一種膠囊內窺鏡相似圖像的自適應篩除方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種膠囊內窺鏡相似圖像的自適應篩除方法，步驟包括：首先將所有原始圖像按照時間順序分割成若干子圖像序列；并對子圖像序列進行采樣，計算采樣序列中兩張相鄰圖像的相似度，并篩除相似圖像，最后將剩余的圖像作為篩選后的圖像輸出。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的膠囊內窺鏡相似圖像的自適應篩除方法充分考慮了膠囊內窺鏡相似圖像的時間相關性和結構相關性，采用結構相似度作為膠囊內窺鏡圖像相似程度的度量，相比于其它方法具有更高的準確性，并有效降低了膠囊內窺鏡圖像的數(shù)量級，方便醫(yī)生診斷分析。
【專利說明】
一種膠囊內窺鏡相似圖像的自適應篩除方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及的是數(shù)字圖像處理的技術領域，尤其涉及的是一種膠囊內窺鏡相似圖 像的自適應篩除方法。
【背景技術】
[0002] 目前的膠囊內窺鏡產(chǎn)品，每秒拍攝的圖像數(shù)量(fps)在2~30之間，最大時長達到8 小時。取fPS為16計算，每次膠囊內窺鏡檢查過程共拍攝16 X 60 X 60 X 8 = 460800張圖像。如 果不進行任何處理，醫(yī)生必須在這個將近50萬張的圖像集里逐張檢查分析，以得出診斷結 果。這一過程不僅費時費力，而且醫(yī)生在視覺疲勞時可能會錯過有異常的病灶圖像從而漏 診。另外，隨著技術的發(fā)展，膠囊內窺鏡視頻圖像的數(shù)量將持續(xù)增大，相應地，醫(yī)生的診斷工 作量也會增大，因此，診斷效率和診斷正確率都會進一步降低。隨著醫(yī)學影像處理技術的發(fā) 展，利用計算機技術和圖像處理技術來輔助醫(yī)學診斷變得越來越重要。
[0003] 經(jīng)過研究膠囊內窺鏡技術的臨床診斷過程發(fā)現(xiàn)，膠囊內窺鏡圖像具有一個顯著特 征，那就是存在大量的相似圖像;另外，由于膠囊在人體內不同部位的移動速度不同，導致 在不同時間段內出現(xiàn)的相似圖像數(shù)量也不同。因此，如何結合膠囊內窺鏡圖像的這個特點， 利用數(shù)字圖像處理技術，設計出一種膠囊內窺鏡相似圖像的篩除方法和系統(tǒng)具有重要的應 用價值。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種膠囊內窺鏡相似圖像的自適 應篩除方法，以降低醫(yī)生的診斷工作量，提高診斷效率和診斷正確率。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明提供了一種膠囊內窺鏡相似圖像的自適應篩除方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟Sl:將所有原始圖像按照時間順序分割成若干子圖像序列；
[0008] 步驟S2:取步驟Sl中的一個子圖像序列作為當前待處理的圖像序列P:
[0009] P={Pi,P2,...,Pn}
[0010] 式中，N為序列P中圖像的數(shù)量；
[0011] 步驟S3:以米樣間隔T對序列P進彳丁米樣，得到米樣序列Pt:
[0012] 4 = 戶/'2,…，為.'廠，
[0013] 式中，T1 = I5IV1 = I^Li = U,...，m-l;m=N/T取整；
[0014] 此時，P用區(qū)間表示為：
[0015] P = {[ΡΤι, Ρ-ΓΗ]".·, [PTi, PTi+1._:1],…,[Prill., Prill-J,
[0016] 步驟S4:對Pt中的兩張相鄰圖像計算相似度為^;
[0017]步驟S5:篩除相似圖像，具體為：
[0018] 步驟S501:如果不小于0.9，表明兩張圖像極為相似，則判定該抽樣間隔中的圖 像序列全部相似，因此只需保留一張圖像就可以；具體處理方法是在待處理圖像序列P中， 將位于區(qū)間中的圖像全部移除，僅保留埒?+1;否則進行步驟S502;
[0019] 步驟S502:如果％不小于0.8,表明兩張圖像大體相似，則判定該抽樣間隔中的圖像序 列發(fā)生緩慢變化，此時保留一半圖像;具體處理方法是在待處理圖像序列P中，對位于區(qū)間 [化八 +1]中的圖像，每隔一張圖像移除一張圖像，即移除的圖像序列為仍V卜~，匕1+4 式中，jST/2取整;否則進行步驟S503;
[0020] 步驟S503:如果和t不小于0.7，表明兩張圖像相似度很低，則判定該抽樣間隔中的 圖像序列發(fā)生較大變化，此時對區(qū)間[&>_^^ +1]中的圖像，以fps為間隔，依次移除相應的圖 像，即移除的圖像序列為?尸Ti，4+淋，4+2徹·，…式中，K為T/fps取整，否則不 移除該區(qū)間任何圖像，所述fp S為膠囊內窺鏡每秒拍攝的圖像數(shù)量；
[0021 ]步驟S504:如果心/j、于〇. 7，表明兩張圖像相似度極低，則判定該抽樣間隔中的圖 像序列全部不同，此時所有圖像序列都需保留，因此不做處理；
[0022]步驟S6:如果步驟S4中的相似度沒有計算完，則i = i+l，執(zhí)行步驟S4;否則進行步 驟S7;
[0023] 步驟S7:當前待處理的圖像序列篩選完成，繼續(xù)下一待處理的圖像序列篩選，直至 所有圖像序列篩選完成后，保存剩下的圖像，作為篩選后的圖像輸出。
[0024] 進一步地，由于膠囊內窺鏡拍攝完一張圖像后，其內部的數(shù)字圖像處理模塊會對 圖像命名和編號，其命名中會包含拍攝時間信息，其編號也是以時間為順序進行的，且每張 原始圖像對應一個唯一的序列號，因此，所述步驟1中，也可以將原始圖像直接按照序列號 順序或命名順序分割成若干子圖像序列。
[0025]進一步地，所述步驟3中，采樣間隔T為fps的3~5倍。
[0026]進一步地，所述步驟4中，相似度的計算方法采用結構相似度算法，包括以下步 驟：
[0027]步驟S401:比較兩張相鄰圖像的亮度相似度：
[0028]
[0029] 式中，Χ，Υ表示進行比較的兩張圖像;μχ、μγ分別表示Χ、Υ圖像的均值，均值是衡量圖 像整體亮度的指標;C1= (K1L)2 ,K1，L為常數(shù)，一般取心=0.01，L = 255;
[0030] 藤Q(mào)/m9. P 4#日細El梅.的對比度相似度：
[0031]
[0032] 式中，σχ、σγ表示X、Y圖像的標準差，標準差是衡量圖像整體對比度的指標；C2 = (K2L)2, K2 為常數(shù)，一般取 K2 = O .03;
[0033]步驟S403:比較兩張相鄰圖像的結構相似度：
[0034；
[0035]式中：σχγ表不圖像X和Y的協(xié)方差，協(xié)方差是衡量兩張圖像相似性的指標;C3 = C2/ 2；
[0036] 步驟S404:計算相似度5^為：
[0037]
[0038] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點:本發(fā)明提供了一種膠囊內窺鏡相似圖像的自 適應篩除方法，該方法用于篩除膠囊內窺鏡圖像中的相似圖像，從而降低圖像數(shù)量級，方便 醫(yī)生診斷分析。該方法充分考慮了膠囊內窺鏡相似圖像的時間相關性和結構相關性，采用 結構相似度作為膠囊內窺鏡圖像相似程度的度量，相比于其它方法具有更高的準確性;采 用抽樣計算的方法，減小了計算次數(shù)，縮短了處理時間；采用分段閾值的判斷方法，兼顧了 篩選質量和篩選效率，易于實現(xiàn)和擴展。
【附圖說明】
[0039] 圖1為膠囊內窺鏡相似圖像的自適應篩除方法的步驟流程圖；
[0040] 圖2為結構相似度算法的步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0041] 下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。
[0042] 實施例1
[0043] 本實施例提供的一種膠囊內窺鏡相似圖像的自適應篩除方法，如圖1~2所示，包 括以下步驟：
[0044] 步驟SI:將所有原始圖像按照時間順序分割成若干子圖像序列；這里的原始圖像 是從佩戴在受檢者身上的圖像接收裝置讀取到計算機內的，一般圖像接收裝置是通過SD卡 的形式存儲接收圖像，每張原始圖像對應一個唯一的序列號，所以只需將SD卡與計算機連 接，就可以讀取到原始圖像的所有序列;膠囊內窺鏡拍攝完一張圖像之后，其內部的數(shù)字圖 像處理模塊會對圖像命名并傳輸?shù)綀D像接收裝置，其命名中也會包含拍攝時間信息，因此 也可以通過圖像的名稱來進行分割；
[0045] 步驟S2:取步驟Sl中的一個子圖像序列作為當前待處理的圖像序列P:
[0046] P={Pi,P2, . . . ,Pn}
[0047] 式中，N為序列P中圖像的數(shù)量；
[0048] 步驟S3:以采樣間隔T對序列P進行采樣，得到采樣序列Pt:
[0049] Ργ = [Pri - Ρτ2.ι …I P.Ti'…為.'"J
[0050] 式中，T1 = UTV1 = TVTd = IJ,…，m-l;m=N/T取整；
[0051] 這時，序列P被序列Pt分成m段，用區(qū)間來表示每段中的圖像序列，則第i段可表示 為= 1,2,…m - Ir第m段為LP./.""PW]('所以，P可以這樣表示：
[0052]
[0053]采樣間隔T的大小取決于具體的膠囊內窺鏡每秒拍攝的圖像數(shù)量fps，一般選擇T 等于3~5倍的fps;
[0054] 步驟S4:對Pt中的兩張相鄰圖像計算相似度Siv即STi表示/?與％+1的相似度，所 述相似度·％ ;采用結構相似度算法的流程如圖2所示，具體為；
[0055] 步驟S401:比較兩張相鄰圖像Pt,和&i+1的亮度相似度：
[0056]
[0057] 式中，X，Y表示進行比較的兩張圖像&和仏+1收#分別表示父』圖像的均值，均 值是衡量圖像整體亮度的指標;&= (K1L)2,-般取K1 = O.01，L = 255;
[0058] 步驟S402:比較兩張相鄰圖像巧^和/^+1的對比度相似度：
[0059]
[0000]式中，σχ、σγ表示X、Y圖像的標準差，標準差是衡量圖像整體對比度的指標；C2 = (K2L)2,一般取 Κ2 = 0·03;
[0061 ]步驟S403:比較兩張相鄰圖像和心1+1的結構相似度：
[0062]
[0063] 式中：〇XY表示圖像X和Y的協(xié)方差，協(xié)方差是衡量兩張圖像相似性的指標;C3 = C2/ 2；
[0064] 步驟S404:計算兩張相鄰圖像的相似度心;為：
[0065]
[0066] 步驟S5:篩除相似圖像，具體為：
[0067] 步驟S501:如果不小于〇. 9，表明兩張圖像極為相似，則判定該抽樣間隔中的圖 像序列全部相似，因此只需保留一張圖像就可以；具體處理方法是在待處理圖像序列P中， 將位于區(qū)間[6v& i+1]中的圖像全部移除，僅保留&?+1;否則進行步驟S502;
[0068] 步驟S502:如果Sri不小于0.8，表明兩張圖像大體相似，則判定該抽樣間隔中的圖 像序列發(fā)生緩慢變化，此時保留一半圖像;具體處理方法是在待處理圖像序列P中，對位于 區(qū)間中的圖像，每隔一張圖像移除一張圖像，即移除的圖像序列為 仍V心,·+^ Ρ·/',·+4 ,…6';切_}，式中，J為Τ/2取整;否則進行步驟S503;
[0069] 步驟S503:如果Sn不小于0.7，表明兩張圖像相似度很低，則判定該抽樣間隔中的 圖像序列發(fā)生較大變化，此時對區(qū)間PT i,巧i+1]中的圖像，以fps為間隔，依次移除相應的圖 像，即移除的圖像序列為{化..化+/扣，％+2/>5:，…^ +心徹.!，式中，K為T/fpS取整，否則不 移除該區(qū)間任何圖像，所述fps為膠囊內窺鏡每秒拍攝的圖像數(shù)量；
[0070] 步驟S504:如果知:小于0.7，表明兩張圖像相似度極低，則判定該抽樣間隔中的圖 像序列全部不同，此時所有圖像序列都需保留，因此不做處理；
[0071] 步驟S6:如果步驟S4中的相似度沒有計算完，則i = i+l，執(zhí)行步驟S4;否則進行步 驟S7;
[0072]步驟S7:當前待處理的圖像序列篩選完成，保存剩下的圖像;如果存在下一個待處 理圖像序列，則將其作為當前待處理的圖像序列，重復上述S2-S7的過程，待全部圖像序列 篩選完成，將保存的圖像作為篩選后的圖像序列輸出。
【主權項】
1. 一種膠囊內窺鏡相似圖像的自適應篩除方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟S1:將所有原始圖像按照時間順序分割成若干子圖像序列； 步驟S2:取步驟S1中的一個子圖像序列作為當前待處理的圖像序列P: Ρ= {Ρι,Ρ2, ··· ,Ρν} 式中，Ν為序列Ρ中圖像的數(shù)量； 步驟S3:以采樣間隔Τ對序列Ρ進行采樣，得到采樣序列Ρτ: Ρτ = {Ρ·Γι, ρΤ2, , Pr.,..., PTm) 式中，Ti = 1; Ti+1 = Ti+T，i = 1，2，…，m-1; m=N/T取整； 此時，P用區(qū)間表示為： ρ={Κλ2-ι],…,?Ρι?-丄],…為]j 步驟S4:對Ρτ中的兩張相鄰圖像計算相似度S7V， 步驟S5:篩除相似圖像，具體為： 步驟S501:如果不小于0.9,則在待處理圖像序列P中，將位于區(qū)間[Ρ_/ν?^+1]中的圖 像全部移除，僅保留&·?+1;否則進行步驟S502; 步驟S502:如果不小于〇. 8，則在待處理圖像序列Ρ中，對位于區(qū)間中的圖 像，每隔一張圖像移除一張圖像，即移除的圖像序列為式中，J 為T/2取整;否則進行步驟S503; 步驟S503:如果知?不小于0.7，則對區(qū)間[Λν hi+i]中的圖像，以fps為間隔，依次移除相 應的圖像，即移除的圖像序列為仍彳，P7'i+/p.s，，.…' + ，式中，K為T/fps取整，所 述fps為膠囊內窺鏡每秒拍攝的圖像數(shù)量;否則進行步驟S504; 步驟S504:如果·小于0.7，則保留所有圖像序列； 步驟S6:如果步驟S4中的相似度沒有計算完，則i = i+Ι，執(zhí)行步驟S4;否則進行步驟S7; 步驟S7:當前待處理的圖像序列篩選完成，繼續(xù)下一待處理的圖像序列篩選，直至所有 圖像序列篩選完成后，保存剩下的圖像，作為篩選后的圖像輸出。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種膠囊內窺鏡相似圖像的自適應篩除方法，其特征在于，所 述步驟1中，將原始圖像按照序列號順序或命名順序分割成若干子圖像序列。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種膠囊內窺鏡相似圖像的自適應篩除方法，其特征在于，所 述步驟3中，采樣間隔T為fps的3~5倍。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種膠囊內窺鏡相似圖像的自適應篩除方法，其特征在于，所 述步驟4中，相似度心t的計算方法采用結構相似度算法，包括以下步驟： 步驟S401:比較兩張相鄰圖像的亮度相似度：式中，X，Y表示進行比較的兩張圖像;μχ、Μ分別表示X、Y圖像的均值，均值是衡量圖像整 體亮度的指標心二浪^…兒為常數(shù)； 步驟S402:比較兩張相鄰圖像的對比度相似度：式中，σχ、σγ表示X、Y圖像的標準差，標準差是衡量圖像整體對比度的指標;C2 = (K2L)2， K2為常數(shù)； 步驟S403:比較兩張相鄰圖像的結構相似度：式中：σχγ表不圖像X和Y的協(xié)方差，協(xié)方差是衡量兩張圖像相似性的指標;C3 = C2/2; 步驟S404:計算相似度5乃為：
【文檔編號】G06F19/00GK106056166SQ201610503508
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】王海雷, 孫丙宇, 李文波, 吳雪蓮, 查文文, 張穎, 余超彪
【申請人】中科院合肥技術創(chuàng)新工程院, 安徽黃山膠囊股份有限公司