Một giải pháp lọc nhiễu đốm trong ảnh siêu âm dùng bộ lọc trung vị thích nghi kết hợp với bộ lọc FIR 2 chiều

Bài viết này đề xuất một giải pháp lọc nhiễu đốm dùng bộ lọc trung vị thích nghi kết hợp với bộ lọc FIR 2 chiều và thuật toán dơi (Bat Algorithm-BA). Các kết quả đánh giá hiệu quả của bộ lọc cho thấy giải pháp đề xuất tốt hơn các phương pháp lọc nhiễu hiện hành về mặt khử nhiễu đốm và bảo toàn đường biên ảnh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một giải pháp lọc nhiễu đốm trong ảnh siêu âm dùng bộ lọc trung vị thích nghi kết hợp với bộ lọc FIR 2 chiềuNghiên cứu khoa học công nghệ MỘT GIẢI PHÁP LỌC NHIỄU ĐỐM TRONG ẢNH SIÊU ÂM DÙNG BỘ LỌC TRUNG VỊ THÍCH NGHI KẾT HỢP VỚI BỘ LỌC FIR 2 CHIỀU Bồ Quốc Bảo1*, Hoàng Mạnh Kha1, Tạ Chí Hiếu2, Nguyễn Hải Dương2 Tóm tắt: Nhiễu đốm là loại nhiễu chính quyết định đến chất lượng của ảnh siêu âm. Vì vậy, các kỹ thuật xử lý nhiễu đốm đã trở thành một lĩnh vực được nhiều chuyên gia nghiên cứu trong những năm gần đây. Các kỹ thuật lọc để giảm nhiễu đốm bao gồm: lọc tuyến tính, lọc phi tuyến, lọc khuếch tán và lọc wavelet. Ngoài ra, một số mô hình lọc nhiễu đốm bằng cách kết hợp nhiều kỹ thuật khác nhau cũng đã được công bố. Bài báo này đề xuất một giải pháp lọc nhiễu đốm dùng bộ lọc trung vị thích nghi kết hợp với bộ lọc FIR 2 chiều và thuật toán dơi (Bat Algorithm-BA). Các kết quả đánh giá hiệu quả của bộ lọc cho thấy giải pháp đề xuất tốt hơn các phương pháp lọc nhiễu hiện hành về mặt khử nhiễu đốm và bảo toàn đường biên ảnh.Từ khóa: Ảnh siêu âm, Nhiễu đốm, Lọc trung vị thích nghi. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Siêu âm là một kỹ thuật tạo ảnh y học sử dụng sóng âm thanh tần số cao và sóng phản xạ.Đây là kỹ thuật chẩn đoán lâm sàng được sử dụng rộng rãi bởi tính cơ động, chi phí thấp vàan toàn do không đòi hỏi bức xạ ion hóa [1]. Nhược điểm lớn nhất của y tế siêu âm là chấtlượng ảnh kém, chủ yếu do các loại nhiễu trong quá trình xử lý và khôi phục ảnh. Nhiễutrong ảnh siêu âm gồm: (i) Nhiễu xung: nhiễu muối tiêu (salt and pepper); (ii) Nhiễu cộng:nhiễu Gauss trắng (AWGN) và (iii) Nhiễu nhân: nhiễu đốm (Speckle Noise) [2]. Việc loại bỏ nhiễu vẫn là một thách thức trong nghiên cứu về ảnh y tế bởi vì chúng cóthể làm giảm các thuộc tính quan trọng của ảnh [3]. Một mô hình khử nhiễu ảnh được coilà tốt khi nó loại bỏ nhiễu mà vẫn bảo toàn được đường biên (cạnh). Thông thường, cácmô hình khử nhiễu được xây dựng bằng các bộ lọc. Các mô hình tuyến tính được sử dụngbởi nó đáp ứng được một số tiêu chí cơ bản đối với chất lượng ảnh đầu ra. Lợi thế lớn củacác mô hình loại bỏ nhiễu tuyến tính là tốc độ, nhưng chúng không thể bảo toàn các cạnhmột cách tốt nhất. Hạn chế này được cải thiện khi sử dụng các mô hình phi tuyến [4]. Trong số các loại nhiễu kể trên, nhiễu đốm là thành phần chính ảnh hưởng đến chấtlượng ảnh siêu âm [5]. Nó được tạo ra do sự giao thoa của các thành phần tín hiệu phản xạkhi đi qua các bộ phận trong cơ thể và có thể quan sát dưới hình dạng hạt trên ảnh siêu âm[6]. Nhiễu đốm là loại nhiễu nhân, việc xử lý nhiễu đốm phức tạp hơn so với nhiễu cộng.Các bộ lọc thích nghi và phương pháp giảm nhiễu đốm được đề xuất lần đầu tiên bởi Lee(1980) [11] và Kuan (1985) [12]. Các bộ lọc này đạt được khả năng khử nhiễu tốt trongcác vùng đồng nhất của hình ảnh nhưng hiệu suất phụ thuộc nhiều vào kích thước và hìnhdạng của mặt nạ bộ lọc được chọn. Gần đây, các bộ lọc 2 chiều đã được thiết kế dùng kỹthuật tối ưu bằng các thuật toán tối ưu có nguồn gốc từ thiên nhiên như giải thuật di truyền(Genetic Algorithm-GA) [8], kỹ thuật tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization-PSO)[9], hay đề xuất loại bỏ nhiễu bằng cách sử dụng bộ lọc FIR 2 chiều kết hợp thuật toán bầyong (Artificial Bee Colony-ABC) [10]. Các thuật toán này đều được chứng minh là cácgiải pháp linh hoạt và tốt hơn so với các kỹ thuật tối ưu truyền thống. Bài báo [7] đã đềxuất một phương pháp khử nhiễu đốm sử dụng hệ thống gồm 2 tầng lọc. Tầng thứ nhất làbộ lọc FIR 2 chiều có hệ số bộ lọc được tối ưu dựa trên thuật toán ABC. Tầng thứ 2 là mộtbộ lọc trung vị (còn gọi là bộ lọc trung vị truyền thống hoặc trung vị tiêu chuẩn). Giảipháp này có hiệu quả rõ rệt so với các bộ lọc thông thường. Tuy nhiên, bộ lọc trung vịtruyền thống chỉ hoạt động tốt nếu mật độ không gian của nhiễu xung không lớn, hạn chếnày sẽ được khắc phục nhờ bộ lọc trung vị thích nghi (Adaptive Median Filter) [13]. MộtTạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 71 Kỹ thuật điều khiển & Điện tửlợi ích bổ sung của bộ lọc trung vị thích nghi là nó bảo vệ chi tiết ảnh trong khi làm trơncác nhiễu không ở dạng xung. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một giải pháp khử nhiễu đốm sử dụng bộ lọctrung vị thích nghi kết hợp với bộ lọc FIR 2 chiều được tối ưu nhờ thuật toán BA. Thuậttoán BA thực hiện tối ưu sử dụng trí tuệ bầy đàn được đề xuất bởi Xin-She Yang năm2010 [14]. Kết quả thực nghiệm cho thấy giải pháp đề xuất có hiệu quả tốt hơn so với cácbộ lọc thông thường, kể cả mô hình [7] đối với cả hai quá trình: quá trình huấn luyện tìmbộ trọng số tối ưu cho bộ lọc FIR và quá trình xử lý online cho ảnh lâm sàng. Phần còn lại của bài báo được trình bày như sau. Giải pháp lọc nhiễu đốm sử dụng bộlọc trung vị thích nghi kết hợp được trì ...