[doc] 视神经乳头杯盘化的自动检测

[doc] 视神经乳头杯盘化的自动检测 视神经乳头杯盘化的自动检测 9日0年上海科技大学.2 靛期 JOURNALOFSHANGHAIUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOL OGY1990 视神经乳头杯盘比的自动检测 肖定如莫玉龙王宗海 (无线电电子学系) 【提妻】本文提出了一种自动测量视神经乳头杯盘比的新方法,即先Jfl高斯模 糊一最小值形态学边缘检测和推广的Hough变换作皿拟合以求取祝盘,继而在确定 的视盘小范围内用松弛标记法提取视杯.由于算法的并行性,故可望在专用硬件上 实时地实现.本文对青光眼和正常眼的眼底照片进行7分析.安验征明,分析结果 与先验诊断是吻合的. 关键词:视神经乳袅}杯盘比}Hough变鞋,形态学运算,松弛标记 0引言 眼压增加所引起的视神经萎缩戒者说灰白(Pallor)增大是鉴别青光眼的一个简单 f靠的依据.这种变化在医学上可以用”杯盘比”,即视神经乳头视杯和视盘的最大直径比[13 (Cup/DiskRatio简称CDR)来描述.临床的大量实例明,一般情况下正常眼底的CDR <0.3当C工)R0.6时,姗视为青光跟. P.A.Nagin和工;.Schwartzt曾提出在整体直方图基础上对整个眼底图象进行松弛 标记的方法来分析视神经乳头.但每种聚类,即相同属性的点的集合在分布上的重选会引起 不可避免的标记错误,且聚类越多,错误越多.同时,观察数据范围越大,该方法对相容系 数就越不敏感.为了避免上述缺点及提高算法速度,在研究视盘特征对,我们采用形态学 边缘裣测方法.由于视杯直径小,可以减少标记有关韵运算,故采用松弛标记法比较合适. 1视盘的提取 对于正常人艰底的彩色照片,其视神经乳头具有以下特点: (1)视乳头区域较亮, (2)颜色呈灰色,近似白色J (3)形状为圆形或近似圆形} (4)实际直径约为1.5mm,对不同的人,其变化不大. 本文收到日期l1989年9月21日 ?49? 由于本研究所用的VAX一?机目前尚未配有彩色输入设备,故彩色照片输入后毋只能作 黑自处理.但不妨碍杯盘比的求取. 对于青光眼患者,视盘的形状要发生变化,但变化并不显着. 考虑到以上特点,作者先利用边缘检测这种较为简单的技巧提取图象的边缘,然后利用 Hough变换拟合以获得视盘的中心点和最大直径. 形态学边缘检测只是数学形态学在图象处理中的一个应用.数学形态学中最基本的形态 运算包括膨胀和腐蚀.本文用到这些概念,今简述如下: 设和B为?维向量空间中的集合,.和6分别为和B的元素,其中:={.,d, … ,a?};b={6l,b2,…,6?}. 定义1二值图象的膨胀(Dilatioa)和腐蚀(Erosion) 设A,B为的子集,则被B膨胀用0B表示,被B腐蚀用eB表示. 0B={cEE/c=口+6,对某个aEA,bEB} @B={xEE/x+bEA,对所有bEBI- 定义2灰度图象的膨胀与腐蚀 设为灰度图象,B为灰度结构元,aEA,bEB,则A被B膨胀,被B腐蚀分别表示如 下t (0B)(c)mlix{)一B(b)},c=d+6 ? :E (0B)()=mia{A(a)一B(6)},=a—b ? 由上的定义可知,灰度图象t(x,)被结构元b(i,)膨胀和腐蚀可分别写为 d(x,)=maxE[(x—i,y—)+6(i,)] IJ, e(x,)=ra. ax[f(x+i,+)一b(以)] -J, 这里(,)属于结构元区域D,若选四邻域,则 D={(O,?1),(O,1),(一1,O),(1,0)} 简单韵形态学边缘捡澳I可以从一幅圈象及其被结构元膨胀或腐蚀以后的结果图形中取得差 值,并令结构元b(i,)全为零而获得.然而,这种方法对噪声较敏感.为了弥补形态学本身 在抗干涉能力方面的不足,引入了模糊一最小值形态学边缘检测算子. fg—mg:min{l】一erosioa(1I),dilation(/1)一I.} 这里I,=blur{/…},即J是输入图象J…t经过摸糊运算以后的结果. 设模糊核邻域大小为K×K(亦为结构元的大小),不失其一般性,可设为奇数, L:兰,令 g’.=blur(f..) h’i,=gl『一erosiOil(g”)max{gl_一g.+L….+【一s} l1E{0’I??一1} ?1? ?diIi.”(gcj)一gh=m , a . x ?t..1.,一l} {gi*L-,,i+L-S--g,r} 根据D,Marr的人眼视觉特性理论,我们选取以下的高斯型模糊模板 fi211 了形态学超缘检测的结果(见图2)和松弛标记的结果(见图3),并对 魂神经乳头的杯和盘作’f标语(觅图4.).实验.申测得正常情l}兑下 CDR=025,异常情况 下CDR=0.’,7407,这与我们的先验知识正好吻合. (a)正常眼眼底图 图1琢始照片 (b)青光眼视乳头 (a)正常情况 图2开j态学边缘检测结果 (b)青光眼情况 [1 v2 73] [4] v5] 一.?(a)正常情况 图3松弛标记的视杯 (b)青光眼情况 ??(a)正常情况 图4视杯,视盘殪杯盘比标记 参考文j靖 (b)青光眼情况 赫斯勒,眼科诊断学,施殿雄,林利人译,上海科技出版杜,1959 N&inP.A.,SchwartzB,,Appro~ches【o】IIla~eAna!ysisoftheOptic Disc.Proceedingsofthe5LhInternationalJoin(C.?fetenccollpattern Recognition,]980.948—956 NaginP.A.eta1..Rcgi.nRelaxationinaparallelttirarchiealArehitec- ture.Para!lelComputing,1980,37—5g [美]D.Mart着,姚国正等译,视觉计算理论,科学出版社,1988 肖定如,视神经乳头杯盘比的自动提取技术,上海科技大学硕士论 文,1989 ? 53, AutomaticMeasurementofCup/DiskRatioof VisuaiNervePapilla XiaoDingruMoYulongWangZonghai ‘De~artmemofRadioEl~:tronics) Abstract Cup/DiskRatio(CDR)isanimportantindicationforthediagnosis0f glaucoma.Thepresentpaperproposedanautomaticpro~edareformeasuring CDR.Bythisprocedurathediskandcupwereextractedseparately.Theextrala— tiohofdiskwasbasedonGaussianblurminimummorphological’as趣 edetectlon alongwithageneralizedHoughtransformationfltti吣.FodetectionofCUP, relaxationlabellingmeoawasappliedinregionDdisksoastore~cecompu— rationalburdenandmistakesoflabelling. ? Someexp. erLm~ntairesultswereobtainedrthenormalandglaucomatous cas~swhichshowfairconsistentwithclinice.1diagnosis. Keywords}opticpapilla}cupdiskratio;Houghtransform;morphological operation;relaxationlabelling ?5』?