜图像，用于提取另一个颜色空间中不同的分量。然后提取第一内窥镜图像中的第一亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量，上述步骤中第一色调分量和第一饱和度分量未做处理，因此，在对第一亮度分量滤波后，能够实现在不影响图像细节的情况下，提升图像的对比度，从而改善图像中较暗区域的亮度情况。进一步地，对第二亮度分量进行加强得到加强亮度分量，将加强亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量的颜色空间进行转化得到增强内窥镜图像，上述步骤中，转化回原颜色空间的增强内窥镜图像，因为滤波核对第一亮度分量进行了加强，所以改善了当前颜色空间中图像偏色情况，提高图像的均匀性，使得图像更加清晰，能够提供更多的用于诊断的信息，所以应用上述的图像处理方法处理的图像能够达到临床诊断要求。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
其中：
[0042]
图1为第一个实施例中内窥镜图像增强方法的流程图；
[0043]
图2a为第一个实施例中步骤106的流程图；
[0044]
图2b为第一个实施例中步骤1061的流程图；
[0045]
图3为第一个实施例中步骤107的流程图；
[0046]
图4为第二个实施例中内窥镜图像增强方法的流程图；
[0047]
图5为第一个实施例中步骤104的流程图；
[0048]
图6为第一个实施例中原始内窥镜图像；
[0049]
图7为第一个实施例中增强内窥镜图像；
[0050]
图8为第一个实施例中计算机设备的结构框图。
具体实施方式
[0051]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052]
请结合参看图1，其为本发明第一个实施例中内窥镜图像增强方法的流程图。其中,本发明实施例提供的内窥镜图像增强方法具体包括下面步骤。
[0053]
步骤101，获取原始内窥镜图像。具体地，通过图像采集设备例如照相机或者摄像机，获取患者口腔中的图像，即原始内窥镜图像。请结合参照图6，其为本实施例中原始内窥镜图像，原始内窥镜图像整体亮度低，导致图像中口腔内有些细节不能够被清楚地观察到。
[0054]
步骤102，将原始内窥镜图像的颜色空间进行转化得到第一内窥镜图像。具体地，原始内窥镜图像所在的颜色空间一般为rgb颜色空间，rgb颜色空间以红色(red，简称r)、绿色(green，简称g)、蓝色(blue，简称b)三种基本色为基础，进行不同程度的叠加，产生丰富而广泛的颜色空间。将原始内窥镜图像的rgb颜色空间转化到hsv颜色空间得到第一内窥镜图像。hsv颜色空间是以色调(hue,简称h)、饱和度(saturation,简称s)和亮度(value，简称v)三种维度为基础创建的一种颜色空间,也称六角锥体模型(hexcone model)。
[0055]
步骤103，提取第一内窥镜图像中的第一亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量。具体地，提取hsv颜色空间的第一内窥镜图像中的第一亮度分量v1、第一色调分量h1和第一饱和度分量s1。
[0056]
步骤104，根据原始内窥镜图像的尺寸得到滤波核。获取原始内窥镜图像矩阵的长度大小值和宽度大小值，确定长度大小值和宽度大小值中较小的值，根据较小的值得到滤波核。具体内容请参照步骤1041-步骤1043。
[0057]
步骤105，根据滤波核对第一亮度分量进行滤波得到第二亮度分量。具体地，使用
滤波核对第一亮度分量进行滤波，是通过邻域像素的加权和来替代该像素的值，对于图像的每一个像素点，计算它的邻域像素和滤波器矩阵的对应元素的乘积，然后加起来，作为该像素位置的值，能够使得图片中亮度分布的更加均匀。常用的滤波方法包括高斯滤波、均值滤波等。
[0058]
步骤106，对第二亮度分量进行加强得到加强亮度分量。具体地，对第二亮度分量进行矫正得到第三亮度分量，对第三亮度分量进行引导滤波得到加强亮度分量。具体内容请参照步骤1061-步骤1062。
[0059]
步骤107，将加强亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量的颜色空间进行转化得到增强内窥镜图像。具体地，将加强亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量的颜色空间进行转化得到第二内窥镜图像，将第二内窥镜图像的像素值调整至[0，255]之间得到增强内窥镜图像。请结合参照图7，其为本实施例中增强内窥镜图像，增强内窥镜图像在原始内窥镜图像的基础上，提升了整体的亮度和均匀度，使得图像中口腔内的细节能够被清楚地观察到。具体内容请参照步骤1071-步骤1072。
[0060]
采用本发明实施例，具有如下有益效果：获取原始内窥镜图像，将原始内窥镜图像的颜色空间进行转化得到第一内窥镜图像，用于提取另一个颜色空间中不同的分量。然后提取第一内窥镜图像中的第一亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量；根据原始内窥镜图像的尺寸得到滤波核，根据滤波核对第一亮度分量进行滤波得到第二亮度分量，上述步骤中第一色调分量和第一饱和度分量未做处理，因此，在对第一亮度分量滤波后，能够实现在不影响图像细节的情况下，提升图像的对比度，从而改善图像中较暗区域的亮度情况。进一步地，对第二亮度分量进行加强得到加强亮度分量，将加强亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量的颜色空间进行转化得到增强内窥镜图像，上述步骤中，转化回原颜色空间的增强内窥镜图像，因为滤波核对第一亮度分量进行了加强，所以改善了当前颜色空间中图像偏色情况，提高图像的均匀性，使得图像更加清晰，能够提供更多的用于诊断的信息，所以应用上述的图像处理方法处理的图像能够达到临床诊断要求。
[0061]
请结合参看图2a，其为本发明第一个实施例中步骤106的流程图，其中，步骤106对第二亮度分量进行加强得到加强亮度分量，具体包括下面步骤。
[0062]
步骤1061，对第二亮度分量进行矫正得到第三亮度分量。请结合参看图2b，在本实施例中，步骤601，使用对数变换矫正算法对第二亮度分量进行矫正得到第一矫正分量，具体根据下述公式(1)：
[0063]
t＝γ*log2(x 0.0001)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0064]
步骤602，使用指数变换矫正算法对第一矫正分量进行矫正得到第三亮度分量，具体根据下述公式(2)：
[0065]
f(x)＝2
t
ꢀꢀꢀ
(2)
[0066]
其中，t为第一矫正分量，γ为预设矫正参数，0≤γ≤1，x为第二亮度分量，f(x)为第三亮度分量。
[0067]
可选地，对第三亮度分量进行引导滤波得到加强亮度分量，引导滤波算法的输入值与输出值在二维窗口内存在线性关系，在本实施例中，第三亮度分量ii和加强亮度分量qi在二维窗口内存在线性关系，利用下面的公式(3)至(5)计算加强亮度分量：
[0068]
[0069][0070]bk
＝p
k-akukꢀꢀꢀ
(5)
[0071]
其中，qi为加强亮度分量，ii为第三亮度分量，wk为二维窗口参数，k为二维窗口的半径，p为原始内窥镜图像，σ为预设标准差，ε为预设正则化参数，pk为加强亮度分量在二维窗口内的均值，uk为第三亮度分量在二维窗口内的均值。ak是引导滤波算法的第一参数，bk是引导滤波算法的第二参数。
[0072]
步骤1062，对第三亮度分量进行引导滤波得到加强亮度分量。具体地，引导过滤器根据局部线性模型原理，通过考虑引导图像的内容来计算过滤输出，引导图像可以是输入图像本身或另一个不同的图像。具有以下特点：引导滤波器可以像流行的双边滤波器一样用作边缘保留平滑算子，但在边缘附近有更好的效果。引导过滤器也是平滑之外的一个更通用的概念：它可以将引导图像的结构传输到过滤输出，从而实现新的过滤应用，例如去雾和引导羽化。此外，无论核大小和强度范围如何，引导滤波器自然具有快速且非近似的线性时间算法。目前它是最快的边缘保留滤波器之一。
[0073]
上述实施例中，利用对数变换矫正算法、指数变换矫正算法和引导滤波对第三亮度分量进行处理，能够在保持图像原有细节的情况下，调整图像的亮度，使得图像更加清晰，从而从图像中获得更多的细节，满足临床诊断要求。
[0074]
请结合参看图3，其为本发明第一个实施例中步骤107的流程图，其中，步骤107，将加强亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量的颜色空间进行转化得到增强内窥镜图像，具体包括下面步骤。
[0075]
步骤1071，将加强亮度分量、第一色调分量和第一饱和度分量的颜色空间进行转化得到第二内窥镜图像。具体地，将处于hsv颜色空间的加强亮度分量qi、第一色调分量h1和第一饱和度分量s1的颜色空间进行转化得到rgb颜色空间的第二内窥镜图像。
[0076]
步骤1072，将第二内窥镜图像的像素值调整至[0，255]之间得到增强内窥镜图像。具体地，将rgb颜色空间的第二内窥镜图像的像素值调整至[0，255]之间得到增强内窥镜图像。
[0077]
采用本发明实施例，具有如下有益效果：将hsv颜色空间的图像转化回rgb颜色空间便于医护人员直接观察图像，从图像中获取有用的信息，从而准确地进行诊断。
[0078]
请结合参看图4，其为本发明第二个实施例中内窥镜图像增强方法的流程图。第二实施例提供的内窥镜图像增强方法与第一实施例提供的内窥镜图像增强方法的差异在于在将原始内窥镜图像的颜色空间进行转化得到第一内窥镜图像之前，第二实施例提供的内窥镜图像增强方法还包括下面步骤。
[0079]
步骤401，将原始内窥镜图像的图像位宽设置为预设位宽。在本实施例中，原始内窥镜图像的图像位宽设置8，在此处的数值仅为示例不做限定，实际应用中根据实际需求设置图像的位宽。
[0080]
步骤402，对原始内窥镜图像的像素值进行归一化处理。具体地，归一化方法有两种形式，一种是把数变为(0，1)之间的小数，一种是把有量纲表达式变为无量纲表达式。主要是为了数据处理方便提出来的，把数据映射到0～1范围之内处理，在本实施例中，将原始内窥镜图像的像素值映射到0～1范围之内，能够减少运算量，提升内窥镜图像的处理效率，
使得图像处理更加便捷快速。
[0081]
请结合参看图5，其为本发明第一个实施例中步骤104的流程图，其中，步骤104，根据原始内窥镜图像的尺寸得到滤波核，具体包括下面步骤。
[0082]
步骤1041，获取原始内窥镜图像矩阵的长度大小值和宽度大小值。在本实施例中，以长宽大小值为255*250的原始内窥镜图像为例。获取原始内窥镜图像矩阵的长度大小值为255和宽度大小值为250。在此处的数值仅为示例不做限定，实际应用中根据实际需求选择原始内窥镜图像的尺寸。
[0083]
步骤1042，确定长度大小值和宽度大小值中较小的值，具体地，判断长度大小值255是否大于宽度大小值250，当长度大小值255大于宽度大小值250时，选取宽度大小值250。
[0084]
步骤1043，根据较小的值得到滤波核。具体地，计算宽度大小值250的四分之一的值为62.5，然后对该值进行向下取整，根据滤波核大小生成滤波核，所以本实施例中，滤波核大小为62。在此处的数值仅为示例不做限定，实际应用中根据实际需求设置滤波核大小的取值范围。
[0085]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行上述的任一项方法的步骤。具体地，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0086]
请结合参看图8，其为一个实施例中计算机设备的内部结构示意图。计算机设备900包括存储器910和处理器920，存储器910存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器920执行上述任一项方法的步骤。
[0087]
计算机设备900还包括通过系统总线930连接的处理器920、存储器910和网络接口940。其中，存储器910包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备900的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器920执行时，可使得处理器920实现内窥镜图像增强方法。该内存储器910中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行内窥镜图像增强方法。
[0088]
其中，存储器910至少包括一种类型的计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器910在一些实施例中可以是计算机设备900的内部存储单元，例如计算机设备900的硬盘。存储器910在另一些实施例中也可以是计算机设备900的外部存储设备，例如计算机设备900上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字卡(secure digital，sd)，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器910还可以既包括计算机
设备900的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器910不仅可以用于存储安装于计算机设备900的应用软件及各类数据，例如内窥镜图像增强方法的计算机程序等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据，例如内窥镜图像增强方法执行产生的数据等。处理器920在一些可行的实施例中可以中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0089]
具体地，处理器920执行内窥镜图像增强方法的计算机程序以控制计算机设备900实现内窥镜图像增强方法。
[0090]
进一步地，计算机设备900还可以包括系统总线930可以是外设部件互连标准总线(peripheral component interconnect，简称pci)或扩展工业标准结构总线(extended industry standard architecture，简称eisa)等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0091]
具体地，计算机设备900还可以包括网络接口940网络接口可选的可以包括有线网络接口和/或无线网络接口(如wi-fi网络接口、蓝牙网络接口等)，通常用于在计算机设备900与其他设备之间建立通信连接，例如，计算机设备900与波形显示设备之间的通信连接。
[0092]
在另一些可行的实施例中，计算机设备900还可以包括显示组件(图未示)。显示组件可以是led(light emitting diode，发光二极管)显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及oled(organic light-emitting diode，有机发光二极管)触摸器等。其中，显示组件也可以适当的称为显示装置或显示单元，用于显示在计算机设备900中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。
[0093]
图8仅示出了具有组件910-940以及实现内窥镜图像增强方法的计算机设备900，本领域技术人员可以理解的是，图8示出的结构并不构成对计算机设备900的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。由于计算机设备900采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再赘述。
[0094]
此外，根据本发明的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本发明的上述方法中部分或全部步骤的计算机程序代码指令。
[0095]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0096]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。