基于Corvis_ST医学影像的角膜轮廓提取算法_李康生.pdf

D O I:1 0.1 6 1 3 6/j.j o e l.2 0 2 3.0 2.0 2 3 7基于C o r v i s S T医学影像的角膜轮廓提取算法李康生1,刘凤连1,吴剑武2,刘 艳1,汪日伟3*(1.天津理工大学 计算机视觉与系统教育部重点实验室和天津市智能计算及软件新技术重点实验室,天津3 0 0 3 8 4;2.温州市工业科学研究院,浙江 温州3 2 5 0 2 8;3.温州理工学院,浙江 温州3 2 5 0 8 8)摘要:目前已有的轮廓提取算法 在 提 取 可 视 化 角 膜 生 物 力 学 分 析 仪(c o r n e a lv i s u a l i z a t i o ns c h e i m p-f l u gt e c h n o l o g y,C o r v i sS T)影像的角膜轮廓中,由于角膜边缘的局部图像灰度分 布 相 近 这 一 特 点,提取出的角膜轮廓普遍不完整或者提取的角膜 轮 廓 边 缘 出 现 细 小 突 出。这 会 使 得 角 膜 轮 廓 的 完整性遭到破坏,提取到的角膜轮廓与实际的角 膜 原 始 图 像 严 重 不 符。本 文 针 对C o r v i sS T采 集 的角膜图像的轮廓提取问题,基于最大类间方差法(OT S U)算法设计一种高效 的 图 像 处 理 方 法。首先,将角膜图像进行除杂、灰度化以 及 图 像 降 噪 等 处 理,达 到 减 少 图 像 计 算 量 和 降 低 数 字 图 像 噪声干扰的目的;其次,基于OT S U算法对图像进行分割,并在此基础上加入数 学 形 态 学 运 算,达 到平滑图像边界和填充 细 小“孔 洞”的 目 的;最 后,采 用C a n n y边 缘 检 测 算 法 提 取 图 像 中 的 角 膜 轮廓,达成提取出高完整性角膜轮廓的目的。在相同 的 图 像 数 据 集 上,与 最 新 的 纽 扣 轮 廓 瑕 疵 检 测系统中设计的轮廓提取算法(B-OT S Ua l g o r i t h m)进行了对比实验。实验结果表 明,从 轮 廓 完 整 性以及准确性的角度,应用本文方法 提 取 的 角 膜 轮 廓 明 显 优 于 最 新 的 纽 扣 轮 廓 瑕 疵 检 测 系 统 中 的B-OT S U算法提取的角膜轮廓。关键词:图像算法;轮廓提取;C o r v i sS T影像;角膜轮廓中图分类号:T P 3 9 1.4 1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5-0 0 8 6(2 0 2 3)0 2-0 2 0 8-0 6C o r n e a l c o n t o u re x t r a c t i o na l g o r i t h mb a s e do nC o r v i sS Tm e d i c a li m a g eL IK a n g s h e n g1,L I UF e n g l i a n1,WUJ i a n w u2,L I UY a n1,W A N G R i w e i3*(1.K e yL a b o r a t o r yo nC o m p u t e rV i s i o n a n dS y s t e m s,M i n i s t r yo fE d u c a t i o no fC h i n a,t h eK e yL a b o r a t o r y o n I n-t e l l i g e n c eC o m p u t i n ga n dN o v e lS o f t w a r eT e c h n o l o g yo f t h eC i t yo fT i a n j i n,T i a n j i nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,T i a n j i n 3 0 0 3 8 4,C h i n a;2.W e n z h o u I n d u s t r i a l S c i e n c eR e s e a r c h I n s t i t u t e,W e n z h o u,Z h e j i a n g 3 2 5 0 2 8,C h i n a;3.W e n z h o uU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,W e n z h o u,Z h e j i a n g3 2 5 0 8 8,C h i n a)A b s t r a c t:T h e c u r r e n t l y e x i s t i n g c o n t o u r e x t r a c t i o n a l g o r i t h me x t r a c t i n g t h e c o r n e a l c o n t o u r o f c o r n e a l v i-s u a l i z a t i o ns c h e i m p f l u g t e c h n o l o g y(C o r v i sS T)i m a g e,d u e t ot h ec l o s eg r a yd i s t r i b u t i o no f t h ec o r n e ae d g e l o c a l i m a g e,t h e c o r n e a l c o n t o u r e x t r a c t e d g e n e r a l l y i s i n c o m p l e t e o r c o r n e a l c o n t o u r e d g e s e x t r a c t e da p p e a rs m a l l e x t e n u a t i o n.T h i sw i l l d e s t r o y t h e i n t e g r i t y o f t h e c o r n e a l c o n t o u r,a n d t h e e x t r a c t e d c o r n e-a l c o n t o u r i s s e r i o u s l y i n c o n s i s t e n tw i t h t h e a c t u a l o r i g i n a l c o r n e a l i m a g e.I n t h i sp a p e r,ah i g h-e f f i c i e n ti m a g ep r o c e s s i n gm e t h o db a s e do nO T S Ua l g o r i t h mi s d e s i g n e d f o r c o n t o u r e x t r a c t i o no f c o r n e a l i m a g e sc o l l e c t e db y t h eC o r v i sS T.F i r s t l y,t h ec o r n e a l i m a g e i sp r o c e s s e db y i m p u r i t yr e m o v a l,g r a ys c a l ea n di m a g ed e n o i s i n g t o r e d u c e t h e a m o u n t o f i m a g e c o m p u t a t i o n a n dd i g i t a l i m a g e n o i s e i n t e r f e r e n c e.S e c o n d-l y,t h e i m a g e i s s e g m e n t e db a s e do nO T S Ua l g o r i t h m,a n dm a t h e m a t i c a lm o r p h o l o g yo p e r a t i o n i sa d d e do n t h e b a s i s t o s m o o t h t h e i m a g e b o u n d a r y a n d f i l l s m a l l h o l e s .F i n a l l y,C a n n y e d g e d e t e c t i o n a l g o r i t h mi su s e d t o e x t r a c t c o r n e a l c o n t o u r i n t h e i m a g e,a c h i e v i n g t h e p u r p o s e o f e x t r a c t i n gh i g h i n t e g r i t y c o r n e a lc o n t o u r.O n t h e s a m e i m a g e d a t a s e t,t h e c o n t o u r e x t r a c t i o n a l g o r i t h m(B-O T S Ua l g o r i t h m)d e s i g n e d i n光 电 子 激 光第3 4卷 第2期 2 0 2 3年2月 J o u r n a l o fO p t o e l e c t r o n i c sL a s e r V o l.3 4N o.2 F e b r u a r y2 0 2 3*E-m a i l:w a n g r ww z u.e d u.c n收稿日期:2 0 2 2-0 4-0 6 修订日期:2 0 2 2-0 6-0 3基金项目:国家自然科学基金(6 2 0 2 0 1 0 6 0 0 4)和温州市重大科技攻关项目(Z G 2 0 2 1 0 3 0)资助项目t h e l a t e s t b u t t o n c o n t o u r d e f e c t d e t e c t i o n s y s t e mi s c o m p a r e dw i t h t h i s a l g o r i t h mi n t h e e x p e r i m e n t.T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t f r o mt h ep e r s p e c t i v eo f c o n t o u r i n t e g r i t ya n da c c u r a c y,t h ec o r n e a l c o n-t o u r s e x t r a c t e db y t h ep r o p o s e dm e t h o da r eo b v i o u s l ys u p e r i o r t o t h ec o r n e a l c o n t o u r se x t r a c t e db y t h eB-O T S Ua l g o r i t h mi n t h eb u t t o nc o n t o u rd e f e c t d e t e c t i o ns y s t e m.K e yw o r d s:i m a g e a l g o r i t h m;c o n t o u r e x t r a c t i o n;C o r v i sS Ti m a g e;c o r n e a l c o n t o u r0 引 言 角膜由透明无血管的组织构成,弯曲如球面,有保护眼睛的内容物,保持眼睛形态和屈 光的作用。大量研究发现,通过判断 人眼的角膜 健康状况