医学图像预处理

图像预处理上海交通大学医学院生物信息学中心图像预处理目的改善图像的视觉效果突出感兴趣的信息，抑制无用的信息便于图像分析识别技术点处理、算数运算、邻域（模板）运算直方图修改、图像平滑、边缘锐化、伪彩色增强第五章图像预处理一、图像的运算与配准图像的点运算及直方图均衡图像的算术运算及其应用图像的几何运算及其应用二、伪彩色增强三、图像降噪和边缘锐化图像运算目的：有利于提取或显现有用信息特点：像素灰度或空间位置间的运算结果仍为图像数字图像数字图像灰度级点运算（灰度变换）点运算特点只有一幅输入图像；运算只涉及像素本身的灰度值；运算不涉及像素的空间坐标点运算的表示形式坐标系中的曲线表格计算公式原灰度现灰度02551254225332524251......25412550lena.bmp点运算种类－线性点运算lena.bmp点运算种类－非线性点运算点运算应用-图像反转处理点运算应用1-开窗技术开窗技术开窗技术

胸部X-CT肺窗：窗宽700，窗位-500，实际CT数-850～-150纵膈窗：窗宽400，窗位50，实际CT数-150～+250开窗技术

点运算应用2－直方图增强通过改变直方图的形状来达到增强图像对比度的效果。两种方法直方图均衡化（histogramenhancement）直方图规定化（histogramshaping）灰度直方图定义：灰度直方图（histogram）如图：具有256（即8位）灰度级图像的直方图灰度值频率灰度直方图灰度值频率谱线包络线灰度直方图一幅8*8的图像f(i,j)灰度值如下：

03060901201501802103003060901201501806030030609012015090603003060901201209060300306090150120906030030601801501209060300302101801501209060300灰度直方图灰度直方图例：图像及其灰度直方图（512像素*512像素）灰度直方图灰度直方图直方图较亮图像的直方图

直方图较暗图像的直方图

直方图对比度较低图像的直方图

直方图对比度较高图像的直方图

灰度直方图性质反映图像的全局灰度分布（图1.3）不能反映图像空间位置（图1.4）图像→直方图，但反之不成立。*去除灰度为255部分的直方图灰度直方图不能反映像素的空间位置－划分子图像直方图均衡化方法：原图像-》每一灰度级上都有相同的像素点数目的：提高对比度、增强显示层次直方图均衡化例：原图像128×128=16384个像素，灰度级别从0到15，共16级灰度级sk像素数016381147521966321304180251638611477147586559655108191116412164133281416415164直方图均衡化灰度级像素数灰度直方图累积直方图现灰度级016380.100.102114750.090.193219660.120.315321300.130.447418020.110.558516380.100.6510611470.070.7211714750.090.811286550.040.851396550.040.89108190.050.9414111640.010.95121640.010.96133280.020.9815141640.010.99151640.011.00N＝16级直方图均衡化直方图均衡化缺点:1）灰度级减少，图像粗糙；2）使噪声明显

局部直方图增强

点运算应用－直方图规定化方法：原图像直方图-》某个特定的形状目的：增强某个灰度值范围内的对比度，使需要变换的细节更清晰直方图规定化实例：原图像128×128=16384个像素，灰度级别从0到15，共16级原图像灰度级现图像灰度级像素数出现概率0616380.101714750.092819660.123921300.1341018020.1151116380.1061211470.077,8,91327850.1710,11,121411470.0713,14,15156560.04直方图均衡化和规定化液气胸患者胸片原图：模糊不清，对比度低。直方图灰度范围狭窄。直方图均衡化：对比度增强，但有些较暗区域模糊，被压缩的胸膜脏层与肋骨重叠。直方图规定化：使较暗区域细节更清晰直方图均衡化和规定化第五章图像预处理一、图像的运算与配准图像的点运算及直方图均衡图像的算术运算及其应用图像的几何运算及其应用算术运算定义算术运算特点输入图像有两幅或以上；运算只涉及相关像素本身的灰度值；运算不涉及像素的空间坐标注意：兼顾处理数学运算的限制及数字图像的定义算术运算应用-图像相加图像的融合算术运算应用-图像相减算术运算应用-图像相减46

时间减影技术DSA数字血管减影系统DigitalSubtractionAngiography算术运算应用-图像相减DSA

算术运算应用-图像相减检测运动算术运算应用-图像相减图像的电子拼接技术图像的电子拼接技术图像的电子拼接技术图像相乘第五章图像预处理一、图像的运算与配准图像的点运算及直方图均衡图像的算术运算及其应用图像的几何运算及其应用图像的几何运算定义：图像的空间坐标变换和灰度变换。RST变换（旋转、缩放和平移）RST变换Lena及变形图像平移f(x’,y’)=f(x,y)x'=a（x，y）=x+Δxy'=b（x，y）=y+Δy旋转：像素坐标的最近邻近点缩放：旋转和缩放

f(x’,y’)=？1）最近邻插值2）双线性插值旋转和缩放

几何运算应用－配准三维重构（配准）

缺血心肌存活评价AssessmentSPECT血流图像PET葡萄糖代谢图像3D配准图像分析ROI分割第五章图像预处理一、图像的运算与配准二、伪彩色增强三、图像降噪和边缘锐化伪彩色：黑白图像的灰度值映射成相应的彩色。（一）灰度分层法将原图像灰度范围划分成k段，每一段用一种颜色来表达伪彩色伪彩色处理（二）灰度变换法伪彩色TG(·)f(x,y)TR(·)TB(·)R(x,y)G(x,y)B(x,y)三基色伪彩色灰度变换曲线LLL/43L/4L/20GBR伪彩色伪彩色处理MotorActivation-RightIndexFingerMovement1Hz 2Hz 3Hz%100755025Schlaug,etal,1995,HarvardMedicalSchoolandBethIsraelHospital伪彩色处理伪彩色处理看见声音第五章图像预处理一、图像的运算与配准二、伪彩色增强三、图像降噪和边缘锐化图像质量蜕化图像噪声的平滑图像边缘的检测和锐化图像噪声三、图像降噪和边缘锐化图像质量蜕化噪声：随机误差边缘模糊：两侧像素的灰度有差异图像增强方法：平滑和锐化图像和模板的卷积运算点+的邻域圆形邻域和矩形邻域举例模板1的运算结果：

0×1+1×2+0×3+1×4+1×5+1×6+0×7+1×8+0×9=25模板2的运算结果：6模板3的运算结果：模板：卷积运算第五章图像预处理三、图像降噪和边缘锐化图像质量蜕化图像噪声的平滑多幅图像平均邻域平均（均值滤波）半邻域平均中值滤波图像边缘的检测和锐化图像噪声的平滑目的实质：降噪，改善图像质量缺点：边界模糊方法多幅图像平均邻域平均（均值滤波）半邻域平均中值滤波多幅图像平均多幅图像间像素的算术平均多幅图像平均适用于静止图像参加平均的图像越多，减噪越明显，图5.12缺点：有相对位移的图像，则会引起信息的破坏无法消除位置固定的噪声邻域平均用邻域像素的均值取代原灰度值方法：模板运算（卷积）邻域平均模板（卷积）邻域平均模板（卷积）

中心点灰度值，被3X3的模板平滑为：

邻域平均缺点：边缘和细节模糊注意：模板越大、降噪越明显，但边缘和细节越模糊部分邻域平均模板内无边界－邻域平均有边界－半邻域平均部分像素参与邻域平均计算目的：去噪，同时弱化边界模糊效应部分邻域平均判边界－用3X3的模板判八种情况下无边界－－所有9个像素平均有边界－－取六个N2像素平均……中值滤波器中值滤波：用邻域像素灰度的中值，取代原像素特点抑制短促的孤立噪声，同时不使边缘模糊不适用于线、尖顶等细节多的图像

例如，有一个序列为。重新排序后为

则，中值：均值：200显然是个噪声。取N=3的一维中值滤波中值滤波器滤波后，200被去除。取3X3窗口从小到大排列，取中间值中值滤波器中值滤波器一幅8*8的图像f(i,j)其灰度值如下，用3*3中值滤波器作用于该图像上，求输出图像。

03060901201501802103003060901201501806030030609012015090603003060901201209060300306090150120906030030601801501209060300302101801501209060300

00306090120150003030609012015015030303030609012012060603030306090909090603030306060120120906030303030150150120906030300015012090603000中值滤波

原图a

n＝3

n＝5原图b中值滤波

n＝5中值滤波器有椒盐噪声的图像用3*3的滤波窗口做中值滤波图像平滑小结平滑目的：去噪，改善图像的质量平滑方法多幅图像平均邻域平均