基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法
【專利摘要】基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法，屬于核磁共振成像數(shù)據(jù)處理領域，本發(fā)明的目的是為了解決應用現(xiàn)有技術利用整數(shù)階微分圖像增強和直接建立光流方程的方法估計電影核磁共振圖像序列運動場，存在丟失圖像的紋理細節(jié)，估計結果受光照變化影響，不具有旋轉(zhuǎn)不變性，抗噪聲性能差，導致基于電影核磁共振圖像運動估計的精確度低的問題。實現(xiàn)該方法的主要步驟為：一、對電影核磁共振圖像利用分數(shù)階微分進行紋理增強；二、通過Riesz變換提取圖像的單演信號，即單演相位、單演方位、單演振幅；三、利用單演信號的相位向量建立光流方程；四、通過光流方程估計電影核磁共振圖像序列的運動場。本發(fā)明用于電影核磁共振圖像估計成像對象的運動。
【專利說明】基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于核磁共振成像數(shù)據(jù)處理領域。
【背景技術】
[0002]核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)技術已經(jīng)成為臨床診斷的重要輔助手段。基于電影核磁共振圖像(Cine-MRI)運動場估計是一個不可忽視的研究方向。由于Cine-MRI的灰度非常相近，難以找到密集的對應特征點，因而對于Cine-MRI的運動估計比對于加標記核磁共振圖像(Tagged-MRI)的運動估計更具有難度，目前國內(nèi)外研究較少。針對Cine-MRI的灰度相近，特征稀少的挑戰(zhàn)，微分運算增強圖像已得到廣泛應用，應用整數(shù)階微分圖像增強方法(如Sobel、Prewitt、Laplacian算子)在增強圖像的同時丟失了圖像的紋理細節(jié)，尤其是平滑區(qū)域的紋理在整數(shù)階微分后損失嚴重；而分數(shù)階微分可以在提高圖像信號高頻信息的同時非線性地保留低頻信息(紋理細節(jié))。近年來，分數(shù)階微積分逐漸應用于圖像處理的各個方面。
[0003]單演信號是一種二維解析信號，是由Felsberg提出的，它是一維解析信號的一個擴展，原始的二維圖像信息通過具有旋轉(zhuǎn)不變性的Riesz變換，以一種非線性的方式被映射到了虛平面。與一維解析信號類似，該模型涵蓋了原始圖像在實平面和虛平面上的不同信息，可以據(jù)此提取出相應的單演幅度，單演相位和單演方向特征信息。與其他提取圖像相位信息的方法如基于Gabor濾波器的相位計算方法相比，該模型的相位計算不需要對方向進行采樣。相對于邊緣輪廓信息，其中的單演相位特征包含了該圖像的絕大部分重要特征信息，只需要這個單演相位向量信息就能建立光流方程并估計運動場。單演相位特征最大的優(yōu)點是獨立于亮度信息，不受光照變化的影響，而且該特征量具有旋轉(zhuǎn)不變性同時也具有很好的抗噪聲性能。
[0004]應用現(xiàn)有技術整數(shù)階微分圖像增強方法和直接建立光流方程的方法，估計電影核磁共振圖像序列運動場，存在丟失圖像的紋理細節(jié)，結果受光照變化影響，不具有旋轉(zhuǎn)不變性，抗噪聲性能差，基于電影核磁共振圖像運動估計的精確度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了解決應用現(xiàn)有技術利用整數(shù)階微分圖像增強和直接建立光流方程的方法估計電影核磁共振圖像序列運動場，存在丟失圖像的紋理細節(jié)，估計結果受光照變化影響，不具有旋轉(zhuǎn)不變性，抗噪聲性能差，導致基于電影核磁共振圖像運動估計的精確度低的問題，本發(fā)明提出了一種基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法。
[0006]技術方案:本發(fā)明基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法，實現(xiàn)該方法的步驟如下:
[0007]—、利用分數(shù)階微分對電影核磁共振圖像序列進行紋理增強；
[0008]二、通過Riesz變換提取圖像的單演信號，即單演相位、單演方位、單演振幅；
[0009]三、利用單演信號的相位向量建立光流方程；[0010]四、通過光流方程估計電影核磁共振圖像序列的運動場。
[0011]有益效果:
[0012](I)利用分數(shù)階微分對電影核磁共振圖像進行紋理增強，克服了現(xiàn)有技術應用整數(shù)階微分圖像增強方法在增強圖像的同時產(chǎn)生的丟失圖像紋理細節(jié)的缺陷，可以在提高圖像信號高頻信息的同時非線性地保留低頻信息，低頻信息即圖像紋理細節(jié)。
[0013](2)利用單演信息構造光流方程，單演相位信息獨立于亮度信息，不受光照變化的影響。
[0014](3)本方法利用的單演信息特征量具有旋轉(zhuǎn)不變性，具有很好的抗噪聲性能，有效提高電影核磁共振圖像序列的運動場的估計精度，比不利用單演信息構造光流方程估計精度高10%以上。
[0015]本發(fā)明用于電影核磁共振圖像估計成像對象的運動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法的流程圖；
[0017]圖2任意一點(X，y)的8個對稱方向，分別為X軸正方向，x軸負方向，y軸正方向，y軸負方向，左下方向，左上方向，右上方向，右下方向；其中水平向右為X軸正方向，水平向左為為X軸負方向，豎直向上為y軸正方向，豎直向下為y軸負方向；
[0018]圖3分數(shù)階微分增強掩模構造示意圖，以興趣點為中心，分別向8個對稱方向構造
掩模?、?……
[0019]圖4單演信息提取示意圖，P，q1； q2構成正交三維向量空間，A = (p, q” q2)T, q =(qi，q2)T ;A與p的夾角力Ψ 4與qJA夾角為Θ。
【具體實施方式】
[0020]【具體實施方式】一:結合附圖1，本實施方式基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法的具體實施步驟如下:
[0021]一、利用分數(shù)階微分對電影核磁共振圖像序列進行紋理增強；
[0022]二、通過Riesz變換提取圖像的單演相位，單演方位，單演振幅，構造單演信號；
[0023]三、利用單演信號的相位向量建立光流方程；
[0024]四、通過光流方程估計電影核磁共振圖像序列的運動場。
[0025]【具體實施方式】二:本實施方式是對【具體實施方式】一中的基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法的具體實施步驟一的進一步限定，結合附圖2、附圖3，步驟一所述利用分數(shù)階微分對電影核磁共振圖像序列進行紋理增強的過程為:
[0026]從連續(xù)函數(shù)整數(shù)階導數(shù)的出發(fā)，將微分的階數(shù)由整數(shù)擴展到分數(shù)，構建基本的V階Griimwald - Letnikov分數(shù)階微分方程，
【權利要求】
1.基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法，其特征在于，實現(xiàn)該方法的步驟如下: 一、利用分數(shù)階微分對電影核磁共振圖像序列進行紋理增強； 二、通過Riesz變換提取圖像的單演信號，即單演相位、單演方位、單演振幅； 三、利用單演信號的相位向量建立光流方程； 四、通過光流方程估計電影核磁共振圖像序列的運動場。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法，其特征在于， 步驟一所述利用分數(shù)階微分對電影核磁共振圖像進行紋理增強的過程為: 從連續(xù)函數(shù)整數(shù)階導數(shù)的出發(fā)，將微積分的階數(shù)由整數(shù)擴展到分數(shù)，構建基本的V階Griimwald - Letnikov分數(shù)階微分方程，
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法，其特征在于，步驟二通過Riesz變換提取圖像的單演信號，即單演相位、單演方位、單演振幅的過程為: a、通過3個二維空間正交濾波器將圖像對應點的局部振幅、局部相位和局部方向分離出來；所采用的二維空間正交濾波器為差分泊松濾波器；空間正交濾波器由I個旋轉(zhuǎn)不變的偶數(shù)帶通濾波器be (Z)和2個奇數(shù)帶通濾波器k (Z)、bo2 (Z)組成； b、求單演相位舛Z)，單演方向Θ(Z)和單演振幅A(Z):
4.根據(jù)權利要求3所述的基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法，其特征在于，步驟三所述利用單演信號的相位向量建立光流方程的過程為: 基于局部約束，假定以P點為中心的一個小區(qū)域Ω內(nèi)各點的光流相同，對區(qū)域內(nèi)不同的點給予不同的權重，離P點越近，權重越高； 列出光流的計算方程
5.根據(jù)權利要求4所述的基于分數(shù)階微分的電影核磁共振圖像序列運動場估計方法，其特征在于，所述步驟四通過光流方程估計電影核磁共振圖像序列的運動場的過程為: 由光流計算方程:
【文檔編號】G06T7/20GK103927725SQ201410190540
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權日:2014年5月7日
【發(fā)明者】劉宛予, 高鑌, 鄶子翔, 帕特里克·克拉里斯 申請人:哈爾濱工業(yè)大學