北大医学数字图像处理11图像处理的分类与特点.docx
《北大医学数字图像处理11图像处理的分类与特点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北大医学数字图像处理11图像处理的分类与特点.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
北大医学数字图像处理11图像处理的分类与特点
第1章图像的数字表示
1.1图像处理的分类与特点
1.1.1图像（image的表述形式
♥函数形式图像I（x,y,z,t
函数形式本身是图像的映射关系式（objecttoimage,函数形式图像维数并不受限制。
缺点:
无图像的直观性
♥数字形式图像
计算机图像处理、图像远距离传输（有线或无线之基础。
特点:
传输和保存过程中抗干扰能力强,保真度高,维数不受限制。
缺点:
无图像的直观性,只有计算机图像系统显示。
♥黑白、彩色图像
彩色图像（如两维、三维图像:
真彩:
图像与景物的色彩完全一致。
假彩:
人为编制彩色序列与远景物特征量建立对应关系,彩色由映射产生。
1.1.2成像
指各种形成图像的物理方法和工程技术
共同特点:
需要信息载子（可传递物的特征———各种频段的电磁波,实物粒子（中子、质子、电子、离子等
1.1.3图像处理
通过计算机或者光学的方法对原始图像进行处理
1.1.4模拟图像处理（AnologImageProcessing
♥光学模拟处理
建立在傅立叶光学基础上,进行光学滤波、频谱分析等处理,可实现图像像质改善、图像识别、图像的几何畸变校正、光度校正、光信息的编码和存储、图像的伪色彩化、三维图像显示、对非光学信号
进行光信号信息处理。
♥电子模拟处理
光强转成电讯号,用电子学方法,进行加减乘除、浓度分割、反差放大、彩色合成、光谱对比等处理。
如传统的照相、广播电视等进行图像处理。
优点:
速度快,几乎均实时处理,如透镜处理几乎以光速进行。
电视图像是模拟信号处理,是活动图像（25帧/秒。
缺点:
精度差;灵活性差;很难有判断功能和非线性处理功能。
但是,光学处理技术也在不断发展,如光学的频域处理技术简单实用,还在发展中。
1.1.5数字图像处理的特点（DigitalImageProcessing
把连续的模拟图像转换成离散的数字图像,然后在数字域进行图像所含信息的提取、加工、传输等操作。
♥Digitizing（对图像进行抽样,把模拟图像数字化,
离散图像的网格图:
一幅数字图像是由Digitized后形成的离散像点矩阵组成,每一个离散象点称为象元或象素（pictureelement,orpixel:
Thesmallestimage-formingunitofavideodisplay.
数字化:
Scanning+Sampling+Quantization
Scanning（扫描
在一副图像内以像素为最小单元进行寻址操作,称为Scanning。
对摄影图像底片上的一个个小斑点,进行顺序扫描就得到其数字化图像。
Sampling（采样
测量每一幅图像的每个像素的灰度值,就是给出上述网格图中的小方格中点（或方格交叉点的模拟亮度平均值。
通常由一个图像传感元件将每一个像素处的亮度转换成与其成正比的电压值。
Quantization（量化
用整数表示测量的灰度值,即在图像传感元件后面用一个ADC（数/模转换器将电压测量值转换成整数值。
♥Displaying（显示,Digitizing的逆过程
经过了运算（Operation操作的数字矩阵重新转换成可视的图像。
几个名词:
♥灰度分辨率（gray-scaleresolution,电视中的灰度级,亮度分辨率,密度分辨率
单位图像幅度上包含的灰度级别,也就是亮度层次的多少。
在计
算机中如下对应n值灰度分辨率n
22
422=级825628=级
每个象素的灰度级一般用8bit（彩色图像表示,对应级
的灰度级;高精度用12bit或16bit表示。
25628=♥Contrast（对比度
一幅图像中灰度反差的大小。
♥空间分辨率
指图像网格在水平方向和垂直方向共分为多少格,记为M×N,在计算机图像处理中M和N都用二进制幂来表示。
n
2一般分辨率的图像像素数为512512,256256××
高分辨率的图像像素数为20482048,10241024××
例如:
kbbkB524524288~648256256=≈××
MBMBkB
482048204818102410242568512512≈××≈××≈××
在一些医学应用中,N和M都在1024以上;x-ray照片一般为64~256kb;一幅遥感图像为Mb30423403240≈××,给存储、传输和处理带来很多问题。
♥空间频率（2cos（ϕωλπ
++=txAy
时间变量周期性变化用频率度量
对一幅图像的具有周期性的明暗变化,可引入空间频率的概念作
为图像频域处理的基础。
频率高可显示图像细节。
低频可用来表征图像中大的物体。
低频高频
1.1.6数字图像处理优缺点
优点:
处理精度高;
处理内容丰富;可进行复杂的非线性处理;
灵活:
改变软件就可以改变处理内容。
缺点:
速度慢:
一般情况下处理静止画面多,如实时处理一般精度的数字图像,需100Mips的能力;
精度限制:
一般精度图像是8
512
512×
×bit,分辨率高的为bit。
12
2048
2048×
×
1.1.7数字医学图像的特点
二高一大（高分辨率、高精度和大数据量,CT和MRI等成像技术一般是在512×512像素的分辨率、12位灰度级下对断层扫描图像信息进行数字化采集的。
若每次采集40或80帧层位片,每帧图像为512×512点,40帧总长约20M,80帧长40M。
实际应用中,
常将1024称为"1k";一帧2k×2k×12位的胸片（以2Byte字为单位存储约需8M存储容量。
各种医学图像容量如下表:
医学影像信息容量表
名称一幅图像容量每次图像数总容量MRI256×256×12（16608MB
CT512×512×12（164020MBCR（阴极射线管2048×2048×12216MBX光片数字化2048×2048×12216MB美国JohnsHopkins医院曾进行了一次对比实验:
对120例X线片（其中60例是不易判断的阳性病例,60例是有疑点的病例,然后让医师分成两组,分别轮流在一个分辨率为2000×2400×12bit、80朗伯高亮度的高分辨率诊断工作站上读软拷贝图像和在观片灯上读硬拷贝X线片。
读片结果表明,两组读硬拷贝胶片都比读软拷贝图像更准确。
但这种差别并不严重影响临床诊断。
该院认为在高分辨率诊断工作站上读软拷贝图像可用于急诊室的初步诊断。
尽管CR一般可以被接受,但是并不能完全代替X线胶片,因为X线胶片具有更高的精度。
在某些条件下,要求采用4k×4k（1k=1024图像,以保证诊断信息不丢失。
目前2k×2k的图像分辨力即便是用于初步诊断,也存在一些问题。
例如,在观察气胸和肺间质异常或骨骼的细微裂纹时,需要分辨率为4K×4K×12bit的数字监视器;对
于乳房肿瘤测定是不够的,在乳房胶片上发现微钙化灶簇或对比度低的乳腺肿瘤则要求高达6K×6K×12bit的数字显示点阵。
而这是目前任何一种监视器都达不到的。
目前,国内PACS和远程医疗系统集成商对数字化医学图像质量的临床要求了解不够,普遍采用普通的、非X线专业用的平板扫描仪扫读X线片,在没有任何技术措施的情况下,用微机监视器读医学影像（一般分辨率为800X600,最高1280X1024,并以此作为疾病诊断的依据,显然是不负责任的。
数字化医学图像的质量评估应引起足够的重视。
工作站的显示器集片盒、相机、洗片机和观片灯诸功能于一身。
因此,它的分辨率、对比度、亮度、噪声及失真等的性能好坏直接影响着最终诊断结果。
传统医学图像诊断是在"荧光屏--胶片--灯箱"组合模式下进行的。
计算机技术为医学图像的观察提供了"数字图像信息--监视器"或"胶片--数字化仪--监视器"组合模式,极大地方便和加速了医学图像资源的形成、周转和调阅。
计算机软硬件技术和多媒体技术的发展为医学图像的显示提供了多种图像监视器和图像工作站,例如高速高分辨率医学图形工作站,其分辨率为2.5k×2.5k,亮度大于100FL（普通显示器为50-60几乎可瞬时显示整幅图像。
对于大部分的医学图像来说,基本满足诊断的要求。
空间分辨率和灰度量化级的提高将使图像数据量急剧增加,对于PACS来说,这意味着存储容量和图像传送所需时间的增加。
尽管高压缩比的图像压缩算法可以缓解传送速度和数据存储的限制。
但这种处理使图像质量下降,将影响诊断的结果。
在医学图像信息系统中,应尽量采用低压缩比的无失真压缩。
医学图像显示技术除了完成胶片模拟图像和各种模式的数字图像等软拷贝显示任务之外,还要承担图像后处理的任务。
例如压缩与解压、窗口（Window/层位（Level的选择和控制、变焦（Zoom、全景（Pan,直至三维图像的重构等,而且使用简便、快捷,为临床医生准确诊断提供了有效的工具。
1.1.8图像处理技术有很强的综合性
图像处理是针对性很强的技术,根据不同应用和不同要求,采用不同处理方法。
一般要涉及数学、物理、心理学、生理学、医学、信号分析技术、通讯技术、计算机技术、电子技术和电视技术等。
在图像处理中涉及到软件、硬件、网络、接口多项技术,特别是并行处理技术在实时图像处理中很重要。
图像处理理论是把通讯理论由一维推广到二维。
图像信息理论属于信息论科学的一个分支,是在通讯理论研究中发展起来的,二者比较如下:
通讯理论图像理论
一维时间信息二维空间信息
研究的是时间域和频率域的问题研究的是空间域和空间频率域的问题
任何一个随时间变化的波形都是由许多频率不同、振幅不同的正弦波组成任一幅平面图像都是由许多频率、振幅不同的X-Y方向的空间频率波叠加而成;高频:
决定图像的细节低频:
决定图像的背景和动态范围
1.1.9广泛的应用与行业需求
♥通信新业务
图像处理和通信结合,衍生了众多的通信新业务:
可视电话、电
视会议、远程教育、远程医疗和家庭购物等。
例预计日本数字相机2001年产量可达2000万台,成为日本IT产业的主打产品。
例日本使用数字放映机的影院有15家,至2012年将有1300家采用数字化技术。
在制作方面,已经有《浅间山庄事件》等电影全部使用了数字化技术。
电影数字化的优点是没有拷贝成本,可利用多媒体,而且影像清晰。
缺点是放映机价格昂贵,难防盗版。
因此,降低放映机价格和整顿市场秩序已经成为数字化电影能否普及的关键问题。
（09,11,2002例MVC-4AVS四路视频合成器（上海市广播科学研究所研制,
MVC-4AVS四路视频合成器是专为广播电视及相关电视系统使用而设计的专业设备。
通过数字图像处理技术,将画面分割成四个大小相同的部分,分别显示四路动态的视频图像。
除具有四画面分割功能外,还具备音视频信号四选一切换功能。
四画面分割功能,可以实现1台监视器同时监看4路动态的视频信号,并通过面板按键,选择其中任意一路音频监听或静音。
AVS401C适用于演播室、转播车、播控中心、电视发射台等广播电视领域内的图像监视,以及商场、
升级会员 