醫(yī)學(xué)圖像處理1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論前言

人類通過眼、耳、鼻、舌、身接受信息，感知世界。約有75%以上的信息是通過視覺和聽覺系統(tǒng)獲取的，而其中60％以上是通過視覺系統(tǒng)獲取的。

圖像能呈現(xiàn)豐富的視覺信息，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)研究和處理圖像在各種領(lǐng)域也越來越得到廣泛應(yīng)用，使得我們更容易獲取豐富的信息。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論主要內(nèi)容

1.1醫(yī)學(xué)圖像的發(fā)展及分類1.2數(shù)字圖像處理的目的和主要內(nèi)容1.3相關(guān)領(lǐng)域及數(shù)字圖像處理系統(tǒng)1.4數(shù)字圖像處理的應(yīng)用1.5數(shù)字圖像處理的發(fā)展動(dòng)向1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

自1895年X線發(fā)現(xiàn)后所開創(chuàng)的醫(yī)學(xué)圖像學(xué)，近二十多年來發(fā)展異常迅速，也成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷，治療，手術(shù)等方面最重要最有力的工具。

1.1醫(yī)學(xué)圖像的發(fā)展及分類1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論在成像原理和技術(shù)上： 各種CT成像，磁共振成像，正電子成像，單光子成像(SPECT)，紅外成像，磁成像，超聲成像，微波成像，阻抗成像以及各種照影技術(shù)，內(nèi)窺鏡和各種可視化技術(shù)等。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論1.靜態(tài)圖像----反映某一時(shí)刻生理組織結(jié)構(gòu)的圖像。這是目前最常用最多數(shù)的醫(yī)學(xué)診斷圖像。如常規(guī)放射圖像X-CT，MRI及其照影圖像。

把成像原理和圖像性質(zhì)綜合起來，醫(yī)學(xué)成像不僅是靜態(tài)的組織結(jié)構(gòu)成像，而且可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖像，功能成像。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

使用影像增強(qiáng)器的放射成像，可用于介入治療，手術(shù)導(dǎo)航等方面；超聲圖像可觀察心血管活動(dòng)情況；實(shí)時(shí)阻抗參數(shù)成像可以觀察到呼吸變化等；各種內(nèi)窺鏡可觀察到器官內(nèi)部活動(dòng)情況。

2.動(dòng)態(tài)圖像----可實(shí)時(shí)顯示生理運(yùn)動(dòng)過程，允許較長時(shí)間觀察，不僅可用于診斷，還可用于手術(shù)過程，要求在觀察過程中對(duì)患者無損或盡可能少損傷。如:1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

PET，r相機(jī)可反映組織的代謝活動(dòng)；紅外成像可反映組織的溫度分布，進(jìn)而推知其活動(dòng)(化學(xué)活動(dòng)新陳代謝活動(dòng))的強(qiáng)弱；微波成像可以通過組織介電常數(shù)的測定反映細(xì)胞質(zhì)成分，血氧和心肌是否缺血；阻抗成像參數(shù)可以觀察肺的呼吸，肌肉組織的含水量，脂肪量，心肌的供血情況等。

3.功能圖像----是另外一種含義的圖像，它是通過可視的特殊圖像信息來反映生理過程的變化，它反映的是生物組織新陳代謝，細(xì)胞活動(dòng)的情況。如：1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論4.其他人工重組的圖形和圖像

把各種生理信息通過計(jì)算機(jī)按一定的映射重構(gòu)成一些圖形或圖像。使其信息內(nèi)容可視化，更為形像顯現(xiàn)，并給出一定的特征值。如腦電地形圖，生理信號(hào)的趨勢圖，頻譜圖等。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

倫琴（德國物理學(xué)家）因發(fā)現(xiàn)X射線獲得首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論Hounsfield（英國工程師）和Cormack（美國物理學(xué)家）因發(fā)明CT獲得1979年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。HounsfieldCormack1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論Lauterbur（美國）和Mansfield（英國）因發(fā)明MRI方法獲得2003年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。

LauterburMansfield1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論1.2數(shù)字圖像處理的目的和主要內(nèi)容

1.2.1數(shù)字圖像處理的目的

一般而言，對(duì)圖像進(jìn)行加工和分析主要有以下幾個(gè)目的：

（1）

提高圖像的視感質(zhì)量。如去除圖像中的噪聲，改變圖像的亮度、顏色，增強(qiáng)圖像中的某些成份、抑制某些成份，對(duì)圖像進(jìn)行幾何變換等，從而改善圖像的質(zhì)量，或者得到意想不到的藝術(shù)效果。

1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

（2）提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于計(jì)算機(jī)分析。 例如，常用作模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺的預(yù)處理等。這些特征包括很多方面，如頻域特性、灰度／顏色特性、邊界／區(qū)域特性、紋理特性等。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論（3）對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、編碼和壓縮，以便于圖像的存儲(chǔ)和傳輸。

212x21548kjpg212x2158kjpg212x2156kjpg212x2152kjpg1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論1.2.2數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容

不管圖像處理是何種目的，都需要用計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、加工和輸出，因此數(shù)字圖像處理研究的內(nèi)容主要有以下7個(gè)過程。圖像獲取、表示和表現(xiàn)；圖像復(fù)原；圖像增強(qiáng)；圖像分割；圖像分析；圖像重建；圖像壓縮編碼。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論1.圖像獲取、表示和表現(xiàn)（ImageAcquisition，RepresentationandPresentation）該過程主要是把模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字形式，以及把數(shù)字圖像顯示和表現(xiàn)出來（如打?。?。這一過程主要包括攝取圖像、光電轉(zhuǎn)換及數(shù)字化等幾個(gè)步驟。

1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論（1）圖像的數(shù)字化—采樣和量化1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論(2)數(shù)字圖像的表示方法對(duì)連續(xù)圖像f（x，y）進(jìn)行數(shù)字化空間上，圖像抽樣幅度上，灰度級(jí)量化xyx方向，抽樣M行y方向，每行抽樣N點(diǎn)整個(gè)圖像共抽樣M

N個(gè)像素點(diǎn)1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行灰度級(jí)量化：G=2m常取m=6,7,8,9,10,11,12bit對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)為:64,128,256,512,1024,2048,4096級(jí)1992年P(guān)ACS規(guī)定DECOM3.0標(biāo)準(zhǔn):所有成像系統(tǒng)灰度分辨率都為12bit。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論數(shù)字圖像常用矩陣來表示：1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

2.圖像復(fù)原（ImageRestoration）

當(dāng)造成圖像退化（圖像品質(zhì)下降）的原因已知時(shí)，復(fù)原技術(shù)可以對(duì)圖像進(jìn)行校正。圖像復(fù)原最關(guān)鍵的是對(duì)每種退化都需要有一個(gè)合理的模型。圖像復(fù)原1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論3.圖像增強(qiáng)（ImageEnhancement）圖像增強(qiáng)是對(duì)圖像質(zhì)量在一般意義上的改善。當(dāng)無法知道圖像退化有關(guān)的定量信息時(shí)，可以使用圖像增強(qiáng)技術(shù)較為主觀地改善圖像的質(zhì)量。所以，圖像增強(qiáng)技術(shù)是用于改善圖像視感質(zhì)量所采取的一種方法。因?yàn)樵鰪?qiáng)技術(shù)并非是針對(duì)某種退化所采取的方法，所以很難預(yù)測哪一種特定技術(shù)是最好的，只能通過試驗(yàn)和分析誤差來選擇一種合適的方法。使人或計(jì)算機(jī)更易觀察或檢測?；叶茸儞Q、直方圖修改、圖像平滑、邊緣提取、偽彩色處理等都屬于圖像增強(qiáng)的范疇。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論直方圖修改圖像增強(qiáng)1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論CT平掃CT增強(qiáng)1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論邊緣提取1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論偽彩色處理圖像增強(qiáng)NormalCysticScleroticOsteoporosis1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

4.圖像分割（ImageSegmentation）

把圖像分成區(qū)域的過程就是圖像分割。圖像中通常包含多個(gè)對(duì)象，例如，一幅醫(yī)學(xué)圖像中顯示出正常的或有病變的各種器官和組織。圖像處理為達(dá)到識(shí)別和理解的目的，幾乎都必須按照一定的規(guī)則將圖像分割成區(qū)域，每個(gè)區(qū)域代表被成像的一個(gè)物體（或部分）。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論圖像（邊緣檢測與）分割1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

5.圖像分析（ImageAnalysis）

圖像處理應(yīng)用的目標(biāo)幾乎均涉及到圖像分析，即對(duì)圖像中的不同對(duì)象進(jìn)行分割、特征提取和表示，從而有利于計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分類、識(shí)別和理解。在工業(yè)產(chǎn)品零件無缺陷且正確裝配檢測中，圖像分析是對(duì)圖像中的像素轉(zhuǎn)化成一個(gè)“合格”或“不合格"的判定。在有的應(yīng)用中，如醫(yī)學(xué)圖像處理，不僅要檢測出物體（如腫瘤）的存在，而且還要檢查物體的大小。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

6.圖像重建（ImageReconstruction）

圖像重建與上述的圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原等不同。圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原的輸入是圖像，處理后輸出的結(jié)果也是圖像，而圖像重建是指從數(shù)據(jù)到圖像的處理，即輸入的是某種數(shù)據(jù)，而經(jīng)過處理后得到的結(jié)果是圖像，CT就是圖像重建處理的典型應(yīng)用實(shí)例。目前，圖像重建與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合，把多個(gè)二維圖像合成三維圖像，并加以光照模型和各種渲染技術(shù)，能生成各種具有強(qiáng)烈真實(shí)感的高質(zhì)量圖像。

1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論圖像重建1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

7.圖像壓縮編碼（ImageCompressionEncoding）

數(shù)字圖像的特點(diǎn)之一是數(shù)據(jù)量龐大。盡管現(xiàn)在有大容量的存貯器，但仍不能滿足對(duì)圖像數(shù)據(jù)（尤其是動(dòng)態(tài)圖像、高分辨率圖像）處理的需要，因此在實(shí)際應(yīng)用中圖像壓縮是必需的。如果數(shù)據(jù)不壓縮，則在存儲(chǔ)和傳輸中就需要占很大的容量和帶寬，因而增加了成本。圖像壓縮的目的就是壓縮數(shù)據(jù)量。 圖像編碼和壓縮標(biāo)準(zhǔn)：JPEG，MPEG(1,2,4,7)，H.261,H.263,H.264,H.230等。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論圖像理解圖像分析圖像處理像素目標(biāo)符號(hào)高層低層操作對(duì)象中層語義低高抽象程度大小數(shù)據(jù)量1.3相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域及數(shù)字圖象處理系統(tǒng)1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論圖像工程與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系和區(qū)別圖像圖像（人）符號(hào)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)圖像理解圖像處理圖像理解（轉(zhuǎn)換）模式識(shí)別計(jì)算機(jī)視覺新新新理工技論具術(shù)客觀世界圖像分析1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論數(shù)字圖象處理系統(tǒng)輸入及數(shù)字化設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示及記錄設(shè)備1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

攝像機(jī)掃描儀視頻采集卡數(shù)碼相機(jī)DV輸入及數(shù)字化設(shè)備1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)軟件

VC＋＋可視化編程工具

MATLAB的圖像處理工具箱

Photoshop平面圖處理軟件1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論圖象顯示、記錄設(shè)備及記錄介質(zhì)紙膠片磁帶磁盤光盤圖像顯示器繪圖儀激光打印機(jī)噴墨打印機(jī)1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論1.4數(shù)字圖像處理的應(yīng)用

數(shù)字圖像處理主要應(yīng)用于下面的幾個(gè)領(lǐng)域。

1）通訊

通訊包括圖像傳輸、電視電話、電視會(huì)議等，主要是進(jìn)行圖像壓縮甚至理解基礎(chǔ)上的壓縮。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論2）宇宙探測由于太空技術(shù)的發(fā)展，需要用數(shù)字圖像處理技術(shù)處理大量的星體照片。勇氣號(hào)發(fā)回的火星表面圖空間探索1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

3）遙感航空遙感和衛(wèi)星遙感圖像需要用數(shù)字技術(shù)加工處理，并提取有用的信息。主要用于地形地質(zhì)，礦藏探查，森林、水利、海洋、農(nóng)業(yè)等資源調(diào)查，自然災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)，環(huán)境污染監(jiān)測，氣象衛(wèi)星云圖處理以及地面軍事目標(biāo)的識(shí)別。氣象云圖遙感圖片1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論4）生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

圖像處理在醫(yī)學(xué)界的應(yīng)用非常廣泛，無論是臨床診斷還是病理研究都大量采用圖像處理技術(shù)。它的直觀、無創(chuàng)傷、安全方便等優(yōu)點(diǎn)備受青睞。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論ImageContrast1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論MorphologicalImageProcessingNormalCysticScleroticOsteoporosis1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論CT1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論MRI1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論P(yáng)ET1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

超聲圖象1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論DSA1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論紅外圖象1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

5）工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

在生產(chǎn)線中對(duì)產(chǎn)品及部件進(jìn)行無損檢測是圖像處理技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。該領(lǐng)域的應(yīng)用從70年代起取得了迅速的發(fā)展，主要有產(chǎn)品質(zhì)量檢測、生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制、CAD／CAM等。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

6）軍事、公安等方面的應(yīng)用

軍事目標(biāo)的偵察、制導(dǎo)和警戒系統(tǒng)、自動(dòng)滅火器的控制及反偽裝；公安部門的現(xiàn)場照片、指紋、手跡、印章、人像等的處理和辨識(shí)；歷史文字和圖片檔案的修復(fù)和管理等。

1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論軍事應(yīng)用1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論

7）機(jī)器人視覺

機(jī)器視覺作為智能機(jī)器人的重要感覺器官，主要進(jìn)行三維景物理解和識(shí)別，是目前處于研究之中的開放課題。機(jī)器視覺主要用于軍事偵察、危險(xiǎn)環(huán)境的自主機(jī)器人，郵政、醫(yī)院和家庭服務(wù)的智能機(jī)器人，裝配線工件識(shí)別、定位，太空機(jī)器人的自動(dòng)操作等。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論8）視頻和多媒體系統(tǒng)

目前，電視制作系統(tǒng)廣泛使用的圖像處理、變換、合成，多媒體系統(tǒng)中靜止圖像和動(dòng)態(tài)圖像的采集、壓縮、處理、存貯和傳輸?shù)取?/p>

1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論9）電子商務(wù)在當(dāng)前呼聲甚高的電子商務(wù)中，圖像處理技術(shù)也大有可為，如身份認(rèn)證、產(chǎn)品防偽、水印技術(shù)等。1醫(yī)學(xué)圖像處理緒論照片去模糊處理：焦距模糊、運(yùn)動(dòng)模糊綠幕剪影： 圖像合成變臉特技： 幀間插值處理靜止圖像壓縮： JPEG標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)傳輸動(dòng)態(tài)圖像壓縮： MPEG標(biāo)準(zhǔn)、VCD和DV