毕业设计论文基于MATLAB的医学图像处理.docx

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毕业设计论文基于MATLAB的医学图像处理

届别2012

学号200814350135

毕业设计（论文）

基于MATLAB的医学图像处理

姓　　名

系别、专业计算机系通信工程专业

导师姓名、职称

完成时间2012年3月10日

基于MATLAB的医学图像处理

摘要

本文针对基于MATLAB的医学图像处理环境，对其结构、特点及应用做了介绍。

重点阐述了多种算法综合运用解决特定应用环境下的图像处理，如用直方图均衡进行图像增强，通过形态学方法进行图像特征提取与分析，利用傅里叶变换进行图像分析等。

目的：

改善医学图像质量，使低对比度的图像得到增强。

方法：

利用MATLAB工具箱函数，采用灰度直方图均衡化和灰度直方图规定化的方法对一幅X线图像进行增强处理，并比较它们的增强效果。

结果：

用直方图均衡化和规定的算法，将原始图像密集的灰度分布变得比较稀疏，处理后的图像视觉效果得以改善。

直方图均衡化对于局部细节不显著，而直方图规定化则不易观察到的细节变得清晰。

结论:

使用MATLAB工具箱大大简化了编程工作，为医学图像处理提供了一种技术平台。

直方图规定化法处理医学图像局部细节方面好于均衡化。

关键词：

MATLAB，规定化，均衡化，图像处理，图像增强

THEREALIZATIONOFIMAGEPROCESSINGBASEDONMATLAB

ABSTRACT

ThepaperpresentsadigitalimageprocessingenvironmentwhichisbasedonMATLAB,andintroduceitsstructure,characteristicsandapplication.Itfocusesonthecomprehensiveusingofavarietyofalgorithmstosolveimageprocessingproblemsinspecificapplicationenvironment,suchasusinghistogramequalizationforimageenhancement,usingthemorphologicalapproachforimagefeatureextractionandanalysis,usingfouriertransformforanalysisimageandsoon.AIM:

Toimprovethequalityofmedicalimagebyenhancingthelowcontrastdetails.METHODS:

Twoprocessingmethods,thegraylevelhistogramequalizationandthegraylevelhistogramregulation,wereappliedtoenhanceanXrayimageandtheirenhancementeffectswerecomparedbyusingMatlabtoolboxfunctions.RESULTS:

Bythetwomeansofalgorithmhistogramequalizationorregulation,thedensegrayleveldistributionoftheoriginalimagebecamesparse,andtheoutputimagewasrefined.Theregulationmethodstrengthenedthedifficultlyobserveddetails,whiletheequalizationmethodimprovedlessthelocaldetailsofimage.CONCLUSION:

Matlabtoolboxishelpfulforsimplifyingtheprogrammingandprovidesaplatformformedicalimageprocessing.Theregulationmethodisbetterthantheequalizationmethodinpresentingthelocaldetailsofmedicalimages.

KEYWORDS:

equalization，regulation，algorithms，MATLAB，imageenhancement

摘要2

第1章系统简介7

§1.1综述7

§1.2课题背景7

§1.2.1MATLAB语言背景7

§1.3本文主要研究工作9

第2章系统实现10

§2.1调用程序设计原理10

§2.1.1创建和获取ActiveX自动化对象的过程10

§2.1.2MATLAB对象的一些属性和方法[8]10

§2.2调用MATLAB程序的实现11

§2.2.1图片的缩放处理11

§2.2.2图片的旋转处理11

§2.2.3图像的负片效果11

§2.2.4图像的剪切处理11

§2.2.5图像的灰度变换12

§2.2.6图像的对比度增强12

§2.2.7图像显示直方图12

§2.2.8图像直方图均衡化13

§2.2.9图像消噪14

§2.2.10图像边缘检测15

§2.2.11图像平滑处理15

§2.2.12图像锐化处理16

第3章系统调试18

§3.1软件设计说明18

§3.2软件使用说明18

§3.3软件测试分析19

§3.3.1图像旋转测试19

§3.3.2图像剪切测试19

§3.3.3图像负片效果测试20

§3.3.4灰度变换测试20

§3.3.5直方图均衡化测试22

§3.3.6锐化效果测试23

§3.3.7边缘检测效果测试24

结论27

参考文献28

致谢29

附录30

前言

图像处理系统（ImageProcessingSystem），用计算机对图像进行分析，以达到所需效果的技术，又称影像处理。

图像处理一般指数字图像处理，数字图像是指用数字摄像机、扫描仪等设备经过采样和数字化得到的一个大的二维数组，该数组的元素称为像素，其值为一整数，称为灰度值。

早期的图像处理的目的是改善图像的质量。

它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。

图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。

首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室。

他们对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制出月球表面地图，获得了巨大的成功。

随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理，以致获得了月球的地形图、彩色图，获得了非凡的成果，为人类登月创举奠定了坚实的基础，也推动了数字图像处理这门科学的诞生。

数字图像处理技术取得的另一个巨大成就就是在医学上获得的成果。

1972年英国EMI公司工程师发明了用于头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置，也就是我们通常所说的CT（ComputerTomograph）。

CT的基本方法是根据人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，称为图像重建。

1979年，这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖，说明它对人类作出了划时代的贡献。

医学图像处理系统从根本上改变了医务人员进行诊断的传统方式。

医学上的诊断很多时候需要借助对于医疗图像的判断来作为依据，比如CT、X光、B超等医学图像，但有的拍片没有达到标准要求的清晰度，往往造成重拍或诊断结果的不准确。

实践证明，充分地利用这些技术可以提高诊断的正确性和准确性，提高诊断效率，降低医疗成本，可以更加充分地发挥各种医疗设备的功能。

而且，随着数字化、智能化进程的深入，医学图像处理技术在医疗卫生领域将会有更加广阔的应用前景。

随着计算机技术的快速发展，一些图像归档和传输系统（PACS）越来越受到医疗单位的重视。

针对研究人员在研究医学图像处理算法中队获取和操作医学图像方便性的需求，以及医疗或相关单位对实现PACS系统对医学图像处理的需求，中国科学院软件研究所的王延华、洪飞、吴恩华设计了一套基于VTK库的医学图像处理子系统，该子系统能够很好地应用于各种医学图像处理中。

在医学图像消噪和图像增强的应用方面，南京航空航天大学自动化学院的陶玲，王惠南，颜廷勇采用二维小波变换原理，在图像分解的基础上，分析了二维小波变换在医学图像消噪和图像增强中的应用，同时给出应用实例。

结果表明，应用小波分析进行医学图像处理，能够有效地改善图像质量，有利于医生对病情的诊断和治疗。

由于各地区医疗卫生发展不平衡，为缩小地区间医疗水平的差距，希腊克里特大学计算机基础研究室的MariosZIKOS、EleniKALDOUDI、SteliosC.ORPHANOU建立了一套基于医学图像处理的远程医疗卫生保健信息学网络服务平台。

它可以使不同国籍不同服务网络的多个医学专家通过这个平台实现实时交互，完成对各种疾病的初步诊断，制定治疗方案等。

医学图像处理技术发展至今，各个学科的交叉渗透已是发展的必然趋势，其中还有很多亟待解决的问题。

有效地提高医学图像处理技术的水平与多学科理论的交叉融合，医务人员和理论技术人员之间的交流就显得越来越重要。

总之，医学图像作为提升现代医疗诊断水平的有力依据，使实施风险低、创伤性小的化疗、手术方案成为可能，必将在医药信息研究领域受到更多的关注。

第1章系统简介

§1.1综述

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

自1984年由美国MathWorks公司推向市场以来，已成为国际公认的最优秀的科技应用软件。

它具有强大的数值运算能力，先进的资料视觉化功能，开放及可延伸的架构，丰富的程序工具箱，在控制系统，图像处理，信号处理，神经网络等方面都有广泛的应用。

计算结果和编程可视化、语言简单，使其成为进行复杂的科学计算的标准软件。

但MATLAB的不足之处在于可视化界面功能过于简单，本身又是一个命令行式的交互系统，功能模块分散，要求使用者有较高的计算机基础，熟悉MATLAB编程和各种不同功能的工具箱函数。

MATLAB支持ActiveX自动化技术的软件，能够被任何可作为ActiveX控件程序的MicrosoftPrograms所控制，利用这一特性，用户可以非常方便地在自已的程序中使用MATLAB，包括执行MATLAB命令，使用其功能丰富的工具箱（Toolbox），向MATLAB输入数据，获取结果（数据，图形）。

这样能获得MATLAB在工程辅助设计、仿真等方面的功能。

§1.2课题背景

§1.2.1MATLAB语言背景

一、MATLAB语言概述

MATLAB是MathWorks公司开发的一种工程计算语言。

它是一个交互系统，在MATLAB中的基本数据元素是一个不要求