根部欠照明舌图像的自适应暗部细节复现方法
专利名称：根部欠照明舌图像的自适应暗部细节复现方法
技术领域：
本发明属于医学图像处理领域。是将一种利用计算机技术、图像摄取技术、数字图像处理技术等实现合成图像并复现的方法应用于中医舌象领域。人眼直接观察舌体时由于局部适应可看到各种亮度水平的区域，然而显示器上的舌图像在一个适应水平上，使得光照不足的舌根部区域所含信息无法显露。该方法能通过对输入不同曝光量的舌图像进行合成并映射再现，使欠照明舌根部区域的细节信息显露出来，实现根部欠照明舌图像的自适应性。以计算机图像分析技术为主要技术手段进行舌诊客观性研究，是20世纪80年代发展起来的一种新的舌象客观性研究方法。用得到的自适应舌图像进行分析和处理可以对舌象特征进行比较全面的研究。
背景技术：
传统的中医舌诊是由医生根据自己的知识和经验用眼睛观察，并作出判断，其诊断结果受医生知识水平、思维方式及诊断技巧的限制。因此，对中医舌诊的客观化、数字化， 即对客观的舌象分析方法进行研究，对中医辨证规范化及中医舌诊临床、教学、科研手段的现代化具有重要的理论价值和实际意义。在获取舌象信息时，由于舌根部区域光照不足，采集的舌根部区域细节信息丢失。人眼观看舌象时由于局部适应能同时看到各种亮度水平的区域，对于根部欠照明舌图像要显示更多的细节信息需要实现其局部适应性。将相同场景不同曝光量的舌图像序列进行合成，然后再将其映射到显示设备上。 在合成舌图像之前，需要估计成像系统的响应曲线，成像系统的光照响应曲线是相机曝光量与图像像素值之间的关系曲线，是合成舌图像的关键，其中曝光量X是辐照度E与曝光时间At的乘积。然后根据响应曲线对不同曝光量的舌图像序列进行合成，最后将其映射到一个普通的显示设备上进行复现，映射过程中实现舌图像的局部适应，更好的表现真实舌体的亮区和暗区信息，使观察者可以同时看到各种亮度水平的区域。
发明内容
本发明是在中医舌象领域，针对根部欠照明的舌图像提出。获取P个不同曝光量的舌图像，首先估计相机RGB三通道的响应曲线，然后将P个舌图像合成为一个包含更多细节信息的舌图像；再通过色调映射将合成后的舌图像复现在普通显示设备上，实现舌图像的局部适应控制，使得舌图像根部细节信息的再现效果明显。对于彩色的舌图像，本方法对R、G、B三个通道分别进行响应曲线标定、合成和色调映射；并且对各个通道逐像素计算合成后的辐照度值及映射结果，最后完成整幅图像的合成及映射并输出结果。该方法首先要在同一光源环境且拍摄仪器和拍摄对象位置固定的条件下，用同一拍摄仪器通过改变曝光时间获得P个不同曝光量的舌图像；然后将图像传输至计算机，在计算机中完成舌图像的合成和色调映射，过程中实现舌图像根部的自适应性，计算机处理过程包括下述步骤(1)读取P个舌图像，每个舌图像的像素点数均为mXn，每个像素点对应一个R 值、G值、B值，将读取的所有像素点的R、G、B值分别存放在rmXnXP，gmXnXP，bmXnXP三个数组中，其中m、η是一个图像的行数和列数，P是图像个数，mXnXP是每个数组的维数。对 rmXnXP数组来说共包含mXnXP个R值；(2)相机辐射标定首先，利用现有的标准光电转换函数测试卡，测试卡一般由M个不同密度的灰色块组成且色块密度density已知，根据已知密度计算反射率，反射率的计算公式为refl = IOinsity，进而得到相对曝光量的自然对数值即lnrefl。其次，拍摄光电转换函数测试卡图像并显示，从测试卡图像的M个色块中依次选取M个点并得到其RGB值，以像素值为横坐标，以对应的相对曝光量的自然对数值Inrefl 为纵坐标作图，并对R、G、B三个通道分别描点。最后，通过拟合得到像素值0-255范围内的R、G、B三通道的响应曲线R_g，G_g，B_ g，如图4所示。(3)将不同曝光量的P个舌图像进行合成根据成像过程表达式= MEijAtk),其中i、j是对应像素在图像中的位置标识，其中1彡i彡m，l彡j彡η ;f是未知函数，表示曝光量和像素值之间的关系；Zijik表示第k个舌图像的第i行第j列所对应的像素值；Δ tk是曝光时间，1彡k彡P ；Eij表示某一点的辐照度；辐照度值Eu与曝光时间 Atk的乘积表示该点的曝光量。对上述函数求其反函数得到F1(Zi^t) =EuAtk,两边取自然对数得到ΙηΓ1 (Zij,,) = InE.j+ln Δ tk，将u函数定义为lnf—1，即第二步所求的响应曲线函数。上式变为U(Zijik) = InEij^lnAtkjU(Zij,,)表示第k个图像中像素值^jik对应的曝光量自然对数值；其中，Zijik和Atk以及响应曲线u均是已知的。因此得到未知量某一点辐照度的自然对数值InEij的计算公式即为InEij = U(Zijik)-InAt1^对P个不同曝光量的舌图像进行合成，合成后图像任一位置(i，j)像素对应的辐照度自然对数值InE (i，j)，根据加权平均计算公式如下
权利要求
1.根部欠照明舌图像的自适应暗部细节复现方法，其特征在于，依次包括下述步骤1)首先在同一光源环境下，固定拍摄仪器和拍摄对象的位置，通过改变曝光时间获取 P个不同曝光量的舌图像，并将其输入计算机，计算机读取P个舌图像，每个舌图像的像素点数均为mXn，将读取的所有像素点的R、G、B值分别存放在rmXnXP，gmXnXP，bmXnXP三个数组中，m X η X P是每个数组的维数；2)相机辐射标定在合成图像之前需要估计相机的响应函数u，首先利用光电转换函数测试卡，根据测试卡中的色块密度计算对应的反射率，所述的光电转换函数测试卡有M个不同密度的灰色块组成且色块密度density已知，由密度计算反射率的公式为refl = 10_density，进而得到相对曝光量的自然对数值Inrefl = In(KTdensity)；然后拍摄光电转换函数测试卡的图像，由计算机读取图像并显示，从图像的M个色块中依次选取M个点并得到其像素值，以像素值为横坐标，以对应的相对曝光量对数值 Inrefl为纵坐标作图描点，拟合得到相机R、G、B三通道的响应曲线R_g，G_g, B_g ；3)读取得到的P个舌图像并进行合成根据成像过程表达式Zij,k = f (Eij Δ tk)，求其反函数即F1(Zijik) =EijAtk,将u定义为lnf—1，即上面所求的响应曲线，上式变为U(Zu,k) =lnEu+lnAtk，其中，E^表示某一点的辐照度；Δ tk为曝光时间其中1彡k彡P，辐照度 Eij和曝光时间Δ tk的乘积表示该点的曝光量；ZU, k表示第k个图像第i行j列对应的像素值，U(Zijik)是像素值^卩对应的曝光量自然对数值；i，j是对应像素在图像中的位置标识，1彡i彡m，l彡j彡η ；Zijjk ^P Atk以及响应曲线u均已知，因此得到某一像素点辐照度自然对数值的计算公式为InEij = U(Zijik)-InAtk ；根据某一像素的不同曝光量，其辐照度自然对数值按加权平均计算公式如下
全文摘要
根部欠照明舌图像的自适应暗部细节复现方法属于医学图像处理领域，针对根部欠照明的舌图像提出。该方法是在同一光源条件下，固定拍摄仪器和拍摄对象的位置，通过改变曝光时间获取一组不同曝光量的舌图像。首先利用相机辐射标定算法对拍摄仪器进行响应曲线估计，然后根据得到的三通道响应曲线对不同曝光量的舌图像序列进行合成，得到合成舌图像每一个像素点的辐照度值，最后通过色调映射将合成的舌图像数据映射到普通的显示设备上进行显示，映射过程中完成舌图像的自适应性，实现欠照明舌根部细节的复现。该方法可以通过对合成舌图像的映射实现欠照明舌根部细节的复现，更好的再现真实舌体的亮区和暗区信息，有利于中医舌诊的客观性。
文档编号G06T7/00GK102509279SQ20111034076
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者卓力, 吕慧娟, 唐超, 蔡轶珩 申请人:北京工业大学
技术领域：
本发明属于医学图像处理领域。是将一种利用计算机技术、图像摄取技术、数字图像处理技术等实现合成图像并复现的方法应用于中医舌象领域。人眼直接观察舌体时由于局部适应可看到各种亮度水平的区域，然而显示器上的舌图像在一个适应水平上，使得光照不足的舌根部区域所含信息无法显露。该方法能通过对输入不同曝光量的舌图像进行合成并映射再现，使欠照明舌根部区域的细节信息显露出来，实现根部欠照明舌图像的自适应性。以计算机图像分析技术为主要技术手段进行舌诊客观性研究，是20世纪80年代发展起来的一种新的舌象客观性研究方法。用得到的自适应舌图像进行分析和处理可以对舌象特征进行比较全面的研究。
背景技术：
传统的中医舌诊是由医生根据自己的知识和经验用眼睛观察，并作出判断，其诊断结果受医生知识水平、思维方式及诊断技巧的限制。因此，对中医舌诊的客观化、数字化， 即对客观的舌象分析方法进行研究，对中医辨证规范化及中医舌诊临床、教学、科研手段的现代化具有重要的理论价值和实际意义。在获取舌象信息时，由于舌根部区域光照不足，采集的舌根部区域细节信息丢失。人眼观看舌象时由于局部适应能同时看到各种亮度水平的区域，对于根部欠照明舌图像要显示更多的细节信息需要实现其局部适应性。将相同场景不同曝光量的舌图像序列进行合成，然后再将其映射到显示设备上。 在合成舌图像之前，需要估计成像系统的响应曲线，成像系统的光照响应曲线是相机曝光量与图像像素值之间的关系曲线，是合成舌图像的关键，其中曝光量X是辐照度E与曝光时间At的乘积。然后根据响应曲线对不同曝光量的舌图像序列进行合成，最后将其映射到一个普通的显示设备上进行复现，映射过程中实现舌图像的局部适应，更好的表现真实舌体的亮区和暗区信息，使观察者可以同时看到各种亮度水平的区域。
发明内容
本发明是在中医舌象领域，针对根部欠照明的舌图像提出。获取P个不同曝光量的舌图像，首先估计相机RGB三通道的响应曲线，然后将P个舌图像合成为一个包含更多细节信息的舌图像；再通过色调映射将合成后的舌图像复现在普通显示设备上，实现舌图像的局部适应控制，使得舌图像根部细节信息的再现效果明显。对于彩色的舌图像，本方法对R、G、B三个通道分别进行响应曲线标定、合成和色调映射；并且对各个通道逐像素计算合成后的辐照度值及映射结果，最后完成整幅图像的合成及映射并输出结果。该方法首先要在同一光源环境且拍摄仪器和拍摄对象位置固定的条件下，用同一拍摄仪器通过改变曝光时间获得P个不同曝光量的舌图像；然后将图像传输至计算机，在计算机中完成舌图像的合成和色调映射，过程中实现舌图像根部的自适应性，计算机处理过程包括下述步骤(1)读取P个舌图像，每个舌图像的像素点数均为mXn，每个像素点对应一个R 值、G值、B值，将读取的所有像素点的R、G、B值分别存放在rmXnXP，gmXnXP，bmXnXP三个数组中，其中m、η是一个图像的行数和列数，P是图像个数，mXnXP是每个数组的维数。对 rmXnXP数组来说共包含mXnXP个R值；(2)相机辐射标定首先，利用现有的标准光电转换函数测试卡，测试卡一般由M个不同密度的灰色块组成且色块密度density已知，根据已知密度计算反射率，反射率的计算公式为refl = IOinsity，进而得到相对曝光量的自然对数值即lnrefl。其次，拍摄光电转换函数测试卡图像并显示，从测试卡图像的M个色块中依次选取M个点并得到其RGB值，以像素值为横坐标，以对应的相对曝光量的自然对数值Inrefl 为纵坐标作图，并对R、G、B三个通道分别描点。最后，通过拟合得到像素值0-255范围内的R、G、B三通道的响应曲线R_g，G_g，B_ g，如图4所示。(3)将不同曝光量的P个舌图像进行合成根据成像过程表达式= MEijAtk),其中i、j是对应像素在图像中的位置标识，其中1彡i彡m，l彡j彡η ;f是未知函数，表示曝光量和像素值之间的关系；Zijik表示第k个舌图像的第i行第j列所对应的像素值；Δ tk是曝光时间，1彡k彡P ；Eij表示某一点的辐照度；辐照度值Eu与曝光时间 Atk的乘积表示该点的曝光量。对上述函数求其反函数得到F1(Zi^t) =EuAtk,两边取自然对数得到ΙηΓ1 (Zij,,) = InE.j+ln Δ tk，将u函数定义为lnf—1，即第二步所求的响应曲线函数。上式变为U(Zijik) = InEij^lnAtkjU(Zij,,)表示第k个图像中像素值^jik对应的曝光量自然对数值；其中，Zijik和Atk以及响应曲线u均是已知的。因此得到未知量某一点辐照度的自然对数值InEij的计算公式即为InEij = U(Zijik)-InAt1^对P个不同曝光量的舌图像进行合成，合成后图像任一位置(i，j)像素对应的辐照度自然对数值InE (i，j)，根据加权平均计算公式如下
权利要求
1.根部欠照明舌图像的自适应暗部细节复现方法，其特征在于，依次包括下述步骤1)首先在同一光源环境下，固定拍摄仪器和拍摄对象的位置，通过改变曝光时间获取 P个不同曝光量的舌图像，并将其输入计算机，计算机读取P个舌图像，每个舌图像的像素点数均为mXn，将读取的所有像素点的R、G、B值分别存放在rmXnXP，gmXnXP，bmXnXP三个数组中，m X η X P是每个数组的维数；2)相机辐射标定在合成图像之前需要估计相机的响应函数u，首先利用光电转换函数测试卡，根据测试卡中的色块密度计算对应的反射率，所述的光电转换函数测试卡有M个不同密度的灰色块组成且色块密度density已知，由密度计算反射率的公式为refl = 10_density，进而得到相对曝光量的自然对数值Inrefl = In(KTdensity)；然后拍摄光电转换函数测试卡的图像，由计算机读取图像并显示，从图像的M个色块中依次选取M个点并得到其像素值，以像素值为横坐标，以对应的相对曝光量对数值 Inrefl为纵坐标作图描点，拟合得到相机R、G、B三通道的响应曲线R_g，G_g, B_g ；3)读取得到的P个舌图像并进行合成根据成像过程表达式Zij,k = f (Eij Δ tk)，求其反函数即F1(Zijik) =EijAtk,将u定义为lnf—1，即上面所求的响应曲线，上式变为U(Zu,k) =lnEu+lnAtk，其中，E^表示某一点的辐照度；Δ tk为曝光时间其中1彡k彡P，辐照度 Eij和曝光时间Δ tk的乘积表示该点的曝光量；ZU, k表示第k个图像第i行j列对应的像素值，U(Zijik)是像素值^卩对应的曝光量自然对数值；i，j是对应像素在图像中的位置标识，1彡i彡m，l彡j彡η ；Zijjk ^P Atk以及响应曲线u均已知，因此得到某一像素点辐照度自然对数值的计算公式为InEij = U(Zijik)-InAtk ；根据某一像素的不同曝光量，其辐照度自然对数值按加权平均计算公式如下
全文摘要
根部欠照明舌图像的自适应暗部细节复现方法属于医学图像处理领域，针对根部欠照明的舌图像提出。该方法是在同一光源条件下，固定拍摄仪器和拍摄对象的位置，通过改变曝光时间获取一组不同曝光量的舌图像。首先利用相机辐射标定算法对拍摄仪器进行响应曲线估计，然后根据得到的三通道响应曲线对不同曝光量的舌图像序列进行合成，得到合成舌图像每一个像素点的辐照度值，最后通过色调映射将合成的舌图像数据映射到普通的显示设备上进行显示，映射过程中完成舌图像的自适应性，实现欠照明舌根部细节的复现。该方法可以通过对合成舌图像的映射实现欠照明舌根部细节的复现，更好的再现真实舌体的亮区和暗区信息，有利于中医舌诊的客观性。
文档编号G06T7/00GK102509279SQ20111034076
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者卓力, 吕慧娟, 唐超, 蔡轶珩 申请人:北京工业大学
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