ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ФРАГМЕНТОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ
REAL-TIME IMAGE PROCESSING FOR OPTIMISING SUB-IMAGE VIEWS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к процессору изображений, к способу обработки изображений, к системе обработки изображений, к элементу компьютерной программы и к машиночитаемому носителю.
Уровень техники изобретения
На сегодняшний день идеальная станция просмотра рентгеновских снимков должна показывать цифровые данные изображения в виде, совместимом с рентгеновскими пленками, которые рассматривают на стандартном просмотровом столе. Однако этот принцип может быть реализован только с помощью дорогих мониторов с высоким разрешением.
Из уровня техники известна заявка ЕР 1422662, в которой улучшается контрастность изображения. Обработка выполняется схемой обработки изображения в рентгеновском фотоаппарате. Изображение разлагается на значения коэффициентов для множества частотных диапазонов схемой разложения частотной составляющей для получения коэффициентов для каждой полосы частот. Схема преобразования коэффициентов преобразует значения коэффициентов в отношении по меньшей мере одного частотного диапазона из множества частотных диапазонов. Схема восстановления генерирует изображение, используя значения коэффициентов, полученные преобразованием, выполняемым схемой преобразования коэффициентов.
В патенте США 5963676 описывается многомасштабный подход к усовершенствованию, когда маски улучшения генерируются в разных масштабах, а затем объединяются вместе с использованием схемы пирамиды. Каждая маска вычисляется с применением направленного чувствительного ядра Лапласа, которое отвечает за извлечение изображений с низкой контрастностью, за которым следует адаптивное нелинейное отображение.
Сущность изобретения
Поэтому может иметься потребность в другом устройстве.
Задача настоящего изобретения решается с помощью объекта изобретения независимых пунктов формулы изобретения, при этом дополнительные варианты воплощения включены в зависимые пункты формулы изобретения.
Следует отметить, что следующие описанные аспекты изобретения одинаково применимы к способу обработки изображений, к системе обработки изображений, к элементу компьютерной программы и к машиночитаемому носителю.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения обеспечен процессор изображений. Процессор содержит:
блок ввода для приема информации о фрагменте изображения, задающий фрагмент целого изображения, информация о фрагменте изображения включает в себя информацию о смещении и/или масштабе увеличения, причем фрагмент изображения является  пространственным фрагментом изображения целого изображения;
подавитель, сконфигурированный с возможностью подавлять или ослаблять (оба эти термина далее используются ка взаимозаменяемые) только во фрагменте изображения составляющие пространственной частоты (или полосы) ниже заранее определенной или динамической полосы частот нижнего предела, и тем самым создавать фрагмент изображения с измененной пространственной частотой;
блок вывода, выполненный с возможностью выводить для отображения фрагмент изображения с измененной частотой с заданным масштабом увеличения, процессор изображений, таким образом, обеспечивает увеличение до целого изображения части изображения, соответствующей информации о смещении. Другими словами, измененное изображение показывает, при отображении на экране, часть целого изображения в месте, заданном с помощью информации о фрагменте изображения. Измененный фрагмент изображения затем масштабируется, при просмотре на экране, с заданным увеличением. В соответствии с одним вариантом воплощения масштаб увеличения устанавливается автоматически в соответствии с размером дисплея доступного экрана.
Хотя стандарт DICOM не поддерживается, устройство позволяет использовать экран с низким разрешением для просмотра, например, даже рентгеновских снимков с большим количеством пикселей, и пользователь, тем не менее, будет в состоянии различать локальные детали изображения. Подавитель пространственных частот устройства ослабляет низкочастотные компоненты (измеренные в "парах линий" на мм или "циклах" на мм в плоскости изображения), которые лишь добавляют в изображение градиент, вызванный крупномасштабной структурой изображения.
В одном варианте воплощения изображение разделяется на множество изображений полос после разложения Лапласа, каждое изображение полосы имеет пространственные частоты только в соответствующей полосе частот. В этой пирамиде изображения полосы с большим индексом представляют собой все большие и большие структуры. Некоторые из более высоких полос, то есть только те пространственные частоты (полосы), которые ниже этого нижнего предела частоты, ослабляются или подавляются, если должно быть отображено не полное (целое) изображение, а только заданный пространственный фрагмент упомянутого полного изображения. Если целое изображение, например, имеет ширину в 3000 пикселей, и с помощью увеличения-и-смещения выбирают только пространственную область в 300 пикселей шириной из целого изображения в качестве фрагмента изображения, в изображении не будет никакого значительного вклада от нижних полос, таким образом, значительные "локальные" детали не будут потеряны, и остающиеся более высокие частоты будут лучше различимы просматривающим, потому что градиенты от крупномасштабных структур удалены или подавлены. Таким образом, и фрагмент изображения, и фрагмент изображения с измененной частотой являются пространственными областями целого изображения, но во фрагменте изображения с измененной частотой низкие пространственные частоты подавлены по сравнению со спектром пространственных частот необработанного фрагмента изображения. Это приводит к улучшению рабочего процесса при изучении больших рентгеновских снимков на диагностической рабочей станции даже когда используется дешевый монитор/экран.
Следует понимать, что подавление, используемое здесь, включает в себя случай, когда полоса полностью удаляется (коэффициент подавления = 0). Подавление происходит, когда соответствующий коэффициент подавления/весовой коэффициент меньше, чем единица. Подавление отсутствует, когда коэффициент равен единице.
Информация о смещении задает, где в целом изображении расположен фрагмент изображения. Таким образом, заданный фрагмент изображения является пространственной подобластью или частью плоскости целого изображения. Для прямоугольных фрагментов изображения она будет включать в себя, например, верхний левый угол, длину и ширину прямоугольника в единицах пикселей целого изображения. Однако также предполагаются другие формы фрагмента изображения, требующие других характеристик смещения. Информация об увеличении задает масштаб, с которым фрагмент изображения с измененной частотой должен быть отображен на экране. Информация об увеличении или масштабный коэффициент могут быть приняты одновременно с информацией о смещении или на более поздней стадии, когда фрагмент изображения с измененной частотой подготовлен для вывода на экране. Информация об увеличении связана с размером матрицы монитора. Информация об увеличении или непосредственно определяется пользователем, указывающим, например, посредством указателя во втором (ином, чем действие пользователя с указателем для определения размера фрагмента изображения) действии пользователя, экранное окно, в котором должно быть отображено изображение. В другом варианте воплощения информация об увеличении получается из ранее выбранного (пользователем) коэффициента увеличения путем деления размера матрицы окна вывода (в котором должно быть отображено масштабируемое изображение) монитора на этот коэффициент увеличения. В этом варианте воплощения не требуется никакого второго действия с указателем, связанного с коэффициентом увеличения.
В соответствии с одним вариантом воплощения, блок ввода содержит графический пользовательский интерфейс, реагирующий на используемое пользователем средство ввода, в частности указатель, такой как компьютерная мышь. Информация о фрагменте изображения принимается при использовании пользователем указателя, например, с помощью действия "нажать и перетащить".
В соответствии с одним вариантом воплощения, фрагмент изображения с измененной частотой создается подавителем при приеме блоком ввода информации о фрагменте изображения. Другими словами, вычисления для получения измененного изображения могут выполняться в режиме реального времени, то есть при запросе пользователя. Интерактивность для пользователя может быть достигнута отчасти потому, что вычисления для обеспечения подавления ограничены информацией об изображении в заданной области фрагмента изображения.
В соответствии с одним вариантом воплощения процессор сконфигурирован создавать обновленный фрагмент изображения с измененной частотой при приеме блоком ввода обновленной информации о фрагменте изображения. Процессор изображений, таким образом, может выводить последовательность обновленных фрагментов изображения с измененной частотой, пока последовательность обновленных фрагментов изображения принимается в блоке ввода. Другими словами, возможность устройства проведения вычислений в реальном времени позволяет обновлять измененное изображение при запросе пользователя на увеличение различных частей целого изображения, определенных различными фрагментами изображения.
В соответствии с одним вариантом воплощения устройство дополнительно содержит генератор изображения, сконфигурированный управлять экраном, экран при таком управлении отображает фрагмент изображения с измененной частотой на экране или совместно с или вместо целого изображения.
В соответствии с одним вариантом воплощения процессор сконфигурирован создавать разностное изображение между фрагментом изображения и фрагментом изображения с измененной частотой, генератор изображения сконфигурирован управлять экраном для отображения разностного изображения совместно с изображением с измененной частотой, разностного изображения, имеющего только подавленные пространственные частоты. Таким образом, вместе с измененным фрагментом изображения также опционально показывается контрольное изображение. Это контрольное изображение может отображаться с любым размером или как и в настоящий момент отображаемое измененное изображение, или, предпочтительно, как небольшое "миниатюрное изображение" для предоставления пользователю дополнительной информации, не показанной на в настоящий момент рассматриваемом большом изображении с измененной пространственной частотой.
В соответствии с одним вариантом воплощения нижний предел частоты указывает полосу частот в разложении целого изображения в пирамиду Лапласа. В других вариантах воплощения могут использоваться разложение Фурье или вейвлет-разложение. Может использоваться комбинация (набор) фильтров высоких и низких частот для выполнения разложения или анализа. Разложение может выполняться один раз на подготовительном этапе при вызове целого изображения, но до того, как пользователь задаст фрагмент изображения, и обновляться только при загрузке пользователем нового целого изображения. Этот порядок обработки еще больше улучшает интерактивность для пользователя при смене одного фрагмента изображения на другой. В другом варианте воплощения, однако, разложение делается при задании пользователем информации о фрагменте изображения. Здесь следует понимать, что для текущих целей может использоваться любой пространственно-частотный анализ для получения различных полос пространственных частот, которые могут затем сортироваться в возрастающем или убывающем порядке в иерархию.
В соответствии с одним вариантом воплощения порог частоты или нижний предел частоты является динамическим, потому что он меняется в зависимости от размера фрагмента изображения, как задано в принятой информации и варианте воплощения. Более конкретно, нижний предел частоты тем выше, чем меньше размер фрагмента изображения. Таким образом, в относительно небольших фрагментах изображения подавляется больше полос, чем в относительно больших фрагментах изображения, при этом нижний предел частоты стремится к нулю при приближении фрагмента изображения к размеру целого изображения, таким образом, никакие полосы не подавляются в этом предельном случае, и фрагмент изображения идентичен целому изображению.
В соответствии с одним вариантом воплощения величина подавления динамически подстраивается, таким образом меняется в зависимости от полос частот. Более конкретно, величина подавления тем выше, чем ниже любая данная полоса частот от нижнего предела частоты. Другими словами, устройство обеспечивает функциональность адаптивной регулировки, какие частоты должны быть подавлены, при этом подавление тем сильнее выражено, чем ниже частота относительно частоты нижнего предела, ниже которого должно происходить подавление. В одном варианте воплощения устройство также может быть настроено так, чтобы была конкретная граничная частота, ниже которой полосы частот выключаются независимо от того, насколько полосы ниже частоты нижнего предела.
Расположение полос частот в иерархической структуре данных в соответствии с частотами позволяет простым образом осуществить вышеупомянутый алгоритм подавления, потому что соответствующие полосы частот могут указываться с помощью простого целочисленного индекса, который одновременно указывает, насколько высоко или низко расположена частота в пределах полного спектра пространственных частот.
В соответствии с одним вариантом воплощения блок вывода сконфигурирован преобразовывать динамический диапазон значений серых тонов пикселей фрагмента изображения с измененной пространственной частотой в диапазон контрастности экрана, на котором должен отображаться фрагмент изображения с измененной пространственной частотой. Преобразование, например, по меньшей мере кусочно-линейное растяжение контрастности, может быть построено с использованием гистограммы яркости с соответствующей разбивкой по столбцам фрагмента изображения с измененной пространственной частотой. Контрастность диапазона значений серых тонов определяется разностью между наименьшим и наибольшим значением серых тонов пикселей.
Другими словами, заданная часть изображения (или полное изображение, или фрагмент изображения в месте, определенном с помощью текущих настроек "смещения" и "увеличения") обрабатывается так, чтобы всегда помещаться в диапазон значений серых тонов монитора. Контрастность изображения всегда оптимизируется, даже если монитор имеет ограниченное разрешение значений серых тонов. Кроме того, больше нет необходимости в интерактивном управлении контрастом и яркостью.
Измененный фрагмент изображения может отображаться на экране с более высоким контрастом, чем исходный фрагмент изображения, где более низкие частоты не подавляются. Из-за подавления низких частот крупномасштабные структуры по существу удаляются из изображения, и поэтому не должны учитываться при преобразовании измененного изображения в диапазон значений серых тонов монитора. Поскольку теперь меньшие (то есть только локальные, мелкомасштабные структуры остаются) структуры изображения преобразуются или "растягиваются" на весь диапазон значений серых тонов монитора, переходы значений серых тонов, представляющие собой те меньшие структуры, являются менее плавными или более "резкими", таким образом может быть достигнут более высокий контраст. Другими словами части в изображении, имеющие самые высокие значения яркости на фрагменте изображения, преобразуются в значения с одного конца динамической шкалы значений серых тонов монитора, то есть преобразуются в самое высокое значение серых тонов ("белый цвет"), а части, имеющие самые низкие значения яркости на фрагменте изображения, преобразуются в самое низкое значение серых тонов ("черный цвет") на другом или противоположном конце шкалы или наоборот, с инвертированными белым и черным цветами. Стандартный HDTV монитор может быть достаточен для того, чтобы по-прежнему иметь высокий контраст при рассмотрении локальных деталей изображения. Вычисления для подстройки диапазона значений серых тонов ограничены информацией о пикселях в измененном фрагменте изображения, что обеспечивает улучшенную интерактивность для пользователя. Подстройка диапазона значений серых тонов под конкретный монитор повторяется для каждого нового измененного фрагмента изображения, таким образом, всегда гарантируя вид с оптимизированным контрастом изображения, если пользователь обновит информацию о фрагменте изображения. Очевидно, что подобное преобразование может использоваться для цветных изображений при преобразовании в цветной диапазон монитора.
Краткое описание чертежей
Теперь будут описаны иллюстративные варианты воплощения изобретения со ссылкой на следующие чертежи, на которых:
фиг. 1 является блок-схемой системы обработки изображений;
фиг. 2 является схематическим видом фрагмента изображения и фрагментом изображения с измененной пространственной частотой;
фиг. 3 является блок-схемой процессора изображений, используемого в системе на фиг. 1;
фиг. 4 является схемой последовательности операций способа обработки изображений.
Подробное описание вариантов воплощения
Со ссылкой на фиг. 1 показана система обработки изображений.
Система содержит базу DB данных, в которой сохранены полученные изображения. Изображения могут быть, например, рентгеновскими снимками, сохраненными в цифровом виде, но следует понимать, что устройство, описанное здесь, в равной степени применимо к другим медицинским изображениям. Имеется рабочая станция 105 или компьютерный блок, обеспечивающая возможность пользователю, скажем медицинскому персоналу, получать изображение 100 из базы DB данных. Предполагается, что база DB данных и рабочая станция 105 подключены к подходящей сети связи, известной из предшествующего уровня техники. Рабочая станция 105 имеет средство или инструмент для ввода пользователя, такое как клавиатуру CB и/или указатель PT, такой как электронный стилус или компьютерная мышь, для взаимодействия пользователя с извлеченным изображением 100. Графический процессор (графический адаптер или видеокарта) GP управляет отображением упомянутого изображения на экране 110. На рабочей станции 105 запущено подходящее программное обеспечение для просмотра, которое может включать в себя контроллер UIC пользовательского интерфейса, как правило сконфигурированный генерировать для отображения на экране 110 графический пользовательский интерфейс GUI. Полученное изображение 100 затем может быть рассмотрено в графическом пользовательском интерфейсе GUI, и пользователь может затем манипулировать им способом, который будет объяснен более подробно ниже.
Система включает в себя процессор DZC ("контроллер просмотра с динамическим увеличением") изображений, который предоставляет пользователю функциональность динамического увеличения. Рентгеновский снимок 100 может первоначально целиком рассматриваться на экране 100 или по меньшей мере относительно большими частями в виде "целого изображения", имеющего ширину и длину X, Y в пикселях, которые могут быть в районе трех-пяти тысяч пикселей для рентгеновских снимков, полученных с помощью современных сканеров изображения. Общее положение начального изображения 100 на экране 110 задается с помощью положения его верхнего левого угла P относительно экранной системы координат. Пользователь может затем использовать указатель PT, например компьютерную мышь, чтобы задать с помощью действия "нажать и перетащить" фрагмент изображения 100a, который является частью или областью отображенного изображения 100, если пользователь хочет рассмотреть увеличенное изображение 100 в области, определенной упомянутым фрагментом изображения 100a. Это "увеличение масштаба" целого начального изображения 100 в заданной части 100a изображения может инициироваться с помощью движения указателя PT. Драйвер (не показан) системы 100 приспособлен, путем использования подходящих методик событийно-управляемого программирования, ожидать нажатия мыши и события движения мыши и, таким образом, захватывать информацию о координатах в изображении, указывающую размер и положение фрагмента изображения 100a, который пользователь запросил рассмотреть в увеличенном виде. Другими словами, система с помощью ее указателя предоставляет пользователю функциональность увеличения и смещения. Пользователь нажимает в любом желаемом месте на отображенном целом изображении 100, таким образом, задавая левый верхний угол p фрагмента изображения 100a. Пользователь затем раскрывает перетаскиванием прямоугольник, имеющий ширину и длину x, y, таким образом, определяя пространственные размеры фрагмента изображения 100a. Размеры x, y фрагмента изображения затем передаются контроллеру DZC просмотра с динамическим увеличением.
Контроллер DZC поддерживает увеличенный вид фрагмента изображения 100a на экране 110 путем обеспечения того, что локальные детали изображения в заданном фрагменте изображения отображаются с лучшим контрастом даже на экране 110a среднего качества. Локальные детали выделяются, то есть те, которые находятся в пределах периметра заданного фрагмента изображения 100a, а затем воспроизводятся для просмотра на экране в измененном фрагменте изображения 100m с более высоким контрастом, чем контраст целого изображения в части, заданной с помощью фрагмента изображения 100a. Детали, которые обычно не будут показаны на низкоконтрастном экране 110, могут быть тогда выделены и различены пользователем. Диагностика на основе медицинского изображения становится возможной даже с дешевым и доступным монитором, который может быть куплен в любом дискаунтере электроники.
На основании характеристик x, y размера фрагмента изображения, обеспеченных пользователем с помощью указателя PT, контроллер DZC затем вычисляет измененный фрагмент изображения 100m, который затем отображается на экране 110. Контроллер DZC динамического увеличения является динамическим в том смысле, что измененное изображение 100m вычисляется в режиме реального времени, то есть при приеме информации p,x,y о фрагменте изображения, и повторно вычисляется при приеме обновленной информации о фрагменте изображения по мере того, как просматривающий перемещает указатель PT для задания не только одного, а, возможно, последовательности или серии фрагментов изображения.
Говоря упрощенно, контроллер DZC подавляет низкие составляющие или полосы пространственных частот в изображении, которые ниже динамически подстраиваемого предела пространственной частоты. В соответствии с одним вариантом воплощения вычисление частоты изображения 100m с измененной пространственной частотой выполняется в режиме реального времени. Это стало возможным отчасти потому, что вычисления, выполняемые во время процесса работы контроллера DZC просмотра с динамическим увеличением, ограничены частью изображения, определенной информацией p,x,y о фрагменте изображения. Низкие компоненты пространственной частоты подавляются только в области фрагмента изображения 100a. В соответствии с одним вариантом воплощения контроллер DZC сконфигурирован подстраивать динамический диапазон значений серых тонов изображения 100m с измененной частотой так, чтобы он соответствовал динамическому диапазону значений серых тонов монитора 110, который будет использоваться для отображения изображения 100m с измененной частотой.
Чтобы лучше объяснить процесс работы контроллера DZC динамического увеличения обратимся теперь к фиг. 2, которая показывает результат применения контроллера DZC динамического увеличения к фрагменту изображения 100a. Левая часть фиг. 2 показывает фрагмент изображения 100a до применения контроллера DZC, а правая часть показывает фрагмент изображения 100m с измененной частотой как результат упомянутого применения.
Фрагмент изображения 100a является пространственной областью целого изображения 100 и включает в себя мелкомасштабные структуры и крупномасштабные структуры, последние имеют значение только когда необходимо посмотреть все изображение 100 целиком. График под каждым из фрагментов изображения 100a, 100m является соответствующим профилем I интенсивности пикселей, взятым на линии L вдоль оси x каждого фрагмента изображения 100a, 100m.
Наличие больших структур во фрагменте изображения 100a очевидно из постепенного наклона слева направо в направлении по оси х. Этот наклон имеет место из-за градиента, вызванного информацией о крупномасштабной структуре в необработанном фрагменте изображения 100a. Локальные мелкомасштабные структуры являются мелкими модуляциями, наложенными на упомянутый градиент. Поскольку присутствие крупномасштабной структуры занимает значительную часть динамического диапазона значений серых тонов, интенсивности пикселей в пределах частей пикселей, представляющих собой мелкомасштабные структуры, являются менее выраженными, другими словами, мелкомасштабные структуры показаны с относительно низким контрастом.
С другой стороны, во фрагменте изображения 100m с измененной частотой, диапазон которого был подстроен под динамический диапазон значений серых тонов монитора, мелкомасштабные структуры показаны с более высоким контрастом в правой части. Как видно из кривой профиля фрагмента изображения 100m с измененной частотой, больше нет наклона кривой профиля, потому что пространственные частоты фоновой крупномасштабной структуры были удалены. Значения пикселей, представляющих собой мелкомасштабные структуры, могут теперь быть растянуты по целому диапазону значений серых тонов, и поэтому фрагмент изображения 100m с измененной частотой может быть отображен с более высоким контрастом, чем в необработанном фрагменте изображения.
Здесь предлагается, чтобы контроллер DZC подавлял только пространственную частоту крупномасштабных структур, но более высокие пространственные частоты мелкомасштабных структур оставлял в изображении. Кроме того, перед его отображением, значения серых тонов фрагмента изображения 100m с измененной частотой подстраиваются под диапазон значений серых тонов монитора.
Процесс работы
Теперь будет более подробно объяснен процесс работы контроллера DZC динамического увеличения со ссылкой на фиг. 3. Целое изображение 100 принимается в интерфейсе 305 ввода контроллера DZC. Как было объяснено выше, информация о фрагменте изображения 100a предоставляется пользователем посредством нажатий клавиатуры CB или движений и/или нажатий указателя PT, а также принимается в контроллере DZC через тот же самый интерфейс 305 ввода или другой интерфейс.
Анализатор 310 изображения анализирует или раскладывает целое изображение 100 на полосы его пространственных частот, из которых, как предполагается, может быть получена информация об изображении в упомянутом изображении 100. Этот пространственный спектральный анализ выполняется в одном варианте воплощения путем исполнения итеративного алгоритма пирамиды Лапласа, как описано в патенте США 6252931. Сгенерированные таким образом различные полосы пространственных частот затем размещаются в подходящей структуре данных, такой как ассоциативная матрица, как показано на фиг. 3. Полосы упорядочены в "пирамиде" в соответствии с их частотами, где HP("высокие частоты")-0 обозначает полосу самых высоких частот, так сказать, верхушку пирамиды, постепенно уменьшающуюся через BP-b полосы частот (b=1 ... 7) до самой низкой частоты LP("низкие частоты")-8. Каждая частотная составляющая в данной полосе ниже, чем любая частотная составляющая в полосе выше упомянутой данной полосы. В примере, показанном на фиг. 3, имеется девять полос частот (каждая полоса содержит диапазон частотных составляющих), из которых сформировано изображение 100 в виде суперпозиции этих частот, каждая из которых взята с соответствующей амплитудой. Каждая полоса пространственных частот указывается с помощью целочисленного индекса b. Более высокий индекс b обозначает более низкую частоту, таким образом, постепенно увеличивая индекс b пространственной частоты система может последовательно посетить все более и более низкие составляющие пространственных частот.
Подавитель 320 затем вычисляет на основании i) размера SUB фрагмента изображения 100a, ii) размера SIZE целого изображения 100, iii) (опционального) определяемого при использовании частотного параметра fp и iv) заранее определенной постоянной K коэффициент подавления factor(b) для каждой полосы, который затем может быть применен к полосам частот при построении фрагмента изображения 100b с измененной (пространственной) частотой. Подавленные частоты в каждой из подавленных полос затем выводятся, как показано справа на фиг. 3 в виде блоков с out-0 до out-8.
В зависимости от ввода в подавитель 120 и, в частности, от отношения между SUB и SIZE, нижний предел частоты может быть установлен так, что коэффициенты подавления для полос частот ниже упомянутого предела варьируются между менее 1 и нулем, тогда как коэффициенты подавления для полос выше упомянутого предела равны приблизительно единице. Другими словами, частоты выше упомянутого предела остаются без изменения, тогда как частоты ниже упомянутого предела подавляются или даже полностью убираются или устраняются, когда вычисленный коэффициент равен нулю или меньше, чем пренебрежимо малое "отсекающее" значение ε.
Нижний предел частоты является динамическим, потому что он зависит от изменяющегося отношения размера изображения, которое в свою очередь зависит от размера фрагмента изображения 100a, выбранного пользователем. Дополнительно и в соответствии с одним вариантом воплощения частоты ниже упомянутого предела подавляются тем сильнее, чем ниже полоса частот расположена относительно упомянутого предела. Подавление, обеспечиваемое подавителем, поэтому имеет двойную зависимость от i) отношения изображений, которое в свою очередь определяет нижний предел частоты и ii) того, где полоса пространственных частот находится в спектре пространственных частот относительно нижнего предела частоты.
Реконструктор или синтезатор 330 изображения затем реконструирует измененный фрагмент изображения 100m путем использования информации о пикселях из фрагмента изображения 100a и путем применения к его исходному спектру пространственных частот вычисленных коэффициентов подавления для вывода изображения 100m с измененной пространственной частотой для отображения на экране 110. Изображение 100m с измененной пространственной частотой направляется с помощью подходящего средства 340 выходного интерфейса графическому процессору GP, который затем воспроизводит информацию об изображении в изображение 100m с измененной частотой для отображения на экране 110.
В одном варианте воплощения до вывода на экран 110 модуль экранного адаптера, который может быть реализован в средстве 340 вывода или графическом процессоре GP, сконфигурирован подстраивать динамический диапазон яркости значений серых тонов в измененном изображении 100m к фактическим динамическим возможностям шкалы серых тонов монитора 110, который будет использоваться для отображения упомянутого изображения. Система, таким образом, предоставляет подстроенный под экран просмотр измененного изображения, так что пользователь может лучше различать структурные различия в области в глобальном изображении, заданной с помощью фрагмента изображения 100a. С этой целью вычисляется гистограмма яркости измененного изображения 100m, где каждый столбец ("окно") записывает долю или число пикселей с конкретной яркостью или значением шкалы серых тонов. Пиксели с минимальной и максимальной яркостью в изображении 100m, как показывает гистограмма, затем преобразуются соответственно в минимальное и максимальное значения серых тонов диапазона значений серых тонов монитора компьютера, при этом значения серых тонов между этими двумя экстремальными значениями соответственно перераспределяются, таким образом, гистограмма изображения 100m растягивается, чтобы соответствовать палитре значений серых тонов экрана 110.
В методиках увеличения контраста 0%- и 100%-процентили фрагмента изображения 100m преобразуются в соответствии с одним вариантом воплощения посредством кусочно-линейной функции в минимум и максимум яркости или значения серых тонов, которые экран 110 (управляемый графическим процессором GP) может отобразить. В одном варианте воплощения изменяются пиксельные значения во фрагменте изображения 100m с измененной частотой или изменяется справочная таблица, используемая графическим процессором GP. В соответствии с одним вариантом воплощения преобразование выходной шкалы сохраняет медиану. Другими словами, преобразование выбирается так, что медиана (или 50%-процентиль) пиксельных значений в измененном фрагменте изображения 100m преобразуется приблизительно в то же самое значение серых тонов монитора, что и медиана исходного фрагмента изображения 100a. Это может подразумевать, что только один конец диапазона значений серых тонов изображения 100m преобразуется в соответствующее минимальное (MIN) или максимальное (MAX) значение серых тонов монитора, а не оба конца. Например, при сохранении медианы, или 1% процентиль в динамическом диапазоне изображения 100m преобразуется в 5% процентиль MIN значений серых тонов монитора, или 99%-процентиль динамического диапазона изображения 100m преобразуется в 95% MAX выходной яркости.
Это изображение с увеличенным контрастом затем отображается как измененное изображение 100m на экране 110. Понято, что средство 340 интерфейса вывода изображения может получить необходимые данные о диапазоне значений серых тонов монитора или от видеокарты, или непосредственно взаимодействуя через интерфейс с экраном 110, или посредством функций ручной пользовательской настройки. Последнее позволяет пользователю вручную предоставить контроллеру DZC характеристики динамического диапазона значений серых тонов экрана, который будет использоваться. Эта информация может быть обновлена, если должен использоваться новый монитор для отображения, чтобы обеспечить наилучший контраст измененного изображения на основании монитора, который будет фактически использоваться. В одном варианте воплощения масштабирование в соответствии с заданной пользователем информацией об увеличении применяется в средстве (340) выходного интерфейса к фрагменту изображения 100m с измененной частотой и подстроенным динамическим диапазоном.
Теперь будет более подробно объяснен процесс работы подавителя 320 со ссылкой на следующую распечатку псевдокода, показывающую функции и определения, используемые в вычислениях коэффициентов подавления:
(1) Размер целого изображения
SIZE
(2) Размер фрагмента изображения
SUB
(3) Номер b полосы
b=0 для самой высокой частоты (при полном разрешении)b=1 для следующей полосы (при половине разрешения)
(4) Последняя полоса bmax
bmax является концом пирамиды, содержащим низкие частоты, имеющим самый большой индекс (b=9)
(5) Частотный параметр fp
fp управляет границей между полосами высоких и низких частотfp=0 → spb всегда 0, так что модификация изображения отсутствуетfb=1 → наибольший эффект модификации изображенияfp должен быть пользовательским параметром
(5a)
Δb=bmax-b, чем больше Δb, тем больше пространственная частота
(6) параметр масштабирования полосыограниченный параметр масшатабирования
spb0=(fp*SIZE*2<sup>-(Δb=bmax-b)</sup>/SUB)-1spb={ЕСЛИ spb0>0, ТО spb=spb0, ИНАЧЕ spb=0}
(7) Лапласовская полоса
Lb
(8) Регулировочный параметр
k=[1=без регулировки; 1.1, ...;]k=1 выключает всеk=999 полностью выключает "слишком большие полосы" (где Δb является относительно небольшим)k=2...4 ослабляет нижние полосы более гладким образом
(9) Коэффициент подавления полосы
factor(b)=k<sup>-sp(b)</sup>
(10) Регулировка динамического диапазона увеличения
Lb<sup>zoom</sup>=Lb*factor(b)
(11) Отображаемое изображение
image_out = сумма всех Lb<sup>zoom</sup>
В одном варианте воплощения, и как видно в приведенном выше в (9), коэффициент подавления полосы или коэффициент ослабления полосы убывают экспоненциально с Δb, так что величина подавления (которая изменяется от нуля до единицы) изменяется экспоненциально с Δb. Переменная экспоненты Δb измеряет расстояние до самой нижней полосы bmax в терминах индекса b полосы, где Δb=0 обозначает самую нижнюю полосу, которая является нижними частотами изображения, и Δb=1, 2 ... обозначает, в свою очередь, полосы более высоких частот.
В соответствии с приведенным выше алгоритмом и как видно в строке (9), скоростью убывания, то есть величиной подавления, можно управлять, выбирая соответственно основание k экспоненты. Оптимальное значение для основания k экспоненты в этих условиях может быть установлено путем проведения проб для различных значений и опроса врачей о том, что они считают визуально наиболее полезными результатами для изображения. Значения, которые оказались полезны, это k=1,5 или 2.
Очень большое значение k (например k=999) приведет к такому результату, что в среднем полосы очень низких частот будут полностью выключены, т.е. коэффициент будет равен приблизительно нулю. Другими словами, подавление для очень больших значений k более не различается, и сплошное подавление, равное нулю, применяется ко всем полосам ниже частоты нижнего предела. И напротив, зависимость подавления от частоты обеспечивается, когда k выбрано равным более 1, но небольшим, например k=1,5 или 2, при этом частотная зависимость подавления постепенно исчезает для больших k.
-Δb
-Δb
-Δb
В соответствии с одним вариантом воплощения вычисление параметра sp(b) масштабирования (то есть экспоненты для k) имеет вид, как показано в строке (6). Отношение SUB/SIZE сравнивается с 2. Если отношение фрагмента изображения к целому изображению больше чем 2 для некоторой полосы b, возвращается параметр масштабирования, равный 0, и подавление не применяется к этой полосе b и полосам выше упомянутого b. Для полос ниже b, где отношение изображений меньше, чем 2, получается коэффициент подавления меньше 1. Таким образом определяется нижний предел частоты или граничная частота. Поэтому частота нижнего предела, которая разграничивает подавляемые и не подавляемые полосы, как можно видеть, зависит от отношения фрагмента изображения к целому изображению, а величина подавления (для небольшого (<2), данного k) зависит от того, насколько "низко" расположена полоса пространственных частот, то есть от положения полосы в иерархии пирамиды Лапласа, измеряемого индексным расстоянием Δb. Другими словами, чем ниже положение b полос (то есть чем меньше Δb) в пирамиде полос частот, тем более полно или более сильно упомянутая полоса подавляется подавителем 320. Настраиваемый пользователем коэффициент fp позволяет смещать нижний предел частоты вверх и вниз по пирамиде. Очевидно, что иерархия также может быть инвертирована, при этом индекс Δb=0 будет указывать самую высокую частоту, при этом вышеупомянутые формулы, очевидно, должны быть адаптированы с помощью преобразования индексов.
zoom
Коэффициенты Lb подавления после того, как они вычислены, затем применяются соответственно к каждой из полос Lb частот. Пространственные частоты в соответствующих полосах имеют уменьшенную в (10) амплитуду с помощью коэффициента подавления, вычисленного в (9). Изображение 100m с измененной частотой затем выводится в виде суперпозиции в (11) подавленных и неподавленных пространственных частот.
Следующие таблицы 1-4 показывают примеры для коэффициентов подавления в зависимости от отношения размеров изображений, индекса b пространственной частоты и fp.
Приведенная выше таблица 1 показывает непосредственную связь между размером фрагмента изображения и числом подавленных полос частот по мере продвижения по столбцам слева направо. В случае первого столбца фрагмент изображения SUB имеет размер почти целого изображения, так что имеется 10%-ое подавление в самой низкой полосе частот, так что приблизительно 90% полосы используется в измененном фрагменте изображения 100m. Частота нижнего предела сдвигается вверх по мере перехода ко все более и более мелким фрагментам изображения, например, в соседнем с самым правым столбцом, где SUB это всего 256 пикселей против 5000 пикселей целого изображения. Поскольку фрагмент изображения относительно небольшой, последние четыре полосы 8-11 частот полностью выключены или устранены, а седьмая полоса в значительной степени подавлена приблизительно до 91%, таким образом, использование этой полосы в пространственной частоте измененного изображения 100m уменьшено до 91%. Таким образом, в этом случае относительно небольшого фрагмента изображения почти 50% полос подвергаются подавлению.
Последний столбец показывает эффект выбора очень большого основания k, например, k=999. Полосы низких частот полностью устраняются не зависимо от того, насколько эти полосы частот ниже нижнего предела частоты.
Следующая таблица 2 показывает эффект настраиваемого пользователем частотного параметра fp. Как можно видеть, при переходе по столбцам слева направо действие подавления смещается вниз, по сути, на одну полосу при уменьшении частотного параметра fp в два раза.
Как видно, в следующей таблице 3 показана взаимосвязь между K и числом подавленных полос частот. Более низкие полосы частот выключаются (то есть коэффициент подавления равен нулю) по мере роста основания k экспоненты. Поскольку действие параметра K очень нелинейно, в одном варианте воплощения предлагается, чтобы параметр k был фиксированным и без возможности настройки пользователем.
В следующей таблице 4 размер фрагмента изображения уменьшается в два раза по мере перехода слева направо по столбцам. В первых столбцах подавление отсутствует (все коэффициенты равны единице), потому что размер фрагмента изображения равен размеру целого изображения. По мере того, как фрагмент изображения делится пополам и отношение размеров изображений становится меньше, все больше полос подавляется и/или выключается. В последнем столбце подавлены шесть полос и полосы 10-11 даже полностью выключены, поскольку фрагмент изображения уменьшен до размера в 132 пикселя против размера в 5000 пикселей целого изображения.
В соответствии с одним вариантом воплощения контроллер сконфигурирован отображать разностное изображение измененного изображения 100m. Разностное изображение включает в себя только подавленные или выключенные полосы частот, показанные теперь с их исходными амплитудами. Разностное или инвертированное изображение может быть затем отображено по запросу пользователя рядом с фрагментом изображения 100m с измененной частотой, например, в меньшем оконном виджете, например, в виде "миниатюры". С этой целью контроллер генерирует второе окно для упомянутого разностного изображения, которое затем располагается или в виде наложения на окно, показывающее изображение 100m с измененной частотой, или рядом с упомянутым оконным виджетом. В соответствии с одним вариантом воплощения виджет разностного изображения при вызове отображается в угловых областях экрана 100. Разностное изображение предоставляет пользователю опцию визуальной проверки, чтобы видеть подавленные низкочастотные компоненты для более качественной оценки важности удаленных крупномасштабных структур.
В соответствии с одним вариантом воплощения когда пользователь выбрал фрагмент изображения 100a, показывается вычисленное изображение 100m с измененной частотой с определяемым пользователем масштабом вместо показываемого ранее целого изображения 100. Если он хочет выбрать другой фрагмент изображения, он просто щелкает по экрану или нажимает на клавишу, контроллер дает экрану команду вернуть целое изображение вместо в настоящий момент вычисленного измененного изображения, таким образом, пользователь может выбрать теперь другой фрагмент изображения из заново отображенного целого изображения. В одном варианте воплощения контроллер DZC поддерживает буфер, где могут сохраняться все ранее вычисленные измененные изображения для быстрого извлечения. В других вариантах воплощения после того, как измененное изображение было вычислено, его показывают во втором оконном виджете, наложенном на целое изображение, которое все еще показывают в первом оконном виджете на заднем плане. Изображение с измененной частотой показывают во втором оконном виджете с заранее определенным размером, который может регулироваться пользователем, чтобы полностью покрывать целое изображение на заднем плане или покрывать только его часть.
Предложенная последовательность операций при использовании вышеупомянутого устройства должна обеспечивать для пользователя функциональность подстройки увеличения контроллера DZC, которая может вызываться с помощью GUI или посредством функции взаимодействия с указателем или посредством активации "экранных клавиш", отображаемых в виде виджетов кнопок в GUI. Величина локального сжатия динамического диапазона может затем управляться путем регулировки параметра fp в одном варианте воплощения с помощью виджета ползунка, опционально показываемого в пользовательском интерфейсе GUI, или путем нажатия клавиш "вверх +" / "вниз -".
Компоненты системы обработки изображений, как на фиг. 1, показаны как отдельные модули, выстроенные в распределенной архитектуре и подключенные к подходящей сети связи. Однако это лишь иллюстративный вариант воплощения. В соответствии с одним вариантом воплощения контроллер DZC реализован на графическом процессоре GP компьютерного блока для использования возможностей быстрых видео вычислений современных микросхем.
Компоненты могут быть устроены в виде выделенных FPGA или в виде аппаратных отдельных микросхем. В альтернативных вариантах воплощения компоненты могут находиться в рабочей станции 100, исполняясь как программы системы программного обеспечения. Компоненты могут быть запрограммированы в подходящей платформе научных вычислений, такой как Matlab или Simulink, а затем преобразованы в процедуры C++ или C, сохраняемые в библиотеке и компонуемые, когда они вызываются рабочей станцией 100.
Со ссылкой на фиг. 4 показана схема последовательности операций способа в соответствии с настоящим изобретением.
На этапе 405 принимается информации об изображении, которая задает фрагмент изображения в целом изображении.
На этапе 410 пространственные компоненты ниже динамического или заранее определенного предела полосы низких частот подавляются только во фрагменте изображения, таким образом, создавая изображение с измененной пространственной частотой.
На этапе 415a фрагмент изображения с таким образом измененной частотой выводится для отображения.
На этапе 420 фрагмент изображения с измененной частотой подстраивается под динамический диапазон значений серых тонов конкретного монитора, который будет использоваться. С этой целью конструируется гистограмма измененного фрагмента изображения. Пиксели в самом высоком столбце, то есть пиксели с самой высокой яркостью, преобразуются в максимальную яркость монитора, тогда как пиксели в самом низком столбце, то есть пиксели с самой низкой яркостью, преобразуются в самую низкую яркость значения серых тонов монитора. Пиксели в столбцах между этими двумя экстремальными значениями линейно преобразуются в яркостные значения серых тонов в диапазоне монитора. Таким образом гарантируется, что самый высокий контраст, возможный для конкретного используемого монитора, используется в полном объеме. Другими словами, все значения серых тонов выше определенного порога преобразуются в значение белого, тогда как все пиксели ниже минимального порога отображаются в значение черного. Таким образом может быть увеличен контраст для пикселей между этими двумя экстремальными значениями, потому что они растягиваются по палитре значений серых тонов монитора.
Если фрагмент изображения обновляется, то есть на этапе S405 принята новая информация о фрагменте изображения, этапы S410-S420 повторяются с использованием этой новой информации о фрагменте изображения.
В другом иллюстративном варианте воплощения настоящего изобретения обеспечена компьютерная программа или элемент компьютерной программы, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью исполнять этапы способа в соответствии с одним из предыдущих вариантов воплощения на соответствующей системе.
Поэтому элемент компьютерной программы может быть сохранен в компьютерном блоке, который также может быть частью варианта воплощения настоящего изобретения. Этот вычислительный блок может быть выполнен с возможностью выполнять или индуцировать выполнение этапов способа, описанного выше. Кроме того, он может быть выполнен с возможностью эксплуатировать компоненты вышеописанного устройства. Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью функционировать автоматически и/или исполнять команды пользователя. Компьютерная программа может быть загружена в оперативную память процессора данных. Процессор данных может, таким образом, быть приспособлен выполнять способ изобретения.
Этот иллюстративный вариант воплощения изобретения охватывает и компьютерную программу, которая с самого начала использует изобретение, и компьютерную программу, которая посредством обновления превращает существующую программу в программу, которая использует изобретение.
Кроме того, элемент компьютерной программы может быть выполнен с возможностью обеспечить все необходимые этапы для выполнения процедуры иллюстративного варианта воплощения способа, как описано выше.
В соответствии с дополнительным иллюстративным вариантом воплощения настоящего изобретения представлен машиночитаемый носитель, такой как CD-ROM, при этом машиночитаемый носитель хранит элемент компьютерной программы, который описан в предыдущем параграфе.
Компьютерная программа может храниться и/или распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или твердотельный носитель, обеспеченном совместно с или как часть других аппаратных средств, но также может распространяться в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.
Однако компьютерная программа может также быть предоставлена по сети, такой как всемирная "паутина", и может быть загружена в оперативную память процессора данных из такой сети. В соответствии с дополнительным иллюстративным вариантом воплощения настоящего изобретения обеспечен носитель, который делает элемент компьютерной программы доступным для загрузки, этот элемент компьютерной программы выполнен с возможностью выполнения способа в соответствии с одним из ранее описанных вариантов воплощения изобретения.
Следует отметить, что варианты воплощения изобретения описаны со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты воплощения описаны со ссылкой на тип пунктов формулы изобретения, описывающие способ, тогда как другие варианты воплощения описаны со ссылкой на тип пунктов формулы изобретения, описывающие устройство. Однако специалисту в области техники будет понятно из приведенного выше и последующего описания, что, если не указано иное, в дополнение к любой комбинации признаков, принадлежащих одному типу объекта изобретения, предполагается, что эта заявка также раскрывает любую комбинацию признаков, относящихся к различным объектам изобретения. Однако все признаки могут комбинироваться, обеспечивая синергические эффекты, которые являются большим, чем простая сумма признаков.
Хотя изобретение было иллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, такую иллюстрацию и описание следует рассматривать как иллюстративные или приведенные в качестве примера, а не ограничивающие. Изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами воплощения. Могут быть придуманы и осуществлены другие варианты в соответствии с настоящим изобретением специалистами в области техники заявленного изобретения после изучения чертежей, раскрытия, и зависимых пунктов формулы изобретения.
В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, а единственное число не исключает множественного. Один процессор или другой блок могут выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Тот простой факт, что некоторые средства перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих средств не может быть использована с выгодой. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничение объема.