专利名称：基于光学投影断层成像系统的被测物图像拼接方法
技术领域：
本发明属于影像处理的技术领域，涉及光学投影计算机断层成像系统的图像拼接，尤其适合于平行光束的光学投影断层成像系统的图像拼接。
背景技术：
光学投影断层成像OPT是一种新型的光学分子影像成像技术，其成像原理和X射线计算机断层成像的原理类似。OPT采用可见光作为照射源，非常适用于小动物胚胎、器官、 果蝇、线虫等I-IOmm尺度范围内的透明或半透明样品的成像。OPT可获得小动物小肠的结构成像，又能利用荧光染料或荧光蛋白进行分子特异性标记，实现分子特性成像，从而为疾病的相关基因功能定位、细胞生长发育和突变过程的作用机制、新药研发等研究提供详细的定性、定位、定量信息，并且设备成本低，使用方便，对小动物小肠无辐射污染。OPT的便利性和优越性受到了越来越多的关注。与X射线断层成像系统类似，在OPT成像过程中，遇到较大的被测物，探测器无法一次性得到小动物小肠完整的投影图像时，常以分段采集投影图像，再实行图像拼接的方式来得到完整的投影图像。对于实行图像拼接的方式，通常根据图像配准的方式可以分为基于变换域的方法、基于图像特征的方法和基于图像灰度的方法三大类。1.基于变换域的方法，常见的是傅里叶变换，将图像由空域变换到频域，通过互功率直接计算出两幅图像间的平移矢量，从而实现图像的配准。2.基于图像特征的方法是提取图像边界、轮廓线等特征进行匹配，构造方程组， 通过数值计算得到变换参数，按照变换参数实现图像的拼接。3.基于图像灰度的方法是通过计算两幅图像重叠区域间在对应RGB或CMY颜色系统中灰度级的相似性，确定图像间相似性的大�。嗨菩宰畲蟮那蚣慈衔峭枷竦闹氐颍凑罩氐蚪衅春希迪滞枷竦钠唇�。在上述基于OPT系统的被测物投影图像拼接中，由于投影图像的灰度变化不大， 纹理不明显，用于拼接的投影图像间通常不存在旋转、缩放、遮盖等情况，仅通过图像间的平移就可以完成图像的拼接。此时，基于变换域的方法因要求同时搜索整个图像空间，计算代价随之增加。而基于图像特征的方法和直接基于图像灰度的方法往往因为投影图像本身灰度变化不大，纹理不明显，导致图像的拼接痕迹明显或拼接区域图像�：�。
发明内容
针对上述已有技术的不足和OPT系统投影图像自身的特点，本发明提出了一种基于光学投影断层成像系统的被测物图像拼接方法，以提高拼接图像的清晰度。实现本发明目的的技术思路是将被测物投影图像转化为纹理特征清晰的正弦图，通过比较正弦图上图像间的相关性，确定投影图像的拼接位置，最终完成图像的拼接。 具体步骤包括如下(1)将被测物固定在光学投影断层成像系统的转台上，使用平行束的可见光作为照射源，调节系统探测器的位置，对被测物左半部分进行N个角度的照射，每个角度上采集 1个投影图像，共采集N个投影图像，记为左半部分投影图像SAn，n = 1，. . .，N，每个投影图像由HXW个像素组成，H为投影图像中像素的行数，W为投影图像中像素的列数；
(2)保持被测物相对转台不动，水平移动转台的位置，对被测物右半部分进行N个角度的照射，每个角度上采集1个投影图像，共采集N个投影图像，记为右半部分投影图像 SBn, η = 1，. . .，N，每个投影图像由HXW个像素组成；(3)将步骤(1)中得到的左半部分投影图像转化为正弦图，记为正弦图Aj, j = 1，...，H，将步骤O)中得到的右半部分投影图像转化为正弦图，记为正弦图Bj, j = 1，...， H；(4)分别在正弦图Ki与正弦图B」上选取子带，并计算子带间的相关系数Cp移动子带，确定相关系数最大值对应的位置，遍历所有的正弦图，计算相关系数最大值对应的位置的平均值，确定光学投影断层成像的最佳拼接距离d ；(5)利用步骤(4)确定的最佳拼接距离d，对步骤(1)和步骤O)中各个相同角度上采集的投影图像利用斜坡函数加权的方式进行拼接，得到被测物在每个照射角度的完整的投影图像，完成图像的拼接。本发明由于将投影图像转化为纹理特征清晰的正弦图，从而避免了基于特征的方法和直接基于图像灰度的方法因为投影图像本身灰度变化不大，纹理不明显而导致的图像拼接痕迹明显或拼接区域图像�：娜钡悖煌庇捎诒痉⒚髦恍枰阉髦付ǖ那颍蚨匣诒浠挥虻姆椒ㄒ笏阉髡鐾枷窨占洌扑懔啃。佣谑〖扑阕试矗虼耍痉⒚魈乇鹗屎匣谄叫泄馐腛PT系统得到的被测物投影图像的拼接。
图1为本发明拼接方法的流程图；图2为本发明实施例中对被测小动物小肠在左半部分成像时的第60个投影图像；图3为本发明实施例中对被测小动物小肠在右半部分成像时的第60个投影图像；图4为用本发明将被测物左半部分投影图像转化为正弦图Ki的过程示意图；图5为本发明实施例中被测小动物小肠在左半部分投影图像的第300行对应的正弦图；图6为用本发明将右半部分投影图像转化为正弦图B」的过程示意图；图7为本发明实施例中被测小动物小肠在右半部分投影图像的第300行对应的正弦图 。。；图8为本发明对图4和图6正弦图的拼接过程示意图；图9为本发明实施例中，j = 300时，相关系数C3cici(Hi)与搜索范围m的关系图；图10为本发明实施例中被测小动物小肠的第60个投影图像拼接后的图像。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。OPT系统成像的被测物一般包括小动物胚胎、器官、果蝇、线虫等I-IOmm尺度范围内的透明或半透明的物体。在此实施例中，以小动物小肠作为被测物，但不局限于此，采用激光器作为照射源，并使用远心透镜经光线扩束为平行光照射小动物小肠，采用高灵敏度的CCD相机来采集小动物小肠的投影图像，图像大小为500X500个像素，图像采集中每隔1. 5度采集一个投影图像，共采集240个投影图像，图像拼接中的子带图像宽度S = 20，最大搜索范围M = 40，给定的最小相关系数η =0.9。参照图1，本发明基于光学投影断层成像系统的被测物图像拼接方法，具体步骤包括如下步骤1 将被测物，例如小动物小肠，小动物胚胎，线虫，固定在电控旋转台上，调节转台的位置，使得对被测物进行多角度照射时，被测物的左半部分始终投影在CCD相机内；再对被测物进行360度范围照射，每隔1. 5度采集一个投影图像，共采集240个投影图像。每个投影图像包含500 X 500个像素，记为左半部分投影图像SAn，n = 1，...，M0，图2 给出了对被测物，例如小动物小肠在左半部分照射时采集得到的第60个投影图像。步骤2 保持被测物相对于转台不动，将转台垂直光路左右移动，使得对被测物进行多角度照射时，被测物的右半部分始终投影在CCD相机内；再对被测物进行360度范围照射，每隔1. 5度采集一个投影图像，共采集240个投影图像，每个投影图像包含500 X 500个像素，记为右半部分投影图像SBn，n= 1，...二40，图3给出了对被测物，例如小动物小肠在右半部分照射时采集到的第60个投影图像。步骤3 将被测物左半部分的投影图像转化为正弦图。参照图4，本步骤的具体实现如下(3a)选取步骤1中得到的240个投影图像，抽取第一个投影图像的第j行，作为正弦图^的第一行，抽取第二个投影图的第j行作为正弦图^的第二行，依次类推，抽取每个投影图像的第j行，按照投影时间的先后顺序重组成一个图像，得到与被测物左半部分投影图像第j行对应的正弦图Aj, j从1取到500 ；(3b)重复步骤(3a)，得到与被测物左半部分投影图像对应的正弦图Aj, j = 1，...，500，图5给出了被测物，例如小动物小肠，左半部分投影图像的第300行对应的正弦图 ^-300°步骤4 将被测物右半部分的投影图像转化为正弦图。参照图6，本步骤的具体实现如下(4a)选取步骤2中得到的240个投影图像，抽取第一个投影图像的第j行，作为正弦图h的第一行，抽取第二个投影图像的第j行作为正弦图B」的第二行，依次类推，抽取每个投影图像的第j行，按照投影时间的先后顺序重组成一个图像，得到与被测物右半部分投影图像第j行对应的正弦图Bj, j从1取到500 ；(4b)重复步骤( )，得到与被测物右半部分投影图像对应的正弦图Bj, j = 1，...，500，图7给出了被测物，例如小动物小肠，右半部分投影图像的第300行对应的正弦
图 ^300°步骤5 对左半部分投影图像对应的正弦图Aj和右半部分投影图像对应的正弦图像h进行拼接。(Sa)选取左半部分投影图像对应的正弦图Aj的右端第1 20列，记为正弦图Aj 的子带图像TA，选取右半部分投影图像对应的正弦图Bj的左端第1 20列，记为正弦图Bj 的子带图像TB1，参照图8(a)，实现正弦图Bj的子带图像TB1与正弦图Aj的子带图像TA的拼接，计算正弦图Bj的子带图像TB1中像素点灰度值与正弦图Aj的子带图像TA中像素点灰度值的相关系数Cj(I)
权利要求
1.一种基于光学投影断层成像系统的被测物图像拼接方法，包括如下步骤(1)将被测物固定在光学投影断层成像系统的转台上，使用平行束的可见光作为照射源，调节系统探测器的位置，对被测物左半部分进行N个角度的照射，每个角度上采集1个投影图像，共采集N个投影图像，记为左半部分投影图像SAn，η = 1，. . .，N，每个投影图像由HXW个像素组成，H为投影图像中像素的行数，W为投影图像中像素的列数；(2)保持被测物相对转台不动，水平移动转台的位置，对被测物右半部分进行N个角度的照射，每个角度上采集1个投影图像，共采集N个投影图像，记为右半部分投影图像SBn， η = 1，. . .，N，每个投影图像由HXW个像素组成；(3)将步骤(1)中得到的左半部分投影图像转化为正弦图，记为正弦图Aj,j = 1，...， H，将步骤⑵中得到的右半部分投影图像转化为正弦图，记为正弦图Bj, j = 1，. . .，H ；(4)分别在正弦图A^与正弦图B」上选取子带，并计算子带间的相关系数Cp移动子带， 确定相关系数最大值对应的位置，遍历所有的正弦图，计算相关系数最大值对应的位置的平均值，确定光学投影断层成像的最佳拼接距离d ；(5)利用步骤(4)确定的最佳拼接距离d，对步骤(1)和步骤O)中各个相同角度上采集的投影图像利用斜坡函数加权的方式进行拼接，得到被测物在每个照射角度的完整的投影图像，完成图像的拼接。
2.根据权利要求1所述的基于光学投影断层成像系统的被测物图像拼接方法，其特征在于所述步骤(3)中投影图像转换为正弦图的步骤为(3a)选取步骤(1)中得到的N个投影图像，N为不为零的自然数，抽取第一个投影图像的第j行，作为正弦图^的第一行，抽取第二个投影图的第j行作为正弦图^的第二行，依次类推，抽取每个左半部分投影图像的第j行，按照投影时间的先后顺序重组成一个图像， 得到第j行对应的正弦图，j从1取到H，H为投影图像中像素的行数；(3b)重复步骤(3a)，得到与被测物左半部分投影图像对应的H个正弦图Aj, j = 1， 2 ... j H ；(3c)选取步骤( 中得到的N个投影图像，N为不为零的自然数，抽取第一个投影图像的第j行，作为正弦图B」的第一行，抽取第二个投影图的第j行作为正弦图B」的第二行，依次类推，抽取每个右半部分投影图像的第j行，按照投影时间的先后顺序重组成一个图像， 得到第j行对应的正弦图，j从1取到H，H为投影图像中像素的行数；(3d)重复步骤(3c)，得到与被测物右半部分投影图像对应的正弦图Bj, j = 1,2,...,H。
3.根据权利要求1所述的基于光学投影断层成像系统的被测物图像拼接方法，其特征在于所述步骤中对正弦图进行拼接的步骤如下(4a)选取左半部分投影图像对应的正弦图AjS端的第1 S列图像，记为正弦图Aj的子带图像TA，选取右半部分投影图像对应的正弦图Bj左端的第1 S列图像，记为正弦图 Bj的子带图像TB1，计算正弦图Bj的子带图像TB1中像素点灰度值与正弦图Aj的子带图像 TA中像素点灰度值的相关系数Cdl)
4.根据权利要求1所述的基于光学投影断层成像系统的被测物图像拼接方法，其特征在于所述步骤(5)中采用斜坡函数加权的方法实现投影图像拼接的步骤如下(5a)选取被测物左半部分投影图像SAn和被测物右半部分投影图像SBn，η = 1，...，N；(5b)保持左半部分投影图像SAn左侧的第1 W-d-S列不动，作为拼接后图像的第 1 W-d-S列，保持右半部分投影图像SBnS侧的第d+S+Ι W列不动，作为拼接后图像的第 W+1 2W-d-S 列；(5c)将被测物左半部分投影图像SAn与右半部分投影图像SB1^H对平移d+S列，使左半部分投影图像SAn右端的第W-d-S+Ι W列与右半部分投影图像SBn左端的第1 d+S列重叠，用左半部分投影图像SAn的第W-d-S+i列与右半部分投影图像的第i列分别乘以加权因子和，然后再相加，作为拼接后图像的第W-d-S+i列，i从1取到d+S ； d+S d+S(5d)重复步骤(5c)，即得拼接后图像的第W-d-S+i W列； (5e)重复步骤(5b) (5d)，完成所有照射角度的投影图像的拼接。
5.根据权利要求1所述的基于光学投影断层成像系统的被测物图像拼接方法，其特征在于所述步骤(1)中对被测物进行多角度照射时，被测物的左半部分始终完整的投影在探测器内部。
6.根据权利要求1所述的基于光学投影断层成像系统的被测物图像拼接方法，其特征在于所述步骤O)中对被测物进行多角度照射时，被测物的右半部分始终完整的投影在探测器内部。
7.根据权利要求1所述的基于光学投影断层成像系统的被测物图像拼接方法，其特征在于所述步骤O)中转台的移动仅是垂直于光路的水平平动。
全文摘要
本发明公开了一种基于光学投影断层成像系统的被测物图像拼接方法，主要解决现有技术中基于光学投影断层成像系统的被测物图像的拼接中拼接区域图像�：蚱唇雍奂Ｃ飨缘奈侍�。其实现步骤是(1)分别对被测物的左半部分和右半部分进行照射，采集得到被测物左半部分和右半部分的投影图像；(2)将被测物左半部分和右半部分的投影图像分别转化为纹理特征清晰的正弦图；(3)对正弦图进行拼接，利用图像重叠区域的相关性，确定投影图像的拼接距离；(4)利用斜坡函数加权的方式完成投影图像的拼接。本发明具有拼接区域清晰度高，拼接痕迹小和计算量小的优点，可用于对被测物进行三维重建。
文档编号G01N21/84GK102324101SQ20111030283
公开日2012年1月18日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年10月9日
发明者侯彦宾, 屈晓超, 朱守平, 李军, 梁继民, 田捷, 赵恒 , 陈多芳, 陈雪利, 鞠金采 申请人:西安电子科技大学
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