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医学图像的降噪

阅读：136发布：2020-10-05

专利汇可以提供医学图像的降噪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种产生在特定分辨率的去噪医学图像的方法，包括：a)对在比特定分辨率更高的分辨率获得的原始医学图像进行去噪；以及b)在去噪后，采用非线性分辨率降低程序将所述图像的分辨率降低至特定分辨率，该非线性分辨率降低程序保持图像中的比线性分辨率降低程序所产生的更精细的细节。，下面是医学图像的降噪专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种产生在特定分辨率的去噪医学图像的方法，包括：
a)对在比特定分辨率更高的分辨率获得的原始医学图像进行去噪；以及
b)在去噪后，采用非线性分辨率降低程序将所述图像的分辨率降低至特定分辨率，该非线性分辨率降低程序保持图像中的比线性分辨率降低程序所产生的更精细的细节。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述原始医学图像是三维图像，包括原始厚度的较薄的切片，且降低分辨率包括采用非线性程序来融合多个较薄的切片，以获得带有较厚的切片的图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述非线性程序包括：
a)将较薄的切片分解为带通成分；
b)对于至少一些带通成分，将较薄的切片成分结合成一定程度的较厚的切片成分，对较厚的切片成分增加更多权重，使该成分具有更高振幅；以及
c)对于每个较厚的切片，重新组装较厚的切片带通成分，以产生在特定分辨率的图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述将较薄的切片成分结合成一定程度的较厚的切片成分，对较厚的切片成分增加更多权重，使该成分具有更高振幅的步骤是至少对于带通成分完成的，除了包含更低频率内容的成分之外；对于这种带通成分以及在所有较薄的切片之间，当被结合为同样的较厚的切片时，带有最大绝对值的较薄的切片成分具有低于极限值的绝对值。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于：原始医学图像是三维图像，包括在切片方向上排列的切片，且降低分辨率包括降低在切片方向上的分辨率，但不降低在沿着每个切片的方向上的分辨率。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于：所述的非线性分辨率降低程序包括带通分解程序。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的带通分解程序包括拉普拉斯金字塔分解程序。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的带通分解程序包括小波转换程序。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，对原始医学图像进行去噪的步骤包括：
a)对于在所述图像中正被检验的每个像素，选择一组检索像素；
b)计算每个检索像素的邻域的至少一个特征的值，以及计算正被检验的像素的邻域的对应特征的值；
c)计算每个检索像素的相同或不同邻域的至少一个其它特征的值，以及计算正被检验的像素的相同或不同邻域的对应特征的值；以及
d)基于图像的检索像素的原始或转换的灰度值，计算每个正被检验像素的降低的噪声灰度值，对于带有一个或多个类似于正被检验的像素的特征值的检索像素，该降低的噪声灰度值具有更大的灵敏度。
10.一种用于产生在特定分辨率的去噪的医学图像的系统，包括：
a)对于三维医学图像，用于获得原始数据的医学成像装置，能获得至少比特定分辨率更高的分辨率；
b)控制器，按程序从原始数据中重建所述图像的切片，重建后图像处于更高的分辨率，以使图像去噪，并采用非线性程序通过将较薄的切片融合形成较厚的切片而将该去噪图像的分辨率降低至特定分辨率，该非线性程序包括：
i)将较薄的切片分解为带通成分；
ii)对于至少一些带通成分，将较薄的切片成分结合成一定程度的较厚的切片成分，对较厚的切片成分增加更多权重，使该成分具有更高振幅；以及
iii)对于每个较厚的切片，重新组装较厚的切片带通成分，以产生在特定分辨率的图像。
11.一种将移除的结构复原为去噪的医学图像的方法，包括：
a)对原始医学图像进行去噪，以产生去噪的图像；
b)找到残留的图像，该图像取决于在去噪图像与原始图像之间的差异；
c)对残留图像采用非本地平滑滤波器，以获得过滤的残留图像，该图像指示在该残留图像中结构程度与位置的函数关系；以及
d)通过一个量改变在去噪图像中的每个体素的灰度值来复原结构，所述的量取决于在残留图像的相应位置的结构程度，也取决于在残留图像或过滤的残留图像内的相应位置的灰度值。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述复原结构的步骤包括：将加权或未加权的过滤的残留图像增加到去噪图像。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：从过滤的残留图像中找到在残留图像中与位置成函数关系的结构程度的测量值，其中，所述复原结构的步骤包括：将由一个适应参数加权的残留图像或过滤的残留图像增加到去噪图像，该适应参数局部地取决于与位置成函数关系的结构程度的测量值。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述从过滤的残留图像中找到在残留图像中与位置成函数关系的结构程度的测量值的步骤包括：找到结构张量、海森矩阵或两者的一个或多个特征值。
15.根据权利要求11至14之一所述的方法，其特征在于：对原始医学图像进行去噪的步骤包括：
a)对于在所述图像中正被检验的每个像素，选择一组检索像素；
b)计算每个检索像素的邻域的至少一个特征的值，以及计算正被检验的像素的邻域的对应特征的值；
c)计算每个检索像素的相同或不同邻域的至少一个其它特征的值，以及计算正被检验的像素的相同或不同邻域的对应特征的值；以及
d)基于图像的检索像素的原始或转换的灰度值，计算每个正被检验像素的降低的噪声灰度值，对于带有一个或多个类似于正被检验的像素的特征值的检索像素，该降低的噪声灰度值具有更大的灵敏度。
16.根据权利要求11至15之一所述的方法，其特征在于：所述非本地的平滑滤波器包括非线性的边缘保留滤波器。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述非线性的边缘保留滤波器包括非线性的各向异性扩散滤波器。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述非线性的各向异性扩散滤波器包括Beltrami流滤波器。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于：所述非线性的各向异性扩散滤波器包括相干增强扩散(CED)滤波器。
20.根据权利要求11至19之一所述的方法，其特征在于：对于大多数位置，关于残留图像或过滤的残留图形或两者的灰度值，在结构程度更大的位置上的灰度值的改变是比在结构程度更小的位置上的灰度值的改变更灵敏。
21.一种用于产生带有被复原的移除结构的去噪医学图像的系统，包括：
a)对于医学图像，用于获得原始数据的医学成像装置；
b)控制器，按程序从原始数据中重建医学图像，以使图像去噪，以找到残留图像，该图像取决于在去噪图像与原始图像之间的差异，以对该残留图像采用非本地平滑滤波器，以获得过滤的残留图像，该图像指示在残留图像中与位置成函数关系的结构程度，并通过一个量改变在去噪图像中的每个体素的灰度值来复原结构，所述的量取决于在残留图像的相应位置的结构程度，也取决于在残留图像或过滤的残留图像内的相应位置的灰度值。
22.一种产生带有噪声的特定量值和分布的去噪医学图像的方法，包括：
a)从原始医学图像中移除噪声，以产生初始去噪图像；以及
b)将一部分已移除的噪声加入到所述初始去噪图像，以产生带有关于噪声的特定量值和分布的去噪图像。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述加入一部分已移除的噪声的步骤包括：
a)选择空间变化的加权的参数，会获得噪声的特定量值和分布；以及
b)根据所述加权的参数，找到原始图像和初始去噪图像的加权的总量。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述选择空间变化的加权的参数的步骤包括：计算原始图像和初始去噪图像的本地标准偏差。
25.根据权利要求22至24之一所述的方法，其特征在于，所述从原始医学图像中移除噪声的步骤包括：根据权利要求11所述的方法将已移除的结构复原到所述初始去噪图像。
26.根据权利要求22至25之一所述的方法，其特征在于，所述加入噪声的步骤包括：
乘以空间变化的参数来加入原始图像，该参数取决于噪声的特定量值和分布。
27.一种用于产生带有噪声的特定量值和分布的去噪医学图像的系统，包括：
a)对于医学图像，用于获得原始数据的医学成像装置；
b)控制器，按程序从原始数据中重建医学图像，以使图像去噪，并将一部分已移除的噪声加入到初始去噪图像，以产生带有关于噪声的特定量值和分布的去噪图像。
28.一种使医学图像去噪的方法，包括：
a)对于在所述图像中的多个选择的体素的每个体素，评估在该体素周围的大邻域内的噪声水平，通过以下步骤：
i)对于在落入灰度水平的选择范围的大邻域内的至少一些体素，找到在围绕该体素的小邻域内的灰度水平的变化程度；
ii)设置该噪声水平等于在子集中的体素的变化的程度的平均水平；
b)从对于所选择的体素的评估的噪声水平中找到在图像中与位置成函数关系的噪声；
以及
c)采用去噪算法使图像去噪，该去噪算法利用与位置成函数关系的噪声水平。
29.一种采用在图像中与位置成函数关系的已知噪声水平来使医学图像去噪的方法，对于在所述图像中的每个体素，包括：
a)对于所述体素，选择一组对照体素；
b)计算在所述体素相关联的邻域与每个对照体素相关联的邻域之间的相似测量值；
c)找到对照体素的灰度水平的加权平均值，对于每个对照体素的权重取决于它的邻域的相似测量值，标准化到一个值，该值取决于在所述体素的位置的噪声水平，也取决于在所述对照体素的位置的噪声水平，或取决于两者的噪声水平；以及
d)根据所述对照体素的灰度水平的加权平均值来改变所述体素的灰度水平。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述计算相似测量值的步骤包括：计算所述体素的邻域的特征的值，以及计算所述对照体素的邻域的相应特征的值。
31.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述使图像去噪的步骤包括：根据权利要求29所述的方法来对图像去噪。

说明书全文

医学图像的降噪

[0001] 相关申请

[0002] 本申请要求享有根据美国专利法35U.S.C.§119(e)的申请日为2009年6月24日的美国临时专利申请61/219,857的权益。本申请也要求享有申请日为2008年12月25日的PCT专利申请PCT/IL2008/001679的优先权，该申请的公开号为WO2009/081410，该申请要求享有根据美国专利法35U.S.C.§119(e)的申请日为2007年12月25日的美国临时专利申请61/016,578的权益。上述专利申请文件的所有内容都以其整体引入在此作为参考。

[0003] 本发明的技术领域与背景技术

[0004] 本发明，在它的一些实施例中，涉及一种用于处理图像以产生降噪的以及其它想要的特征的图像的方法与系统，尤其是，但不完全是，涉及一种处理CT图像的方法，考虑到噪声在图像中的非均一分布，和/或采用采用非线性滤波器来保持精细的图像细节。

[0005] 文献 E.H.Adelson，CH.Anderson，J.R.Bergen，PJ.Burt andJ.M.Ogden，″Pyramid methods in image processing″，RCA Engineer，29-6，Nov.1984，描述了一种融合以不同相机焦距设置拍摄的某个场景的两个图像的方法，该方法采用了图像的拉普拉斯金字塔分解。

[0006] 文献Hui Li，B.S.Manjunath，and S.K.Mitra，″Multi-sensor image fusion using the wavelet transform″in Proceedings of IEEE International Conference on Image Processing，1994，描述了相同区域的不同图像的融合，采用不同类型的传感器来获得，该方法采用小波变换代替拉普拉斯金字塔。

[0007] 由北京大学重离子物理研究所(中国北京，邮编100871)于2001年所发表的报告Yu Lifeng，Zu Donglin，Wan Weidong与Bao Shanglian，″Multi-Modality Medical Image Fusion Based on Wavelet Pyramid and Evaluation″描述了一种融合两个医学图像的方法，这些图像是采用不同的图像形态特征来获得的，例如，CT和MRI，或PET和MRI，采用小波金字塔。

[0008] 文献Hassam El-Din Moustafa and Sameh Rehan，″Applying Image Fusion Techniques for Detection of Hepatic Lesions″ Proceedings of the 6th WSEAS International Conference on Wavelet Analysis & Multirate Systems，Bucharest，Romania，October 16-18，2006，pages 41-44，比较了采用不同方法融合CT和MRI图像的结果，这些方法包括拉普拉斯金字塔、小波变换、计算有效像素级图像融合方法、以及基于空间频率的多焦点技术。

[0009] 文献Richard Alan Peters II，″A New Algorithm for Image Noise Reduction using Mathematical Morphology″，IEEE Trans.Image Processing 4，554-568(1995)，描述了一种形态图像清洗算法，当去噪时保留薄特征。该方法通过形态大小分布而计算了在一定数量的不同场景上的残留图像，并丢弃了在不同残留图像内判断为包含噪声的区域，所提供的噪声具有比薄特征更小的动态范围。

[0010] Gamier等人的美国专利申请US2008/0310695描述了一种对MRI图像去噪的方法，采用本地自适应非线性噪声滤波器，考虑了在MRI图像中理论上预期的噪声水平的空间变化。

[0011] Toth的美国专利申请US2008/0118128描述了生成模拟图像的方法，将预设量的人工产生的噪声加入图像中。

[0012] 下列出版物和专利涉及图像处理噪声降低、图像采集和/或计算机视觉：

[0013] US 2007/053477——锥形束CT成像与扇束CT成像的全局去噪方法与装置；

[0014] KR 2005-0031210——图像去噪的方法与装置；

[0015] JP 2000-050109——用于去除噪声的非线性图像滤波器；

[0016] US 6,459,755——用于低剂量给药CT扫描的方法与装置；

[0017] US 2003/099405——带有计算有效实施的CT剂量减薄滤波器；

[0018] EP 1 774 837——活性剂量减薄装置与方法；

[0019] JP 2001-39874——用于MRI的磁场发生器；

[0020] WO 2007/047599——用于高增益磁共振的方法与装置；

[0021] Steven Haker，Lei Zhu，Allen Tannenbaum，and Sigurd Angenent，“Optimal Mass Transport for Registration and Warping”，International Journal of Computer Vision，Volume 60，Issue 3(December 2004)，Pages 225-240；

[0022] Yossi Rubner，Carlo Tomasi，and J.Leonidas Guibas，“A Metric for Distributions with Applications to Image Databases”，ICIP 1998，Pages 59-66；

[0023] Belongie Serge，Jitendra MaIik，and Puzicha Jan，“Shape Matching and Object Recognition Using Shape Contexts”，IEEE T-PAMI，Volume 24，No.4，(April2002)；

[0024] Robert Osada，Thomas Funkhouser，Bernard Chazelle，and David Dobkin，“Matching 3D Models with Shape Distributions”，Proceedings of the International Conference on Shape Modeling & Applications 2001，Pages 154-166；

[0025] P.J.Burt and E.H.Adelson，“The Laplacian Pyramid as a Compact Image Code”，IEEE Trans.on Communications，pp.532-540，April 1983；

[0026] Iddo Drori，Daniel Cohen-Or，and Hezy Yeshurun，“Fragment based image completion”，ACM Transactions on Graphics 22(3)，(Proc.of SIGGRAPH 2003)，303-312；

[0027] John Goutsias and Henk J.A.M.Heijmans，“Nonlinear Multiresolution Signal Decomposition Schemes-Part I：Morphological Pyramids”，IEEE Trans.on Image Processing，Vol.9，No.11，November 2000；

[0028] John Goutsias and Henk J.A.M.Heijmans，“Nonlinear Multiresolution Signal Decomposition Schemes-Part II：Morphological Wavelets”，IEEE Trans.on Image Processing，Vol.9，No.11，November 2000；

[0029] Jean Serra，“Image Analysis and Mathematical Morphology”，1982；

[0030] A.J.Britten，M.Crotty，H.Kiremidjian，A.Grundy，and E.J.Adam，“The addition of computer simulated noise to investigate radiation dose and image quality in images with spatial correlation of statistical noise：an example application to X-ray CT of the brain”，The British Journal of Radiology，77(2004)，323-328；

[0031] C.Tomasi and R.Manduchi，“Bilateral filtering for gray and color thimages”，in Proceedings of the 6 International Conference in Computer Vision(ICCV)，1998，pp.839-846；

[0032] J.Weickert，“Coherence-Enhancing Diffusion Filtering”，International Journal of Computer Vision，31(2-3)，pp.111-127，1999；

[0033] A.Buades，B.Coll，and J.-M.Morel，“On image denoising methods”，Centre de Mathématiques et de Leurs Applications(CMLA)publication No.2004-15，2004；

[0034] P.Coupéet al，“Fast Non Local Means Denoising for 3D MR Images，”9th International Conference on MICCAI 2006，R.Larsen，M.Nielsen，J.Sporring(eds.)，Lecture Notes in Computer Science，Vol.4191，pp.33-40，Copenhagen，Denmark，Oct.2006；

[0035] M.Mahmoudi and G.Sapiro，“Fast Image and Video Denoising via Nonlocal Means Of Similar Neighborhoods，”IEEE Signal Processing letters 12，839-842(2005)；

[0036] A.Heiderzadeh and A.N.Avanaki，“An Enhanced Nonlocal-Means Algorithm thfor Image Denoising，”Proc.IEEE 9 International Symposium on Signal Processing and its Applications(ISSPA’07)，pp.1-4，Sharjah，UAE，2007；

[0037] N.Azzabou et al，“Image Denoising Based on Adaptive Dictionary Computation，”Proceedings of IEEE International Conference on Image Processing，2007.

发明内容

[0038] 本发明所涉及的一种用于处理医学图像(例如CT图像)以产生带有特定的想要的特征的输出图像的方法和系统的一些实施方式的一些方面，包括一个或多个降低噪声、期望水平和空间分布的噪声、期望的分辨率、和/或保持精细细节和结构，当噪声和/或分辨率被降低时。

[0039] 根据本发明所述的一个示例性实施例，提供了一种产生在特定分辨率的去噪医学图像的方法，包括：

[0040] a)对在比特定分辨率更高的分辨率获得的原始医学图像进行去噪；以及[0041] b)在去噪后，采用非线性分辨率降低程序将所述图像的分辨率降低至特定分辨率，该非线性分辨率降低程序保持图像中的比线性分辨率降低程序所产生的更精细的细节。

[0042] 可选地，所述原始医学图像是三维图像，包括原始厚度的较薄的切片，且降低分辨率包括采用非线性程序来融合多个较薄的切片，以获得带有较厚的切片的图像。

[0043] 可选地，所述非线性程序包括：

[0044] a)将较薄的切片分解为带通成分；

[0045] b)对于至少一些带通成分，将较薄的切片成分结合成一定程度的较厚的切片成分，对较厚的切片成分增加更多权重，使该成分具有更高振幅；以及

[0046] c)对于每个较厚的切片，重新组装较厚的切片带通成分，以产生在特定分辨率的图像。

[0047] 可选地，将较薄的切片成分结合成一定程度的较厚的切片成分，对较厚的切片成分增加更多权重，使该成分具有更高振幅的步骤是至少对于带通成分完成的，除了包含更低频率内容的成分之外；对于这种带通成分以及在所有较薄的切片之间，当被结合为同样的较厚的切片时，带有最大绝对值的较薄的切片成分具有低于极限值的绝对值。

[0048] 附加地或可选择地，原始医学图像是三维图像，包括在切片方向上排列的切片，且降低分辨率的步骤包括降低在切片方向上的分辨率，但不降低在沿着每个切片的方向上的分辨率。

[0049] 可选地，所述的非线性分辨率降低程序包括带通分解程序。

[0050] 可选地，所述的带通分解程序包括拉普拉斯金字塔分解程序。

[0051] 可选择地，所述的带通分解程序包括小波转换程序。

[0052] 可选地，对原始医学图像进行去噪的步骤包括：

[0053] a)对于在所述图像中正被检验的每个像素，选择一组检索像素；

[0054] b)计算每个检索像素的邻域的至少一个特征的值，以及计算正被检验的像素的邻域的对应特征的值；

[0055] c)计算每个检索像素的相同或不同邻域的至少一个其它特征的值，以及计算正被检验的像素的相同或不同邻域的对应特征的值；以及

[0056] d)基于图像的检索像素的原始或转换的灰度值，计算每个正被检验像素的降低的噪声灰度值，对于带有一个或多个类似于正被检验的像素的特征值的检索像素，该降低的噪声灰度值具有更大的灵敏度。

[0057] 根据本发明所述的一个示例性实施例，提供了一种产生在特定分辨率的去噪医学图像的系统，包括：

[0058] a)对于三维医学图像，用于获得原始数据的医学成像装置，能获得至少比特定分辨率更高的分辨率；

[0059] b)控制器，按程序从原始数据中重建所述图像的切片，重建后图像处于更高的分辨率，以使图像去噪，并采用非线性程序通过将较薄的切片融合形成较厚的切片而将该去噪图像的分辨率降低至特定分辨率，该非线性程序包括：

[0060] i)将较薄的切片分解为带通成分；

[0061] ii)对于至少一些带通成分，将较薄的切片成分结合成一定程度的较厚的切片成分，对较厚的切片成分增加更多权重，使该成分具有更高振幅；以及

[0062] iii)对于每个较厚的切片，重新组装较厚的切片带通成分，以产生在特定分辨率的图像。

[0063] 根据本发明所述的一个示例性实施例，提供了一种将移除的结构复原为去噪的医学图像的方法，包括：

[0064] a)对原始医学图像进行去噪，以产生去噪的图像；

[0065] b)找到残留的图像，该图像取决于在去噪图像与原始图像之间的差异；

[0066] c)对残留图像采用非本地平滑滤波器，以获得过滤的残留图像，该图像指示在该残留图像中结构程度与位置的函数关系；以及

[0067] d)通过一个量改变在去噪图像中的每个体素的灰度值来复原结构，所述的量取决于在残留图像的相应位置的结构程度，也取决于在残留图像或过滤的残留图像内的相应位置的灰度值。

[0068] 可选地，所述复原结构的步骤包括：将加权或未加权的过滤的残留图像增加到去噪图像。

[0069] 可选地，所述方法还包括：从过滤的残留图像中找到在残留图像中与位置成函数关系的结构程度的测量值，其中，所述复原结构的步骤包括：将由一个适应参数加权的残留图像或过滤的残留图像增加到去噪图像，该适应参数局部地取决于与位置成函数关系的结构程度的测量值。

[0070] 可选地，所述从过滤的残留图像中找到在残留图像中与位置成函数关系的结构程度的测量值的步骤包括：找到结构张量、海森矩阵或两者的一个或多个特征值。

[0071] 可选地，所述非本地的平滑滤波器包括非线性的边缘保留滤波器。

[0072] 可选地，所述非线性的边缘保留滤波器包括非线性的各向异性扩散滤波器。

[0073] 可选地，所述非线性的各向异性扩散滤波器包括Beltrami流滤波器。

[0074] 可选择地或附加地，所述非线性的各向异性扩散滤波器包括相干增强扩散(CED)滤波器。

[0075] 可选地，对于大多数位置，关于残留图像或过滤的残留图形或两者的灰度值，在结构程度更大的位置上的灰度值的改变是比在结构程度更小的位置上的灰度值的改变更灵敏。

[0076] 根据本发明所述的一个示例性实施例，提供了一种用于产生带有被复原的移除结构的去噪医学图像的系统，包括：

[0077] a)对于医学图像，用于获得原始数据的医学成像装置；

[0078] b)控制器，按程序从原始数据中重建医学图像，以使图像去噪，以找到残留图像，该图像取决于在去噪图像与原始图像之间的差异，以对该残留图像采用非本地平滑滤波器，以获得过滤的残留图像，该图像指示在残留图像中与位置成函数关系的结构程度，并通过一个量改变在去噪图像中的每个体素的灰度值来复原结构，所述的量取决于在残留图像的相应位置的结构程度，也取决于在残留图像或过滤的残留图像内的相应位置的灰度值。

[0079] 根据本发明所述的一个示例性实施例，还提供了一种产生带有特定量值和分布的噪声的去噪医学图像的方法，包括：

[0080] a)从原始医学图像中移除噪声，以产生初始去噪图像；以及

[0081] b)将一部分已移除的噪声加入到所述初始去噪图像，以产生带有关于噪声的特定量值和分布的去噪图像。

[0082] 可选地，所述加入一部分已移除的噪声的步骤包括：

[0083] a)选择空间变化的加权的参数，会获得噪声的特定量值和分布；以及[0084] b)根据所述加权的参数，找到原始图像和初始去噪图像的加权的总量。

[0085] 可选地，选择空间变化的加权的参数的步骤包括：计算原始图像和初始去噪图像的本地标准偏差。

[0086] 可选地，从原始医学图像中移除噪声的步骤包括：根据本发明的前述示例性实施例的方法将已移除的结构复原到所述初始去噪图像。

[0087] 可选地，加入噪声的步骤包括：乘以空间变化的参数(或信封)来加入原始图像，该参数取决于噪声的特定量值和分布。

[0088] 根据本发明所述的一个示例性实施例，还提供了一种用于产生带有特定量值和分布的噪声的去噪医学图像的系统，包括：

[0089] a)对于医学图像，用于获得原始数据的医学成像装置；

[0090] b)控制器，按程序从原始数据中重建医学图像，以使图像去噪，并将一部分已移除的噪声加入到初始去噪图像，以产生带有关于噪声的特定量值和分布的去噪图像。

[0091] 根据本发明所述的一个示例性实施例，还提供了一种使医学图像去噪的方法，包括：

[0092] a)对于在所述图像中的多个选择的体素的每个体素，评估在该体素周围的大邻域内的噪声水平，通过以下步骤：

[0093] i)对于在落入灰度水平的选择范围的大邻域内的至少一些体素，找到在围绕该体素的小邻域内的灰度水平的变化程度；

[0094] ii)设置该噪声水平等于在子集中的体素的变化的程度的平均水平；

[0095] b)从对于所选择的体素的评估的噪声水平中找到在图像中与位置成函数关系的噪声；以及

[0096] c)采用去噪算法使图像去噪，该去噪算法利用与位置成函数关系的噪声水平。

[0097] 根据本发明所述的一个示例性实施例，还提供了一种采用在图像中与位置成函数关系的已知噪声水平来使医学图像去噪的方法，对于在所述图像中的每个体素，包括：

[0098] a)对于所述体素，选择一组对照体素；

[0099] b)计算在所述体素相关联的邻域与每个对照体素相关联的邻域之间的相似测量值；

[0100] c)找到对照体素的灰度水平的加权平均值，对于每个对照体素的权重取决于它的邻域的相似测量值，标准化到一个值，该值取决于在所述体素的位置的噪声水平，也取决于在所述对照体素的位置的噪声水平，或取决于两者的噪声水平；以及

[0101] d)根据所述对照体素的灰度水平的加权平均值来改变所述体素的灰度水平。

[0102] 可选地，计算相似测量值的步骤包括：计算所述体素的邻域的特征的值，以及计算所述对照体素的邻域的相应特征的值。

[0103] 根据本发明所述的一个示例性实施例，还提供了使图像锐化的方法，包括：

[0104] a)计算与图像中的位置成函数关系的图像的灰度值变化的本地程度；以及[0105] b)对该图像应用锐化滤波器，其中由该滤波器产生的锐化程度是低于在较高的所测量的变化程度的位置的锐化程度。

[0106] 除非另作定义，这里所采用的素有技术术语和/或科学术语都具有本发明所涉及领域的技术人员所熟知的普通含义。与这里所描述的方法和材料的类似或等同的方法和材料都可被用于本发明的实施例的实施或测试，下面给出了示例性的方法和/或材料。在发生冲突时，本专利说明书包括这些定义，都会控制。另外，所有材料、方法和例子都仅是示例性的，而不试图作为对本发明的限制。

[0107] 本发明的实施方式的方法和/或系统的执行，可涉及手动、自动或两者结合地执行或完成所选择的任务。而且，根据本发明所述的方法和/或系统的实际设备和装置的实施例，可通过硬件、软件或固件或它们的结合，采用操作系统来执行几种选择的任务。

[0108] 例如，用于执行根据本发明所述的实施例的选择任务的硬件可以是以芯片或电路的方式实施。对于软件，本发明所述的实施例的选择任务可采用任意合适的操作系统通过计算机来执行多个软件指令来实施。在本发明的一个示例性实施例中，根据这里所描述的方法和/或系统的示例的一个或多个任务是通过数据处理器来执行，例如，用于执行多个指令的计算平台。可选地，该数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器，和/或用于存储指令和/或数据的非易失性存储器，例如，磁性硬盘和/或可移动介质。可选地，还提供了网络连接。显示器和/或用户输入设备例如键盘或鼠标也可选地提供。

[0109] 附图的简要说明

[0110] 在这里仅通过实施例并结合所附的附图来描述本发明的一些实施方式。现在特别详细参考有关附图，需要强调的是，通过实施例的方式来显示特别内容，用于说明本发明的实施例的示例性讨论的目的。在这方面，本说明书采用附图使本领域技术人员能清楚地了解本发明的实施方式。

[0111] 在这些附图中：

[0112] 图1A显示了根据本发明的一个示例性实施例所述的对医学图像去噪的方法的流程图；

[0113] 图1B示意性地显示了根据图1A所示的方法用于获取医学图像和对该图像减噪的医学成像系统；

[0114] 图2显示了范围压缩函数的图，可选地用于对医学图像进行预处理，采用如图1A所示的方法；

[0115] 图3A示意性地显示了一个没有噪声的二维图像，而图3B示意性地显示了增加了噪声的同一图像，该图像带有选择的像素和邻域，以显示用于降低图像噪声的算法，该算法可被用于图1A所示的方法；

[0116] 图4A示意性地显示了图3B所示的图像和选择的像素和邻域，与类似于根据用于在图像中降噪的一个算法所选择的其它像素在一起，该算法可被用于图1A所示的方法中；

[0117] 图4B示意性地显示了图3B所示的图像和选择的像素和邻域，与类似于根据用于在图像中降噪的另一个算法所选择的其它像素在一起，该算法可被用于图1A所示的方法中；

[0118] 图5是用于在图像中降噪的方法的流程图，该方法可被用于图1A所示的方法中；

[0119] 图6A是采用相对低的X-射线剂量制作的噪声CT图像；

[0120] 图6B显示了图6A所示的图像，带有采用图5所示方法降低的噪声；以及[0121] 图6C是一个低噪声CT图像，类似于在图6A中所示的图像，但采用相对高的X-射线剂量来制作。

[0122] 具体实施方式详述

[0123] 本发明，在它的一些实施例中，涉及一种用于处理图像以产生降噪的以及其它想要的特征的图像的方法与系统，尤其是，但不完全是，涉及一种处理CT图像的方法，考虑到噪声在图像中的非均一分布，和/或采用采用非线性滤波器来保持精细的图像细节。

[0124] 本发明的一些实施例的一个方面是涉及一种对医学图像去噪的方法，其中，该去噪是在高空间分辨率下进行的，例如，原始图像是在该高空间分辨率获取的，例如，通过CT机获得的图像。然后，去噪图像被向下转换为较低分辨率，可选地采用非线性下采样算法，该算法保持精细的细节，比线性下采样算法更好。较低的分辨率是指，例如，放射科医生通常检查CT图像的分辨率。在现有技术中，在通常的去噪程序中，去噪是在图像已经被转换为低分辨率之后进行的。

[0125] 本发明的一些实施例的一个方面是涉及一种复原结构到去噪图像的方法，其中，去噪算法在去除噪声的同时已经从该图像中移除了一些结构。残留的图像，在原始图像与去噪图像之间的差异，可选地被过滤以去除噪声和增强边缘，被完全或部分地加回到已去噪的图像中。在本发明的一个示例性实施例中，在图像中的每个位置，用于残留图像的相对权重取决于在该残留图像中的结构程度，或者在原始或去噪图像中的该位置的结构程度。例如，在某个有低的结构程度的位置，可给予残留图像小的权重或不给权重，而在某个有高的结构程度的位置，可给予该残留图像相对大量的权重，可选地，给予该残留图像最大权重，该权重轻微或者根本不增加结构的程度。可选地，用于残留图像的相对权重也取决于在原始或残留图像中的每个位置的本地噪声水平，例如，对具有较高噪声水平的残留图像采用较低权重。

[0126] 本发明的一些实施例的一个方面是涉及一种产生带有特定量值和分布的噪声的去噪图像的方法。例如，特定量值和分布的噪声可以是由放射科医生在检查CT图像时所期望的量值和分布的噪声，以便使该图像比完全去噪的图像看起来更自然。该特定量值和分布的噪声是通过加入噪声到该图像来获得的，带有空间信封，这样会获得想要的量值和分布的噪声。可选地，该噪声是通过平均原始图像与去噪图像而获得的，采用空间变化加权参数。

[0127] 本发明的一些实施例的一个方面是涉及一种产生使图像去噪的方法，其中，去噪算法采用与图像中的位置成函数关系的噪声水平的测量。例如，噪声水平是在给出的体素处查明的，通过看围绕该体素的一个大窗口。在该大窗口内，仅考虑在一定范围内的体素的灰度值。该范围可选地取决于正被成像的组织，例如，仅考虑对于该组织的在中间范围内的体素。对于这些体素的每个体素，在小窗口内查明变化的本地测量的灰度值，例如，标准偏差。进行变化的一组子集的测量，变化的测量的结果低于特定的分位数，进行在子集的变化的测量的平均，以找到对于大窗口的本地噪声水平。作为与图像中的位置成函数关系的噪声水平是通过采用对于分布在该图像中的多个体素的这个方法来查明的，并可选地内插以覆盖整个图像。一旦该噪声水平是已知的与图像中的位置成函数关系，可采用这里所描述的其他程序，来根据本地噪声水平最优化或改善程序本身的性能。

[0128] 本发明的一些实施例的一个方面是涉及一种使图像去噪的方法，其中，与图像中的位置成函数关系的噪声水平是被用于去噪算法中。例如，该去噪算法是一个“非本地平均”(NLM)类型的算法，其中，围绕给出体素的补码是与围绕在该图像的另一处的对照体素的补码进行比较，并对于这连个补码进行类似测量。基于在给出体素的本地噪声水平、在对照体素的本地噪声水平，或者它们两者，计算由于噪声导致的在类似测量中所期待的变化，并用于使该类似测量标准化。在现有技术的NLM算法中，取决于体素的位置的恒定噪声水平已经被用于使类似测量标准化。对于对照体素，基于标准化的类似测量，查明一个权重，也查明对照体素的灰度值的加权平均。然后，基于对照体素的灰度值的加权平均，改变该给出体素的灰度值。可选地，通过上述的程序查明与图像中位置成函数关系的噪声水平。

[0129] 本发明的一些实施例的一个方面是涉及一种锐化图像的方法，其中，变化的本地程度的灰度值，例如本地标准偏差的灰度值，是作为在图像中位置的函数关系来查明的。然后，对该图像应用锐化滤波器，但锐化的程度是取决于变化的本地程度的灰度值。当变化的本地程度的灰度值越大时，采用越小的锐化程度。所得到的图像在锐化边缘可具有相对少的或者没有视觉假象，与线性锐化滤波器相比，后者对于给出的平均锐化程度会产生更多的视觉假象。

[0130] 总的来说，在图像处理文献中，术语“像素(pixel)”是用于表示二维图像的一个元素，而“体素(voxel)”是用于表示二维图像的一个元素。因为这里所描述的方法总体上既可用于二维图像，也可用于三位图像，这里所采用的术语“像素”和“体素”不应理解为将本说明书限制为二维图像或三维图像的例子。除非另有特别说明，这里所采用的术语“像素”和“体素”应被理解为应用于任意例子的通用术语，它们通常可交替使用。

[0131] 在医学成像模式中，例如CT或MRI，它是定制的，当显示一个图像时，绘制该图像密度，例如在一个CT图像中以豪森菲尔德单位(HU)表示的密度，以表明亮度水平或从黑到白的灰度值范围，对于感兴趣的特定的密度范围。术语“灰度值”也可用于指图像密度，用于成像模式的图像密度的范围之外，该图像密度是在图像处理的中间步骤中产生的，例如一个负数。此外，这里所使用的术语“灰度值”不仅是指黑白图像的亮度，还是指彩色图像中任意色彩变量的程度，例如，在彩色图像中的红、绿或蓝，或者彩色图像的亮度或饱和度。在诸如CT或MRI图像的医学图像中，通常只显示一种单一密度变量，例如HU密度、T1或T2加权密度，它被绘制为灰度显示的亮度水平，而在本例中，“灰度值”是特别倾向于，但这里所述的方法并不限制于它们对医学图像或对黑自图像的适用性。

[0132] 这里所描述的降低噪声方法法可被特别用于医学图像，因为医学图像通常具有相对高的噪声水平，由于在噪声水平和图像采集参数(例如，X-射线剂量或MRI采集时间)之间通常有折中，施加经济或安全惩罚以用于降低噪声。而且，因为医学图像总体上没有在“光照”差别，一个像素的邻域的特征通常是它的真实灰度值的号的指示。这是特别真实的，因为医学图像倾向于具有类似结构，在该图像的不同部分重复出现，有时带有改变的尺度或方向。

[0133] 举例来说，这里所描述的方法可被应用在图像采集设备或它的工作站(例如，CT机、MRI机、超声成像机)上，应用在图像处理站和/或通过网络连接到远程位置或远程服务器。

[0134] 在详细解释本发明的至少一个实施例之前，需要明确的是，本发明并不必然限制其申请在以下说明中的详细描述的内容。本发明能采用多种不同方式实施或执行的其他实施例。

[0135] 去噪方法的概述

[0136] 现在参考附图，图1A显示了一个流程图1000，显示了根据本发明的示例性实施例所述的用于产生降低噪声的图像的程序。该程序是对于采用CT图像而开发的，除了可用于处理CT图像外，也可被用于处理其他医学图像，或者其他类型的图像。不同类型的医学图像，以及非医学图像，具有不同的特征，这些特征可以使该程序的特定实施更适合于它们。诸如CT和MRI图像等的医学图像不依赖于普通非医学图像处理的“光照”方法，它们的噪声水平和噪声的空间分布可以是一致的，并可从一个图像预期到另一个图像。

[0137] 在步骤1002，通过一个医学成像设备(例如CT机)获得高分辨率和有噪声的3D原始图像I。在图1B中原理地显示了用于获得这样的图像和对图像去噪的系统500。采用控制器506，例如计算机，或者与成像设备相关联的指定电路，从由成像设备502从一个病人504上获得的原始数据来重构该图像。该控制器也可以执行任意或者全部下面所述的去噪程序。在本发明的一些实施例中，物理上分离的计算机或者电路可执行不同部分的去噪和/或图像重构程序，但它们在这里都是全部用来作为控制器。可选地，诸如显示器等输出设备508显示去噪图像，而诸如键盘或控制台等输入设备510被用于控制成像程序和/或成像设备。

[0138] 再参见图1A，在步骤1004，原始图像I被可选地采用非线性滤波器来过滤，导致获得标示为C的预处理图像，以后将用于比较在去噪程序中的补码。当在常规CT图像中最感兴趣的密度范围是相对小时，例如-50HU至+100HU豪森菲尔德单位(HU)，这里全范围是-1000HU至+4000HU，可在图像I的非线性过滤之前进行可选范围的压缩程序。根据预期的噪声模式对图像的“预变白”，定义在下面的标题为“预处理的图像”的章节A，也是可选地进行的。

[0139] 在CT图像中，由于获取机制和光束硬化，噪声总体上在空间不是均匀分布的，通过一种方法使X-射线的非单色光束增加穿透身体的平均能量，因为更柔和的X-射线被优先吸收了。可选地，该去噪程序采用根据在该CT图像的每个点的本地噪声特征的空间依赖参数，这些参数在步骤1006中被评估。可选地，在预处理该图像之前，或者在预处理该图像的同时，评估本地噪声特征。然而，先进行预处理是有优势的，例如，如果本地噪声特征是基于在预处理的图像中的“变白噪声”，而不是基于在原始图像中的“有色噪声”时。这些术语在下面标题为“预处理的图像”的章节A中进行定义。

[0140] 在步骤1008中，在图像上进行非本地平均(NLM)类型的去噪程序。总的来说，NLM程序是通过找到类似于在给出的体素周围的补码的补码来对在图像中的给出体素进行去噪的。该体素的去噪值是计算为这些补码的中间体素的加权平均值，其中，该权重是与在这些补码之间的一些类似度量成比例关系的。除了NLM程序之外，也可采用本领域已知的其他去噪程序，取代NLM去噪程序或者作为NLM去噪程序的补充。

[0141] 在基于NLM程序的特征中，类似度量是基于从这些补码中抽取的多种特征，其中，这些特征可基于图像C和图像I。该类似度量也可取决于在步骤1006中评估的参数。图像D是在执行了基于NLM程序之后的去噪图像。在步骤1008中采用的NLM程序可以是某个特征类型的NLM程序，例如基于下面标题为“在NLM去噪算法中采用的示例性类型的特征”中描述的特征的NLM程序，以及相关的公开于PCT申请WO2009/081410的内容，或者在例如上面所引用的早期文献中关于去噪图像所描述的类型的NLM程序。

[0142] 在步骤1010中，已经在去噪程序中从图像中移除的结构被可选地复原到该图像。即使在去噪后，也可能从残留图像R＝I-D中复原附加的特征，该图像含有大多数已经移除的噪声，但也包含一些空间上可区别的结构。相干增强扩散(CED)或类似滤波器是可选地用于找到那些结构，这些滤波器对残留图像进行非线性平滑处理。可选地，过滤的残留图像S不是直接加到图像D，但可以乘以参数α，该参数可取决于图像D的本地特征。图像D′＝D+αS是在复员后的去噪图像。

[0143] 在步骤1012中，噪声是可选地加入到图像中。对于习惯于在CT图像中特定水平的噪声的放射科医生来说，去噪图像有时看起来不自然。在图像D′与图像I之间的平均对于放射科医生看起来更自然。这样一个图像的例子是E＝βD′+(1-β)I，其中，β是精选的以致所得到的图像E具有一些特定标准偏差的噪声模式，而β可在该图像上变化。可选地，图像D′也可被存储，用于后面的可能的应用，在该图像中，附加的噪声可以是不利的，例如，如果放射科医生想要在更高分辨率缩小一部分图像时。

[0144] 在步骤1014中，可选地降低了该图像的分辨率。放射科医生通常在比由CT 扫描仪所获得的原始图像的分辨率更低的分辨率检查常规的CT图像。分辨率的最终降低是可选地采用非线性降低程序来执行的。该分辨率降低程序是被设计为保持比图像的线性过滤和采样更多的细节。

[0145] 去噪方法的细节

[0146] 下面提供了流程图100的每个程序的更多细节。

[0147] 图像获得

[0148] 在日常实践中，由放射科医生检查的CT图像通常具有约2.5mm的轴分辨率(切片厚度)。然而，大多数现代CT机的天然轴分辨率是约0.6mm。因此，由CT机获得的原始数据是比由临床以上所看到的更高分辨率的数据。通常不在日常实践中利用该高分辨率数据，由于它包含高的噪声水平，且它需要更长的阅读时间。在临床常规中检查的每个低分辨率切片包含从在原始图像中一定数量的切片整合的数据。

[0149] 这里所述的去噪程序和相关的图像处理方法可选地采用高分辨率数据，这些数据通常在CT机中获得，并包含更多信息。在完成处理之后，可选地产生较低分辨率图像，供放射科医生检查。

[0150] 在本发明的示例性实施例中，在临床轴分辨率与原始轴分辨率之间的差异是以以下两种途径之一或同时来充分利用：第一，较丰富的数据组被用作输入到图像处理算法。由于高信息内容，该算法是潜在地可产生更精确的结果。第二，可选地对处理的图像以非线性方式进行下采样，以产生较低分辨率的图像，潜在地保留在原始图像中可用的精细的细节。

[0151] 预处理的图像

[0152] 在预处理阶段，预处理的图像C是可选地从原始图像I中计算的。该预处理的图像是可选地用于在去噪程序中的补码的比较。一个基础的去噪算法可写成下式：

[0153]

[0154] 这里，是第i个体素的去噪值，而权重w(xi，xj)是基于在围绕图像I的体素xi和xj的补码之间的距离的特征的函数。更多去噪算法可选地比较在原始图像I的补码与预处理的图像C的补码：

[0155]

[0156] 预处理的图像C是可选地采用下面的步骤来从图像I进行重构：

[0157] A.根据噪声模式的有色噪声的预变白

[0158] CT噪声可被近似地模式化为附加的有色高斯噪声，也就是，由一些滤波器过滤的白色高斯噪声，该滤波器被表示为噪声-色彩滤波器。优选地可对图像进行预变白处理，通过应用维纳滤波器，该滤波器试图转化噪声着色的操作，因此产生含有白色噪声的图像，该噪声不是空间相关的。这种类型的噪声已经在文献中广泛研究，且可以是比有色噪声更容易去除的。

[0159] 可选地，通过计算来自均一仿真的CT图像的协方差矩阵来评估噪声-色彩滤波器，类似于在文献A.J.Britten，M.Crotty，H.Kiremidjian，A.Grundy，and E.J.Adam，“The addition of computer simulated noise to investigate radiation dose and image quality in images with spatial correlation of statistical noise：an example application to X-ray CT of the brain”，The British Journal of Radiology，77(2004)，323-328中描述的方法。

[0160] B.范围压缩

[0161] CT图像的动态范围通常是在约-1000HU(空气)至+4000HU(金属)之间。然而，在0HU至100HU之间的范围是更为重要的考虑范围，相比于例如在1000HU至1500HU之间的范围，因为第一个范围区分了软组织，而第二个范围表示更致密的组织，例如骨。此外，诸如骨等致密组织通常是用更宽的密度窗口来检查的，这导致噪声不那么可视。放射科医生通常检查脑CT图像，其密度窗口约为0HU至+80HU，而肝CT图像的密度窗口为-15HU至+155HU。
在图像C采用灰度转换是有优势的，这样扩展了软组织范围，而压缩了-1000HU至-200HU的范围，并在+300HU之上。例如，灰度水平转换可以是原始密度x的下列函数y：

[0162]

[0163] y′←sign(x′)·log(1+|x′|)

[0164]

[0165] 其中，a和b是范围常数，而y是转换的密度。图2显示了范围压缩函数y(x)的图200。

[0166] 需要注意的是，其他灰度水平转换函数也可被构建，并也能使用。例如，合适的灰度水平转换可从伸展CT图像的柱状图中获得，或者平衡该CT图像的柱状图，可选地仅对图像中感兴趣的部分，例如，没有周围空气。

[0167] C.Robust非线性噪声移除

[0168] 可选地，将噪声移除滤波器应用到图像C。本发明人已经发现，即使噪声移除滤波器使得图像C显得过度平滑可视，损失了一些分辨率，过滤后的图像C仍是优于未过滤的图像C，用于比较补码的目的。可选地，图像C仅用于比较补码的目的，以评价类似度量，并在原始图像I而不是图像C上执行平均操作。

[0169] 可选地，图像C是采用双边滤波器来过滤，正如文献C.Tomasi and R.Manduchi，th“Bilateral filtering for gray and color images”，in Proceedings of the 6 International Conference in Computer Vision(ICCV)，1998，pp.839-846所描述的。可选地或附加地，图像C可采用相干增强扩散(CED)滤波器来过滤，正如文献J.Weickert，“Coherence-Enhancing Diffusion Filtering”，International Journal of Computer Vision，31(2-3)，pp.111-127，1999所描述的，也是在保留边缘的同时使图像平滑。也可采用本领域已知的其他类型的噪声移除滤波器。

[0170] 本地噪声水平的评估

[0171] 根据本发明的一个示例性实施例所述的本地平均去噪方案的一个重要参数是σR，它可控制在不同邻域之间的加权，例如由下式给出：

[0172]

[0173] 其中，Cx表示在图像C中围绕体素x的图像补码，而dP(i，j)是在体素i和j之间的空间距离。这里‖Ci-Cj‖表示在围绕图像C中体素i和j的补码之间的差异的测量。

[0174] 在文献中以前曾提议，参数σR的值可以在由于噪声的测量的变化中的标准偏差的量值等级上；例如参见上面所引用的A.Buades、B.Coll与J.-M.Morel的文献。加权的选择是根源于下面的启发式观察。类似于在图像中的统计噪声的量值的两种图像补码将接收大的权重，指示它们的类似性。与之相反，在所期待的来自图像中的噪声差异之外的不相同的两种补码将接收低的权重。

[0175] 传统上，在图像中的噪声是被考虑为同等分布的，也就是，在该图像中任意空间位置具有类似统计学特征。因此，σR是通常每个图像一次确定的，而相同值被用于计算在图像内所有空间位置的权重。

[0176] 在CT图像中，噪声通常在空间不是均匀的，由于获得机制和线断层重构算法。本发明人已经发现，对于σR穿过整个图像的恒定值不能很好地用于CT图像。这个选择可导致更低噪声图像区域的超平滑，以及具有更高噪声水平的不足去噪的图像区域。替代的，一种空间变化值可选地用于σR，其中，例如，在图像中的每个体素是分配对于σR的合适的值，根据由于噪声的测量的本地标准偏差。

[0177] 下面总结了用于评估由于噪声的空间依赖性标准偏差的示例性方法。首先，对于在原始噪声图像I中的每个体素，计算本地标准偏差的灰度值，或者本地变化的另一测量的灰度值。这是通过计算小邻域例如3×3×3体素的标准偏差(或变化的其他测量值)，与正被考量的体素相关联，例如在它的中心含有正被考量的体素。然后，围绕图像中的每个体素，检查更大的邻域，例如33×33×5体素。对于每个大邻域，在特定密度范围内的一些或所有体素，例如-50HU至+150HU被抽取。最后，所抽取的体素的子样本的本地标准偏差值被平均化以产生由于噪声的本地标准偏差的评估值，对应于例如本地分位数，低于在大窗口中抽取的体素的本地标准偏差的特定值(例如0.3)。

[0178] 由于采用大的邻域，由于噪声的本地标准偏差的评估不是期望在相邻体素之间变动太大。可选地，仅在所有图像体素的子样本上进行计算，而可选地找到在其他位置的值，如果它们是需要的，采用标准内插技术来插入所计算的值。

[0179] 可选地或附加地，采用其他方法来评估本地噪声水平，例如，仿真成像，直接从在仿真的均一部分的灰度水平的标准偏差中确定噪声水平。

[0180] σR的值被设为特定分数，例如由于噪声的本地标准偏差的估计为0.54。可选地，在去噪算法中可采用其他参数，或在基于由于噪声的本地标准偏差的评估的其他相关图像处理程序中也可采用其他参数。

[0181] 在本发明的一些实施例中，用于去噪算法或相关程序的σR和/或任意其他参数，具有在图像中任意位置的相同值，但该值取决于由于噪声的本地标准偏差的整个图像的平均值，它是可选地按上述方法计算。例如，当查明本地标准偏差时，仅考虑在特定密度范围内的体素。可选地，当计算平均值时，仅包括低于特定分位数的本地标准偏差。

[0182] 示例性NLM去噪算法

[0183] 图3A显示了二维图像100，包括像素阵列，每个像素有数值，该数值映射到在黑与白之间的一个灰度值。在CT图像中灰度值表示所成像的对象的真实密度的方便映射，定制为豪森菲尔德单位(HU)。例如，在脑的CT图像中，该图像通常是可视的以致0HU，这表示水的密度，被映射到黑色，而70HU被映射到白色。

[0184] 图像100包括亮区102和暗区104，在它们之间有相当尖锐的边界。在图3B中，图像108是将噪声加入图像100得到的图像。在现有技术中，通过将像素的灰度值与邻域像素的灰度值进行平均化，使噪声有些降低，对位置最接近的像素给予最大权重。这在没有精细细节的均匀区域做得很好，例如在图像108中的区域102和104，但在它们之间会导致边界的模糊。另一个现有技术中的降噪方法，采用双边滤波器，是一种非线性滤波器，试图避免由对像素i的灰度值Ii与首要的在灰度值上类似的其他像素j的灰度值Ij的平均化带来的问题。例如，当在位于(xi，yi)的像素i上进行操作时，对于位于(xj，yj)的另一像素j的灰度值的权重Wj是由下式给出：

[0185]

[0186] 这里，dp是两个像素之间在空间上的欧几里得距离，而|Ii-Ij|可以被考虑为在这两个像素之间的抽象“距离”，测量它们互相类似的程度。对于像素i的新的灰度值是由下式定义：其中，N是围绕像素i的检索窗口，而总和是在该检索窗口的对于所有像素j的。

[0187] 用于降噪的另一种类型的非线性滤波器描述在文献L.Rudin，S.Osher，and E.Fatemi，“Nonlinear total variation based noise removal algorithms，”Physica D60，259-268(1992)。

[0188] 在非本地平均滤波器中，两个像素的类同取决于这两个像素的邻域的像素对像素的比较。例如，为降低像素i的噪声水平，在图3B中标记为110，邻域Mi，在图3B中标记为112，限定在像素110周围。然后检索其他像素j，带有相同大小和形状的邻域Mj，围绕每个这样的检索像素j，在这些像素之间的邻域112查明平均方差MSE(Mi，Mj)，以及每个检索像素j的邻域的相应像素。对于检索像素，在它们的邻域与像素110的邻域之间的平均方差是小的，这些像素被给予最大权重，当对这些检索像素的灰度值进行平均以获得对于像素110的降低噪声灰度水平时。该权重Wj是由下式给出：

[0189]

[0190] 对于像素i的新值是由下式确定：

[0191] 图4A显示了图像200，类似于在图3B中的图像108，带有一组像素202，这些像素具有类似于像素110的邻域112的邻域。每个像素202具有类似的邻域，因为像素202都是与在亮区102和暗区104之间的边缘有相同距离，导向几乎相同的方向。

[0192] 在其他采用非线性滤波器的降噪方法中，两个邻域的类同是基于在邻域的所有像素的平均灰度值，或者在邻域的像素的灰度值的梯度的方向上，正如由文献M.Mahmoudi，and G.Sapiro，“Fast image and video denoising via nonlocal means of similar neighborhoods，”IEEE，Signal Proc.，vol.12，no.12，pp.839-842，Dec.2005所描述的。在另一不同方法，描述在A.Heidarzadeh and A.N.Avanaki，“An Enhanced Nonlocal Means th
Algorithm for Image Denoising，”9 ISSPA，Feb.2007，这两个邻域的类同取决于这两个邻域的双边映射的平均方差，如采用Canny边缘探测器所确定的，也取决于在这两个邻域的原始图像的平均方差。

[0193] 图4B显示了图像204，类似于图像108。根据本发明的一个示例性实施例，采用不同标准计算权重Wj，找到更好的一组检索像素206，这些检索像素具有类似于足够接近的像素110的邻域112的邻域。在图2B所示的特定实施例中，标准(将在下面详细描述)不取决于邻域的相对方向，因此所有像素与暗区104的距离相等，像素110将具有非常类同的邻域112的邻域，根据这些标准。具有高权重的放大组的检索像素206，与采用非本地平均方法具有高权重的检索像素202相比，可使得噪声进一步降低，因为有更多像素的灰度值平均化。在本发明的一些实施例中，在两个邻域之间的类同标准可取决于这两个邻域的相对方向，而在本发明的这些或其他实施例中，带有高权重的检索像素的量可以比现有技术的方法更多，而这些检索像素的质量会更好，显然它们提供了像素110的真实灰度值的更好的评估。

[0194] 图5显示了根据本发明的一个示例性实施例所述的一种降低图像中噪声的方法的流程图300。流程图300所示的方法是图4B所示方法的总结，具有用于在邻域之间的相似性的不同标准。在步骤302中，获得有噪声的图像。噪声降低算法在一次检查一个像素，初始在步骤304中设定像素i等于1。在步骤306中，考量像素i，在步骤308中找到像素i的特征向量F1。特征向量是一个或多个特征的排序的一组值，每个值取决于所考量的像素的灰度值，和/或在周围邻域内的其他像素的灰度值。该邻域不需要是邻接的，也不围绕像素，但可以在一侧。被考量的像素的坐标，例如xi和yi(在二维图像)，或xi、yi和zi(在三维图像)，也可被处理为特征。本领域已知的特征的例子包括：像素i的灰度值，采用上述的双边滤波器，以及在围绕像素i的特定尺寸的邻域内的每个像素的灰度值，采用非本地滤波器装置。如上所述，本领域已知的其他特征包括：在像素i的邻域内的所有像素的平均灰度值，在像素i的邻域内的灰度值梯度的方向，以及在像素i的邻域的二进制边缘图的每个像素的灰度值，正如采用Canny 边缘检测器确定的。有宽的变化范围的其他特征可被使用，正如在公开的PCT申请WO2009/081410中的示例性描述，本申请要求该PCT申请的优先权，在第14-17页。

[0195] 在步骤310起，检查一组检索像素，标记为检索像素j，以便找到具有与像素i类似特征值的像素。检索像素j的灰度值非常近似于像素I，这将最大程度地有助于估计像素i的没有噪声的真实灰度值。在步骤310，指数j被初始设为等于1。在步骤312，考量检索像素j。检索像素可选地包括在该图像中的所有像素，或除了像素i以外的所有像素。另外，检索像素仅包括在该图像内的像素的子集，例如，仅包括在检索窗口内围绕像素i的像素，或仅包括随机选择的一些像素，或者在该检索窗口内规则间距的像素，和/或具有足够接近于像素i的灰度值的像素。可选地，例如在医学图像中，该图像是分割为不同类型的组织，采用任意已知的分割技术，仅或优选地，从如像素i的同类组织的像素中选择检索像素。

[0196] 在本发明的一些实施例中，取代或附加地采用选自正被去噪的图像的检索像素，检索像素可在数据库中从其他图像中选择。例如，从被预期为类似于这个图像的其他图像中，预先可完成一个可能的检索像素和它们的邻域的字典。例如，如果本图像时一个医学图像，字典包括来自从同一病人的身体的相同部分制备的早期图像的像素，或者来自其他病人的身体的相同部分的像素。

[0197] 在步骤314，评估对于检索像素j的特征向量F2。特征向量F2是一个或多个特征的排序的一组值，每个值对应于特征向量F1的一个特征值。可选地，以同样方式定义在F1和F2中的对应特征，采用在像素i和像素j的邻域的对应像素的灰度值。在本发明的一些实施例中，在F1和F2中的对应特征值是不同定义的，例如，围绕其中一个像素的邻域可被指向不同的角度，或以不同尺寸缩放，相对于围绕其他像素的邻域，如果需要，在计算特征值时插入灰度值。在任何情况下，在F1和F2中的对应特征都是可选地以类似的足够方式来定义，以致能够比较它们，也能采用它们的值的差来计算在像素i和像素j之间的理论距离测度，可知它们之间的相似度如何，用于降低噪声的目的。

[0198] 如果检索像素j是从之前存储的检索像素字典中取得，而不是从正被检查的图像中取得，则对于像素j的特征向量F2，或者它的一些分量，也被存储在该字典中，在使用时不需要每次计算。类似地，如果检索像素j之前是作为对于另一像素i的检索像素来使用的，则它的特征向量F2可选地是存储在内存中，不需要再次计算。可选地，对于在图像中的所有像素，特征向量F2是提前评估的，并存储在内存中，因此F2不需要在循环中对于检索像素j和像素i而被评估。以至于F2的特征值是以相同方式定义的，作为F1的对应特征值，特征向量F2或它的一些分量，也可从内存中取回，而不是再次计算，如果检索像素j之前采用为在步骤306中检查的像素i时。

[0199] 在步骤316中，距离测度d(F1，F2)是可选地计算的，它是反映像素j与像素i的相似度的理论距离，由它们的灰度值和它们邻域的灰度值来定义，也可能由它们的位置来定义。距离测度d取决于构成特征向量F1和F2的每个对应特征值的差异。如果特征向量F1和F2的每个特征值具有由与给出的k分量(特征值)，则该距离测度可由下式定义：

[0200]

[0201] 这里，(α1，α2，...αk)是加权向量，给予在计算距离测度中用于不同特征的权重。参数β通常是同一级的正数，通常设为等于2，这使d(F1，F2)，正交分量的欧几里得距离，每个等于在两个像素i和j的特征值之间的加权绝对差。正如下面所描述的，加权向量(α1，α2，...αk)是可选地采用遗传算法找到的，这试图找到一个最佳的加权向量以使降低噪声方法的效率最大化。

[0202] 对于d(F1，F2)的另一种表达，考虑在不同特征值之间的相关性，例如在一个邻域中的不同像素的灰度值之间，是描述在公开的PCT申请WO2009/081410中，参见该申请的图8的说明。对于d(F1，F2)的表达式可包括交叉项，例如(f11-f12)(f21-f22)，可提供对于在不同邻域之间的相似度的更有用的测度，在不同特征值是相关的情形下。

[0203] 在步骤318中，对于像素j的权重Wj是可选地从d(F1，F2)计算的，并存储在内存。当像素i和j的邻域彼此最大相似时，也就是，当d是小的时，权重Wj是最大的，而当d是
2
大的时，Wj是小的。例如，Wj＝exp(-d/σN)。如果特征值仅取决于像素和它的邻域的灰度
2 2
值，而不取决于该像素的位置，则Wj是是由Wj＝exp(-d/σN-dp/σp)定义的，这里dp是在像素i和j之间物理距离的测度，例如，欧几里得距离。这里，σN和σp是决定伴随在像素i和j之间理论距离d和空间距离dp的增加而Wj减弱的程度的参数。此外，Wj具有与d与dp的不同的相关性，但仍随着d与dp的值的增大而减弱。可选地，为节省计算时间，或者为增强性能，权重Wj是被设为零，当它小于某些极限时，或当d和/或dp大于某些极限时。

[0204] 在步骤320，检索像素j被增加1，以检查下一个检索像素。在步骤322，确定所有检索像素是否已经被检查完。如果否，在步骤312考量下一个检索像素。如果所有检索像素已经被检查完，检索像素j的加权平均灰度值(由Wj加权)将被计算。

[0205] 在步骤326，估计像素i的没有噪声的真实灰度值，基于检索像素的灰度值，可选地也基于像素i的原始灰度值，检索像素具有对于估计的真实灰度值的更大影响，如果它们被视为更近似于像素i，基于所具有的类似特征值。例如，特征值的相似度被用于计算理论上的距离测度d(F1，F2)，如前所述，每个检索像素j被分配一个权重Wj，该权重基于它的从像素i的距离测度，并从检索像素j的加权平均灰度值(由Wj加权)中找到像素i的估计的真实灰度值。该平均可以是平均数、中值、模式、去除轮廓的平均数，或者任意其他类型的平均。

[0206] 可选择地，像素i的真实灰度值的估计是以不同方式计算的：从检索像素的灰度值、检索像素的特征向量F2，以及像素i的特征向量F1。例如，检索像素被分为不同级别，表示不同组织类型，基于它们的特征向量F2的簇，只有在同类的检索像素(如像素i)被用于估计像素i的真实灰度值，或者具有比像素i的估计的真实灰度值更大的效果。另外，只有顶部的几个检索像素j具有接近于F1的特征向量F2(通过一些测量)，这几个检索像素被用于估计像素i的真实灰度值。可选地，代替采用检索像素的平均灰度值，从基于几个检索像素的灰度的检查表找到像素i的估计的真实灰度值。

[0207] 校正的灰度值可选地是像素i的原始灰度值与检索像素的加权平均的线性结合。可选地，不明确考虑像素i的原始灰度值，但像素i自身被处理类似另一个检索像素，并包括在加权平均。在本例中，如果F2的特征值是以与F1的对应特征值相同的方式来定义，对于像素i自身的权重Wj将是1，如果F2的特征值是以不同的方式(例如，邻域旋转或缩放)来定义，则对于像素i自身的权重Wj将会小于1。

[0208] 需要明确的是，这里所指的像素的灰度值不必然是该图像的原始灰度值，还可以是变换的图像或过滤的图像的灰度值，例如，高斯过滤后的图像，其σ等于或小于仅几个像素的宽度。

[0209] 在步骤328，像素i增加1，在步骤330中，将确定是否仍留有任何像素需要考量。如果有，将回到步骤306考量下一个像素i。如果没有，该流程在步骤332结束，带有降低噪声的图像，采用在步骤326中找到的校正的灰度值，作为输出。

[0210] 图6A显示了噪声图像400，头部切片的CT图像，以说明在图5中描述的方法。该图像比普通图像有更多噪声，因为它是采用减少的X-射线剂量获得的。图6B显示了降低噪声的图像402，是采用图5所示的方法从图像400获得的，带有一组特征和加权向量，将在下面描述。为了比较，图6C显示了一个低噪声的图像404，采用正常的对这类图像的X-射线剂量获得的。减少噪声的图像402具有比原始图像400显著更低的噪声，可看到更多细节，尤其是在脑中，在不同组织之间有相对低的对比度。与图像400相比，图像402在质量上显得更接近与低噪声图像404。

[0211] 从残留图像中复原细节

[0212] 图像D是原始图像I的去噪版本。该去噪图像试图被平滑化，但有时小的结构和器官也被平滑掉。在应用去噪算法后，可选地采用复原程序来进行复原和增强由去噪算法部分地去除或平滑掉的结构。

[0213] 残留图像R取决于在原始图像与去噪图像之间的差异，例如，R＝I-D。残留图像是主要噪声的，所附加的噪声是从原始图像中移除的，但除非有空间连贯性的结构通常可从残留图像中采用非线性边缘保存滤波器来复原。

[0214] 在本发明的一个示例性实施例中，去噪算法将类似的区域一起平均化，因此当以精细的尺度检查时，残留图像是主要噪声的。该残留图像仍然可保留一些隐藏信息，当以精细的尺度检查时，隐藏信息看起来类似噪声，但当以稍微大的尺度检查时，展示出空间连贯性。为了暴露这些隐藏的结构，可选地采用非线性边缘保留滤波器，试图将边缘定位在3D残留图像的2D表面，或者在2D图像的1D边缘，并平行于这些边缘使残留图像平滑化。合适的滤波器的例子包括：非线性各向异性扩散滤波器，例如，Beltrami流滤波器和相干增强扩散(CED)滤波器。过滤后的残留图像称为S，可暴露空间连贯的结构，同时平滑掉残留噪声。在本发明的一些实施例中，在图像S中增强了边缘或其他结构，但噪声未被平滑掉。可选地，残留图像是未过滤的，在下面所述的程序中，残留图像R被用于取代过滤的残留图像S。无论采用哪种方法，可选地获得复原的去噪图像，该图像是比残留图像R的灰度值更敏感，或者对于过滤的残留图像S，在残留图像具有更大程度的结构的位置的灰度值比在残留图像具有更小程度的结构的位置的灰度值更敏感。

[0215] 过滤的残留图像S是可选地加回到去噪图像D，以获得带有平滑的细节恢复原处的复原的去噪图像D′。可选地，采用一个适应性参数α，该参数是取决于图像S的本地“结构信息”。有许多测量方法可被用于评估包含连贯结构或相干性的特定区域。例如，可选地采用结构张量的特征值或图像S的海赛矩阵的特征值，以便确定在每个位置的参数α。可选地，在残留图像R的信息被复原到去噪图像D，仅在结构能在残留图像中找到的区域，因此小的噪声也被带回到去噪图像中。

[0216] 在实践中，放射科医生经常喜欢小量的噪声留在图像中，因此该图像看起来更“现实”。可选地，为获得这样的图像，参数α会保持大于0，即使在残留图像中看起来仅有噪声的区域。

[0217] 采用D′＝D+α·S能增加误导的结构到图像的相对平滑的区域。可选地，图像S的密度范围是包边的。一个替代方法将参数α看作一个“信封”，这样限制了图像S可在每个位置改变图像密度的量。采用这种方法，正切或压缩版本的S图像被加入图像D中，[0218] D′＝D+α·正切(S/α)或者

[0219] D′＝D+正切(α)·S

[0220] 这里，正切函数是例如双曲线正切(tanh)函数，或者例如上面给出的范围压缩函数y(x)，或者直到极限值并在该值上恒定的的线性函数。参数α的本地值确定了允许的密度范围，以致图像S能在给出的体素处从去噪图像D中移除或增加。

[0221] 可选地，应用锐化滤波器到图像D或图像D′。当应用时，这个滤波器是可选地受限于一个类似的信封，例如基于该图像的本地标准偏差。可选地，只应用该锐化滤波器，或者更强烈地应用在具有较低标准偏差的区域。没有这个信封，锐化滤波器可导致视觉假象，特别是近似尖锐的边缘，例如头骨的边缘。采用这个信封，附加的尖锐不会超过相对极限，而视觉假象也可能减少或者完全避免。在本发明的一些实施例中，仅应用滤波器，或者更强烈地应用在具有中间标准偏差的区域，而不应用在高标准偏差的区域，滤波器在该区域可导致视觉假象，而可应用于低标准偏差的区域，滤波器在该区域仅会放大噪声。

[0222] CED方案的新变化从去噪图像D中提取结构信息，而应用滤波器到残留图像R。复原程序是可选地分为三个步骤。首先，计算图像的结构张量，然后计算每个像素的扩散张量，基于结构张量的特征分解，然后进行扩散步骤。可选地，采用迭代程序，对于给出的迭代从(1-λ)·D+λ·S计算结构张量，其中，S是跟着前面的迭代的过滤的残留图像，而当迭代持续进行时，系数λ逐渐接近于1。

[0223] 增加噪声到去噪图像

[0224] 去噪图像有时在放射科医生看来显得不自然，因为放射科医生习惯于检查带有特定量的噪声的CT图像，即使当这些图像是在好的成像条件下拍摄的。为了产生看起来更自然的图像，可采用图像D′和I的加权平均图像。例如，找到一个图像E＝βD′+(1-β)I，其中β是空间变化加权参数，它是精选的以致所得到的图像E包含类似于在输入图像I的噪声分布的噪声，但比输入图像I的噪声量值低。需要明确的是，如果不采用复原程序，则这里可采用图像D代替D′。

[0225] 在一些实施方式中，加权参数β是如下计算的。首先，对于图像D′和I，计算本地标准偏差图。这些标准偏差图分别标示为STDD’和STDI。接着，根据以下公式计算β的初步值：

[0226]

[0227] 这里，σR是控制所增加的噪声的量的参数，例如σR＝4，而ε是一个小的正的常-3数，例如ε＝10 。其次，β是可选地范围压缩的，例如采用上面所定义的范围压缩函数y(x)，例如a＝0及b＝1。最后，β是可选地平滑化的，例如通过高斯滤波器进行过滤。

[0228] 分辨率降低

[0229] 放射科医生通常在较低分辨率检查CT图像，而由CT机获得的原始图像具有较高的分辨率。通常，所检查的图像的切片厚度是约四倍于由CT机所重建的原始图像的切片厚度。

[0230] 可选地，原始图像I是从CT机获得的高分辨率原始图像，上述的去噪算法和相关程序都可应用于该图像。为了获得在低分辨率的由放射科医生检查的CT图像，可选地采用最终分辨率降低程序。在现有技术中，这样的分辨率降低程序通常是这样进行：首先，以低带通滤波器过滤该图像，例如抗混叠滤波器，然后，子采样到想要的分辨率。

[0231] 在本发明的一个示例性实施例中，采用了一种非线性分辨率降低方法，该方法是设计为比现有技术的的降噪方法保持更多细节。例如，在上面所引用的E.H.Adelson、C.H.Anderson、J.R.Bergen、P.J.Burt和J.M.Ogden的论文中所描述的方法的概括也可被采用。

[0232] 起源地，Adelson等人的方法被发展为用于将在不同照相机焦距设置所拍摄的两个图像融合为一个单一图像，包含来自两个图像的重要数据特征。类似的方法可被用于融合多个CT切片，可选地可被应用于分离模式的其他图像维度，以获得检查的图像分辨率。在之后，描述了这样的非线性下采用程序。可选地，当应用到包含安排在一个切片方向上的多个切片的三维图像时，该程序导致在该切片方向上具有降低的分辨率的图像，但该分辨率不会沿着每个切片的方向降低，例如在平面切片的平面上，垂直于切片方向。

[0233] 首先，在高分辨率的原始CT图像的每个切片上进行带通分解。例如，切片被转换为拉普拉斯金字塔。在前述引用的P.J.Burt与E.H.Adelson的论文中描述了拉普拉斯金字塔。然后，对于每组ns连贯切片，例如每组4个切片，单个金字塔结构，对应于单个较厚的切片，是可选地以下述方式创设的。对于金字塔的至少一些水平面，采用非线性的程序来合并ns切片以形成对于较厚的切片的金字塔的水平面，虽然这不需要完成金字塔的所有水平面。例如，对于金字塔的顶层(包含低频率内容的图像)，较好的切片是可选地通过一个线性程序对ns拉普拉斯金字塔的所有顶层图像进行平均化来创建的。但对于该金字塔的其他水平面，采用非线性程序来形成较厚的切片，至少在一些例子中，给予更多权重给较薄的切片，图像对于该切片局部地具有更大振幅。例如，该金字塔对于较厚的切片的其他水平面是通过从ns金字塔的一层的每个定位分别取值来形成的。所选择的值是可选地在所有ns金字塔中具有最高绝对值的一个值，除非该值高于特定的极限，例如10HU，在这个例子中，穿过所有ns金字塔取平均。最后，较厚的CT切片是通过重构已形成的金字塔结构来形成的。所有较厚的切片在一起形成较低分辨率的图像，以非线性程序试图在沿着每个切片的方向上保持精细的细节，该图像垂直于切片方向。

[0234] 在本发明的一些实施例中，采用另一类型的带通分解，取代或者附加地采用拉普拉斯金字塔作为带通分解。例如，可采用小波转换，正如在上面所引用的Li Hui、B.S.Manjunath和S.K.Mitra的论文中所述的。附加地或可选地，任意融合图像的方法，如上面所引用的Moustafa和Rehan的论文中所描述的方法也可被使用。

[0235] 可选地，由这种非线性方案创设的低分辨率图像是被合并为加权平均的线性子采样的低分辨率图像。

[0236] 用于NLM去噪算法中的示例性类型的特征

[0237] 几种类型的特征可被用于特征向量F1和F2。

[0238] 在本发明的一些实施例中，计算一个或多个特征值的步骤包括：找到在邻域内像素的灰度值的分布特征。可选地，该特征值是灰度值的分布的矩，或者一个或多个矩的函数，其中，分布的第一矩是平均数，第二矩是标准背离，第三矩是偏斜度，等等。分布的第k矩，k＞1，可被定义为其中In是在该邻域内第n像素的灰度值，总和是在该邻域内N个像素的和，而M1是第一矩，也就是灰度值的平均数。另外，特征值是，或者取决于，分布的次序统计，其灰度值对应于该分布的给定百分数。例如，特征值是中间灰度值，它是在50％百分数处的灰度值。另外，采用不同百分数的灰度值，例如25％、37.5％、
62.5％或75％。可选地，采用中间百分数，例如在25％至75％中间，它具有潜在优势：特征值将是作为一个整体的邻域的特征，而不仅是在该邻域的几个轮廓像素。可选地，如果从字典中选择检索像素，该字典包括其他图像的检索像素，带有不同的标准化的灰度值，则这两个图像的灰度值是标准化的，因此它们可做有意义的比较，例如，在基于次序统计的特征的比较。

[0239] 仅取决于在邻域内像素的灰度值的分布特征的一个特征，尤其是如果该邻域是正方形或者是相当各向同性的形状，具有潜在的优势：该特征值对于在图像中的结构的方向是相对不敏感的。例如，采用在图4B中图像204这样的一个特征，很可能产生一组类似像素206的像素，这些像素具有接近于像素110的特征值，因为该特征值将主要取决于该像素与暗区104的距离，而不取决于在暗区与亮区之间的边缘的局部方向。在另一方面，如果已知特定的一部分图像具有面向某一特定方向边缘或纹理，例如来自身体组织的分割图，则采用对结构方向敏感的特征是有优势的。

[0240] 可选地，从在邻域内像素的原始灰度值的分布中未找到该特征值，但从该图像已被平滑化或其他方式处理之后的灰度值分布中可找到该特征值。在评估该特征值之前平滑处理该图像，具有潜在的优势：该特征值可更多地取决于在邻域的图像的结构特征，并对在邻域的噪声更低敏感。可选地，对于这里所描述的任意类型的特征，所述平滑或其他图像处理时在评估该特征值之前完成的，而不仅用于取决于灰度值分布的那些特征。例如，可以通过高斯滤波器、二进制滤波器或者全变差滤波器(如前面引用的Rudin等人的文献)来完成平滑处理。可选地，该平滑以某种方式完成，在最大尺寸规模的用于该特征的邻域内不会平滑掉大多数结构，或者甚至用在最小尺寸规模的邻域内。例如，如果以宽度参数σ使用高斯滤波器，则σ可以是比邻域的最大尺寸或者邻域的最小尺寸更小，或者至少不太大。另外，以某种方式完成平滑处理，该方式有效地平滑去除邻域的所有空间结构，而特征值是不在该邻域内的结构的测量，但特征值是围绕该邻域的更大尺度的结构的测量，或者是围绕该邻域的平均梯度的测量。

[0241] 可选地，在找到灰度值的分布之前，该图像是以不同的方式来处理的。例如，应用导数算子到该图像，代替每个像素的灰度值，通过在特定方向与该图像的导数成正例的值，或者通过与该图像的梯度量值成比例的值。如果完成，则例如，在邻域内像素的平均分布值将是在该邻域内平均梯度的测量。可选地，该图像是在找到该梯度之前被平滑的，足够平滑以致在该邻域的大多数像素具有几乎相同的梯度，使该特征值对噪声低敏感。

[0242] 在本发明的一些实施例中，计算特征值的步骤包括：将变换或过滤应用到该图像，至少在一个邻域内，优先选择在该邻域的最大尺寸与几个像素之间的中间尺度范围内的结构。另外，该变换或过滤优先选择在对于其他方向的一些方向上的结构。以这种方式定义的特征可以是在该图像中有利于挑选期望具有在特定范围(例如，血管)内的尺寸和/或方向的结构，而忽视由于噪声导致的精细的密度变化。

[0243] 本发明的这些实施例可采用任意大变化范围的滤波器或变换器(线性或非线性)所应用的特征，这些已经被应用于诸如计算机手写识别或图像的自动分类对象，因此它们能不依赖于文字描述而被检索到，但这些技术尚未用于降低图像噪声。

[0244] 这些特征会依赖于在邻域内图像对于小波滤波器的响应，例如Meyer滤波器或Gabor滤波器、拉普拉斯金字塔与高斯金字塔，或者现有技术中的任意其他线性滤波器。这些滤波器可以对在邻域内的具有特定方向和/或特定尺度的结构非常敏感。可选地，该滤波器仅应用到该邻域。另外，滤波器可应用于比该邻域更大的区域，例如，应用在该邻域内一个或多个像素的灰度值上，在该图像已被过滤后。这些选项和另外的方式也可应用到这里所描述的任意其他类型的参与对图像像素进行过滤或变换的特征。

[0245] 附加地或可选地，该特征值取决于图像对高斯滤波器或其他平滑滤波器在不同尺寸参数σ1与σ2之间的响应的差异。在这样的两个滤波器之间的差异倾向于选择在σ1与σ2之间的中间尺度内结构，但不取决于这些结构的方向，如果该滤波器是各向同性的。以此方式定义的特征是特别有用的，如果该图像具有在许多不同方向上类似结构的话。对于其他图像，这些图像是已知的具有倾向于导向特定方向或者窄范围的方向的结构，采用其他特征测量值可以是有利的，这些特征测量值取决于这些结构的导向。

[0246] 在本发明的一些实施例中，特征可取决于在邻域内图像对非线性变换(例如形态多尺度变换或形态算子)的响应。例如，该特征值取决于正被检查的像素的灰度值，或者在邻域的特定像素，在采用特定尺度参数将非线性多尺度变换应用到图像之后。可选地，该特征值取决于像素的灰度值，采用两个或更多不同尺度参数，例如，对于两个不同尺度参数的像素的灰度值的差异。形态多尺度变换的例子包括形态小波和形态金字塔，例如描述在以下文献：E.H.Adelson，C.H.Anderson，J.R.Bergen，P.J.Burt，and J.M.Ogden，″Pyramid Methods in Image Processing，″RCA Engineer29，no.6，Nov.-Dec.1984，pp.33-41，或者 ″ Nonlinear Multiresolution Signal Decomposition Schemes-Part I：Morphological Pyramids， ″ John Goutsias，and Henk J.A.M.Heijmans.IEEE Transactions On Image Processing，vol.9，No.11，November 2000。

[0247] 附加地或可选地，该特征可取决于在应用形态算子后的像素的灰度值。将形态算子应用到图像以增强或抽取特定结构。形态算子的一个例子是顶帽变换，在输入图像与它的由结构元素打开的形态之间的差。这样一个算子将揭示在暗背景上的光亮细节，带有控制所检测特征的尺寸的结构原件的尺寸。可定义一个类似的算子，它从白色背景中抽取暗结构。

[0248] 关于形状匹配与图像变形的文献包括宽范围的技术，可被用于使图像的形状特征化，以及任意这些方法可被用于定义邻域的特征，在应用如前所述的形态变换或形态算子之前或之后。例子包括：Earth Mover’s距离，介绍于Rubner等人的论文；用于图像变形的Kantorovich-Wasserstein度量，例如Haker等人的论文的描述；由Osada等人定义的形状签名；以及由Belongie等人定义的形状匹配的度量；所有参考文件都在上面引用过。

[0249] 在本发明的一些实施例中，对于正被检查的像素i与检索像素j的相应特征值是以由几何变换所改变的邻域来计算的，从一个邻域到另一个邻域。例如，两个邻域是处于不同的相对方向、尺度或两者。另外，其中一个邻域可以使相对于另一个邻域的镜像。例如，如果用于找到像素i的特征值的算法使用了在该邻域的像素的灰度值，该像素与像素i在+x方向有一特定距离，则像素j的特征值是采用替代的像素来计算的，该像素与像素j在+y方向(90度旋转)有相同距离，或者在-x方向(反射)有相同距离，或者在+x方向(尺度改变)有两倍距离，或者在+y方向(旋转加尺度改变)有两倍距离，等等。可选地，旋转的和/或缩放的邻域的灰度值是在计算该特征值之前插入的，尤其是如果旋转角度不是90度的整数倍(在像素的笛卡尔网格的情形下)或者缩放因子不是整数。可选地，这些像素是安排在一个三角形或者六角形网格内，或者更复杂的模格内。

[0250] 采用以这种方式定义的特征将是尤为有用的：如果无需旋转和/或缩放和/或反射而定义相同的特征，以及用于各种不同的旋转角度和/或缩放因子，相同的权重给出作为结果的特征。这可导致一个距离测度，它取决于在图像中的结构的方向和/或尺度，至少对于一些方向和/或尺度的范围。这将是有优势的：如果该图像包括带有不同方向或尺度的类似结构，或者这些图像是互相的镜像图像。

[0251] 这里所采用的术语“噪声降低”和“降低噪声”是与“去噪”同义的。这些术语不是指噪声必然完全消失，仅是指噪声在量值上的降低。

[0252] 上面所述的任意数量可选地是大于或小于10％、20％、50％，或者是2、3、5或10的因数，或者更大、更小或者中间数量。以豪森菲尔德单位表示的任意密度可以是大于或小于10、20、30、50、70、100、150或200HU，或者更大、更小或者中间数量。

[0253] 这里所采用的术语“平均”可以是指：平均值、中位数、代表值或者加权平均。

[0254] 这里所采用的术语“约”是指±10％。

[0255] 术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们的连接词是指“包括但不限于”。这个词组包含术语“包括有”和“主要含有”。

[0256] 词组“主要含有”意指其成分或方法可包括附加成分和/或步骤，但这些附加成分和/或步骤不会从本质上改变所要求的成分或方法的基础特征和创新特征。

[0257] 这里所用的“一个”和“所述的”包括复数，除非另有明确说明。例如“一个化合物”或“至少一个化合物”可包括复数个化合物，包括它们的混合物。

[0258] 这里所用的词“示例的”是指“用作一个例子或例证”。任何描述为“示范的”实施例并不是必须作为比其它实施例更好或更有优势的例子，和/或排除从其它实施例中引入的特征。

[0259] 这里所用的词“可选地”是指“以一些实施例来提供，不以其它实施例来提供”。本发明的任何特定实施例可包括多个“可选的”特征，除非这些特征发生冲突。

[0260] 通过本申请，本发明的不同实施例可在一个范围内展示。需要明确的是，在该范围内的描述仅是为了方便和简短，而不应视为对本发明的范围固定的限制。相应地，描述的范围应当被视为具有特别揭示了所有可能的子范围以及在该范围内的个别数值。例如，例如从1至6的范围的描述应当被视为也揭示了例如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等子范围，以及在该范围内的单个数字，例如，1、2、3、4、5和6。不论范围有多宽，都可这样来应用。

[0261] 无论一个数字范围在这里如何指示，它是指包括在该指定范围内任意引用的数字(部分或整体)。这里所用的词组“归类”或在第一指示数字与第二指示数值“之间归类”以及将第一指示数字“归类”到，或从第一指示数字“归类”到第二指示数字是可交换使用的，它们的意思是指包括第一和第二指示数字以及在两个数字之间的部分或全部数字。

[0262] 需要明确的是，为表述清晰，本发明的特定特征是描述在分开的实施例中的，但也可在单个实施例中结合提供。相反，为表述清晰，本发明的不同特征是描述在单个实施例中的，但也可分开提供或者在任意合适的子组合中提供，或者在本发明的任意其它描述的实施例中以合适的方式提供。描述在不同实施例中的特定特征不应视为那些实施例的必要特征，除非该实施例缺乏那些特征元素就无法操作。

[0263] 虽然本发明已经结合特定实施例进行了描述，对于本领域技术人员显然还有许多变动、修饰和改变。相应地，所有这些变动、修饰和改变都将落入本发明的精神与所附的权利要求的范围之内。

[0264] 在本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请都在这里整体引入作为参考，即使每个个别的出版物、专利或专利申请时特殊的和单独指示为引入作为参考。另外，在本申请中的任意参考文献的引用或鉴定都不应认为该参考文献是本发明的现有技术。以至于所用的章节标题，它们也不应视为必要的限制。

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