角膜神经显微图像的自适应渐晕校正

李天宇; 李光旭; 张琛; 李方烃; 李德衡

doi:10.37188/OPE.20223020.2479

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角膜神经显微图像的自适应渐晕校正

信息科学 | 更新时间：2022-10-27

- 角膜神经显微图像的自适应渐晕校正
- Adaptive vignetting correction of corneal nerve microscopy images
- 光学精密工程 2022年30卷第20期页码：2479-2488
- 作者机构：
  
  1.天津工业大学电子与信息工程学院，天津 300387
  2.天津市光电检测技术与系统重点实验室，天津 300387
  3.天津医科大学眼科医院眼视光学院，天津 300384
  4.国家眼耳鼻喉疾病临床医学研究中心天津市分中心，天津 300384
  5.天津市视网膜功能与疾病重点实验室，天津 300384
  6.北京大学人民医院眼科，北京 100044
  7.瑞达昇医疗科技有限公司，北京 101100
- 作者简介：
  
  [ "李天宇（1997-），男，山东德州人，硕士研究生，主要从事医学图像处理方面的研究。E-mail： litianyu@tiangong.edu.cn" ]
  [ "李光旭（1983-），男，天津人，博士，硕士生导师，主要从事医学图像处理、计算机辅助诊断的算法研究。E-mail： liguangxu@tiangong.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  天津市科技计划项目(20YDTPJC01530);天津市自然科学基金面上项目(19JCYBJC16200);北京大学人民医院研究与发展基金资助项目(RDY2020-03)
- DOI：10.37188/OPE.20223020.2479
  中图分类号： TP391.4;TP317.4
- 收稿日期：2022-05-07，
  
  修回日期：2022-06-02，
  
  纸质出版日期：2022-10-25
- 稿件说明：
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李天宇,李光旭,张琛等.角膜神经显微图像的自适应渐晕校正[J].光学精密工程,2022,30(20):2479-2488.

LI Tianyu,LI Guangxu,ZHANG Chen,et al.Adaptive vignetting correction of corneal nerve microscopy images[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(20):2479-2488.
李天宇,李光旭,张琛等.角膜神经显微图像的自适应渐晕校正[J].光学精密工程,2022,30(20):2479-2488. DOI： 10.37188/OPE.20223020.2479.

LI Tianyu,LI Guangxu,ZHANG Chen,et al.Adaptive vignetting correction of corneal nerve microscopy images[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(20):2479-2488. DOI： 10.37188/OPE.20223020.2479.

摘要

通过拼接角膜神经图像可以减小显微图像视场小的影响。由于显微图像存在渐晕效果，拼接图像会在拼接处产生伪影，影响医生诊断。为解决拼接图像的渐晕伪影问题，提出了一种通过非线性多项式函数建模进行图像渐晕校正的方法。首先，对单张角膜神经图像建立渐晕模型，设置符合渐晕物理性质的约束条件，利用L-M优化算法对渐晕模型参数进行迭代优化。在每次迭代优化过程中，计算对数信息熵，对当前渐晕模型的校正效果进行判断，防止图像过度校正。迭代优化结束后，将渐晕模型反向补偿原图像，完成渐晕校正处理。通过对比校正前后的拼接图像，校正后图像在拼接处无明显的渐晕伪影。实验测试5组不同患者的图像，校正后图像MSE、PSNR、SSIM评估指标平均值分别达到0.004 2、72.225 1 dB、0.960 0，具有最佳的校正效果。本文算法的校正效果明显优于其他同类算法的校正效果。该方法能够有效地对角膜图像渐晕效果进行校正，无须提前设置固定的相机和环境亮度参数。校正后图像拼接效果良好，可获得更加准确、清晰、视野范围大的角膜神经拼接图像。

Abstract

The effect of a small field of view of microscopic images can be improved by stitching corneal nerve images. Owing to the vignetting effect of microscopic images， the stitched images can produce artifacts at the stitch site， affecting the diagnosis. To solve the problem of vignetting artifacts in stitched images， this study presents a method for correcting image vignetting by using nonlinear polynomial function modeling. First， a vignetting model is established for a single corneal neural image， constraints consistent with the physical properties of the vignetting are set， and the parameters of the vignetting model are iteratively optimized using the Levenberg–Marquardt optimization algorithm. During each optimization iteration， the logarithmic information entropy is calculated to determine the correction effect of the current vignetting model and prevent overcorrection of the image. At the end of the iterative optimization， the vignetting model is reversed to compensate for the original image and complete the vignetting correction process. A comparison of the stitched images before and after correction reveals that the corrected images have no obvious vignetting artifacts at the stitch site. Experiments on the images of five patient groups show that the mean values of the mean squared error， peak signal-to-noise ratio， and structural similarity evaluation indices of the corrected images reach 0.004 2， 72.225 1， and 0.960 0， respectively， with the best correction effect. The correction effect of the proposed algorithm is significantly better than that of other similar algorithms. The proposed method can effectively correct corneal image vignetting effects without cameras or environmental brightness parameters being fixed in advance. The corrected-image stitching effect is good； corneal-nerve stitching images that are more accurate and clearer with a larger field of view can be obtained.

关键词

Keywords

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