[发明专利]基于二维伽马校正和色调映射的图像增强方法及系统

说明书

本发明公开了基于二维伽马校正和色调映射的图像增强方法及系统，涉及图像处理技术领域，对获取的原始图像进行亮度增强、亮度和色调增强、对比度增强处理，得到增强后的图像。本发明能够很好提升内窥镜图像的亮度和色度，使原来看不见的暗区变得清晰可见并且不会过度增强，图像保真度高。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种基于二维伽马校正和色调映射的图像增强方法及系统。

背景技术

随着现代外科手术向着微创化发展，高清电子医用内窥镜已经成为治愈人体疾病必需的医疗器械，但内窥镜成像过程中，由于摄像装置和腹腔环境的复杂性、电子噪声、干扰等因素的影响，获取的内窥镜图像不可避免的出现降质和退化，为了改善图像的视觉效果，抑制噪声，增强图像色彩和细节，在内窥镜图像处理器中加入图像增强算法，对色彩、亮度以及细节进行增强以改善内窥镜图像成像质量，使之更适合医生观察和做出诊断。

目前内窥镜图像血管增强的算法主要有：基于直方图均衡的方法；基于多光谱成像的方法；基于Retinex理论的方法。基于直方图的方法会使增强后的图像灰度级减少，导致图像细节的丢失并且会增加噪声。基于多光谱成像的方法会导致图像的颜色失真并且算法的复杂度很高。基于Retinex理论的方法有效改善图像亮度和对比度，但通常会出现饱和度失真而且会因为照度不均而出现光晕伪影现象。

1.基于直方图均衡化的方法

由于其简单易行，是很多图像处理系统中都有应用。直方图均衡化方法的主要思想是将原始图像的灰度变成均匀分布在全部灰度范围内，使得暗区域的灰度值拉伸，提高暗区域像素对比度，因此暗区域的细节信息更加清晰突出。Kim等人提出一种分段直方图均衡化方法，分段即将直方图区间进行分段，分段的中间值为整幅图像的像素均值，然后分别对这两段直方图中的灰度值重新均匀分布到区间内，从而防止图像的整体亮度过度增强。Stark提出一种基于全局直方图均衡化,通过使用不同形式的累计分布函数来自适应地改善低照度图像的对比度。Wang提出在直方图均衡化之前通过权重和阈值来修正图像直方图，但是直方图均衡化可能会导致过度增强和伪影的出现。

2.基于多光谱成像的方法

目前内窥镜图像多光谱成像方法主要有NBI、FICE和I-Scan三种技术。其中NBI是一种利用窄带光照明的硬件图像增强技术，在光源方面，需要一片NBI滤光片放在氙灯和一片红绿蓝旋转滤光片之间。通过移动NBI滤光片，光源穿过NBI滤光片光轴，和RGB旋转滤光片，照明光源从红绿蓝宽光谱转换成窄带光谱。因此需要专业的硬件设备，获取较为困难。对于FICE和I-Scan技术都是软件增强方法。其中FICE技术是由日本富士能公司开发的一种智能分光比色技术。通过计算选择若干个特定波长处的反射强度来重构彩色图像，以增强感兴趣目标，它通过选择性处理对临床意义大的光波信息，以改善病杜与周围组织结构、细微血管与周围组织间的对比度，增加了浅表病灶的检出率。但是此技术在使用前需对内窥镜系统进行严格定标，条件严格，且增强图像的颜色存在严重失真。I-Scan技术：它主要通过三个步骤来增强所获取的内窥镜图像。首先是表层亮度增强，即增强图像中表层黏膜血管组织的亮区和暗区的强度；其次是对比度增强，即通过比较邻域的强度来增强图像中不平滑区域附近的强度；最后是色调增强，即把彩色图像分解成三个分量的图像，将各分量图像釆用特定算法进行色调增强以后再重新合成彩色图像，从而可以更清晰地显示较多细节。但是，算法较为复杂，用于图像实时显示时会导致图像更新速度较慢，而且算法单一，对不同部位病变及不同程度的病变处理效果不一致，适用范围具有一定的局限性。

此外，动态光谱成像技术对图像的处理是光学处理的过程，主要着眼于消化道黏膜表面的微细腺管形态及微血管形态，使传统内窥镜成像技术条件下不能识别的异常组织变得清晰可辨，提高诊断种瘤性病变的精度与效率十分有利。但是存在处理图像的颜色失真、需要的硬件条件支持、适用范围的局限性等一些不足。

3.基于Retinex理论的方法