[发明专利]一种运用于平板CCD探测器的畸变校正方法

说明书

技术领域

本发明属于数字图像处理领域，特别是医学数字影像处理领域。

背景技术

目前，市场上单CCD(charge coupling device)探测器存在以下缺陷：首先，单CCD探测器需选用超大广角镜头，因此系统采集光路较长，从而导致产品的体积和重量偏大，不利于安装和运输等工程化操作；其次，由于镜头和X射线特性的影响，使得采集所得的图像均呈现中心较亮，且沿四周方向逐渐变暗等亮度不均匀现象，影响医学影像的质量和图像的空间分辨率；再次，由于采集光路较长，造成光源衰减严重，而图像又处于弱光环境，为弥补其损失，需提高X射线的剂量；此外，单CCD探测器选用了大分辨率的CCD及超大广角镜头等贵重器件，因此产品的成本较高，且采集系统对工作环境的要求也非常苛刻。

现有技术中有一种平板CCD探测器方案，基本上解决了单CCD探测器存在的上述缺陷。该板CCD探测器的工作原理为：采用多个CCD分别采集医学影像各部分小图像，然后对其进行拼接融合操作，组成完整的一帧大图像。

但因镜头光学畸变的影响，其采集的图像存在非线性畸变现象，严重影响多帧图像的拼接，因此，拼接前需执行畸变操作。

当前，针对摄像机非线性畸变提出的校正方法很多，但根据其畸变校正的实现原理大致可将它们分为感兴趣对象控制法和模式法两大类。

感兴趣对象控制法常用方法有：

1)空间坐标的多项式变换方法^[1]；

2)基于偏差目标函数的最小优化法^[2]。

感兴趣对象控制法的原理为：(1)分析感兴趣对象的世界坐标和图像像素坐标之间的映射关系，从而建立包含镜头参数和摄像机参数的对象控制函数；(2)采用最优化方法对对象控制函数进行求解，得到畸变系数，实现对摄像机镜头的非线性畸变校正。该方法的优点是畸变系数的求解精度高，畸变校正效果好；但畸变系数的求解运算量大，效率低。

模式法常用方法有：

1)基于径向排列约束(radial alignment constraint，RAC)的两步法^[3][4]；

2)基于摄像机模型的校正方法^[5][6]。

模式法的原理为：(1)分析摄像机的成像模型、姿态模型和光学特性，得到摄像机的成像模式；(2)根据摄像机成像模式得到畸变校正系数，实现非线性畸变图像的校正。该方法的运算小，工程实用性强，且具有很强的鲁棒性；但在得到摄像机的成像模式之前，必须预先评估摄像机的成像模型和特性。

发明内容

针对上述畸变校正方法存在的不足，本发明的目的在于提出一种运用于平板CCD探测器的畸变校正方法，该方法包括以下步骤：首先使用平板CCD探测器采集圆点模板图像；然后采用网格搜索的方法获取圆点模板图像中各个圆点的相邻关系；再以四个圆点圆心构建四边形，从而构建圆点模板图像的圆点四边形网格；最后利用坐标变换获取畸变系数，使用该组系数及三次插值方法实现医学影像的校正。

优选的是，采集圆点模板图像的处理包括：将16位医学影像转换为8位医学影像，以提高后续的图像处理效率；采用OTSU方法查找自适应阈值，实现模板图像圆点与背景分离；对图像上的各部分连通区域进行标记，并提取其轮廓；通过统计连通区域面积，将较小区域设为背景，从而剔除伪目标；用椭圆拟合法拟合圆点区域，获得各圆点圆心和直径等信息，用于后续处理；以及进行中心校正和位置校正。

圆点模板图像采集时，会因摆放位置关系，存在旋转和平移，需对其进行校正，使方法具有旋转平移不变性，提高其鲁棒性；因噪声等原因，图像会存在较小面积伪目标，为剔除其干扰需要剔除伪目标。

本发明中的方法，畸变系数的求解运算量适当，效率高；并且在得到摄像机的成像模式之前，无需预先评估摄像机的成像模型和特性。

附图说明

图1(a)采集的圆点模板图像

图1(b)畸变校正后的圆点模板图像

图2(a)采集的医学影像

图2(b)畸变校正后的医学影像

图3畸变校正流程

图4阈值分割后的圆点模板图像

图5轮廓提取后的圆点模板图像

图6椭圆拟合后的圆点模板图像具体实施方式

图7垂直搜索示意图

图8水平搜索示意图

图9网格搜索后的圆点模板图像

图10四边形网格圆点模板图像

具体实施方式