医学图像处理基础

医学影像技术根底一1精选ppt9.1医学影像技术开展历程9.3医学影像设备

9.4图像处理在医学中的应用9.5医学图像存储通讯系统第9章医学影像技术根底9.2医学影像系统成像的物理特性

9.6医学图像处理与分析

2精选ppt9.1医学影像技术开展历程医学影像设备的开展大致分为五个阶段第一阶段：X射线与X射线机第二阶段：超声技术第三阶段：计算机人体断层摄影术第四阶段：磁共振成像第五阶段：正光电子成像设备3精选ppt第一阶段：X射线与X射线机1895年11月8日，德国物理学家伦琴在做真空管高压放电实验时，发现了X射线。1896年德国西门子公司研制出世界上第一支X线球管。20世纪10-20年代陆续出现常规X线机、体层装置、影像增强器、连续摄影、快速换片机、电视、电影和录像记录系统。4精选ppt第一阶段：X射线与X射线机20世纪60年代中末期形成较完整的学科体系，称为放射诊断或放射学成像特点：对人体软组织的分辨能力较差图9-1伦琴和第一张X线透视照片5精选ppt第二阶段：超声技术20世纪50、60年代超声和放射性核素相继出现。1942年奥地利人达西科将超声技术应用于临床诊断。1954年瑞典人应用M型超声显示运动的心壁，称为超声心动图。20世纪50-70年代中期，研究者将二维B型超声应用于体外检查，可实时显示体内相关部位结构的切面图，使超声诊断有了突破性进展。至今二维B型超声仍是超声诊断中最根本的技术，见图9-2。6精选ppt第二阶段：超声技术70年代脉冲多普勒问世，在二维图像上可选择部位测定血流频谱，对心脏及血管疾病诊断很有帮助。80年代初彩色多普勒血流成像出现，在显示脏器结构切面图的同时，显示血管内血流的剖面图，并用伪彩色表示血流方向、速度及血流性质，进一步拓展了超声诊断的领域，见图9-3。90年代以后，采用了高频率、高分辨声匹配探头、各类腔内探头等技术，开展了介入治疗新方法。7精选ppt第二阶段：超声技术成像特点：声波无损伤性好、对软组织的分辨率较高，可实时观察运动器官的活动情况。8精选ppt第三阶段:计算机人体断层摄影术9精选ppt第三阶段:计算机人体断层摄影术1971年柯马克和英国EMI公司的豪恩斯费尔德首次研制成功世界上第一台CT机。成像特点：CT从根本上改变传统X线机成像存在的平片图像重叠、软组织细节成像不清晰等问题。它采用点状X线束逐点穿透检查部位，使医生获得高清晰度的断层图像，大大提高医学影像诊断水平。10精选ppt第四阶段：磁共振成像1946年Bloch教授和Puecell教授领导的小组同时独立发现MR现象。两人共同获得1952年诺贝尔物理学奖。1972年，劳特伯提出了用MR信号重建图像的方法，劳特伯和达马迪安在1973年利用磁场梯度解决了空间信息获取的问题，获得MR图像并因此获得2003年度诺贝尔物理学和医学奖。11精选ppt第四阶段：磁共振成像成像特点：瞬时成像，通常每秒可获取20幅图像可清晰观察胆囊、肺等器官的断层图像可显示心脏的动态图像可进行人体组织功能方面的评价或诊断，如颅脑部的弥散成像、皮质功能区定位等12精选ppt磁共振血管成像：不需要比照剂即可得到血管造影像，动态增强MRA明显缩短血液成像时间，防止扭曲血管、湍流及慢血流所致的信号丧失。FMRI技术：对人体功能进行研究和检测的MRI技术，可检查到形态未变但功能已改变的病变，从而到达早期诊断的目的。磁共振成像介入：具有良好的组织比照度，可以精确地区分病灶的界面、确定目标。MR和DSA、CR及其后推出的DR等设备进一步提高了医学影像诊治水平。第四阶段：磁共振成像13精选ppt第五阶段：正光电子成像设备90年代GE公司推出了新的核医学影像设备，包括全数字PETCT和SPECT等设备，见图9-7左图和右图。14精选ppt第五阶段：正光电子成像设备PETCT主要优势是超强的医学影像识别与诊断能力，尤其是利用注入体内的增强显影剂或示踪剂，在体内循环可以动态地、靶向目标清晰地显示被检部位形态和功能的异常情况〔见图9-8〕，甚至可以检查出细胞级别的病变，如癌细胞治疗愈后或癌细胞扩散转移的情况诊断。15精选ppt9.2.1医学影像系统要素源检测器电子系统9.2医学影像系统成像的物理特性16精选ppt9.2.1医学影像系统要素源：指能够获得医学影像信息的物理能源。外源：X射线源、磁场源、超声源、电磁波、红外线等。内源：注入人体的同位素辐射源，人体自身的热辐射源等。17精选ppt9.2.1医学影像系统要素外源和内源都必须十分精确地控制有效剂量、衰减周期、成像时间和过程等精确把握X射线穿过人体时经受不同的衰减超声在人体中反射并在传播时产生不同的时间延迟等过程注入体内源的循环与衰减变化情况可清楚地知道源与人体相互作用的部位及准确检测出某种源与组织器官相互作用后的结果，据此来进行诊断或治疗18精选ppt9.2.1医学影像系统要素检测器的主要作用：在体外检测携带有体内信息的信号信号检测器的种类、精度、灵敏度决定医学影像成像的方式和清晰度，是医学影像设备开展的关键技术通常检测器的形式与各种源的类型有对应关系X射线检测器超声检测器红外检测器光电倍增检测器等信号检测器主要功能评价指标灵敏度、检测速度、靶向性以及源剂量的强度19精选ppt9.2.1医学影像系统要素电子系统：以计算机为主要处理设备的控制系统电子系统将检测器上获得的信号转变为数字信号，并通过计算机快速处理重建出精确、复杂的图像主要部件：计算机以及相应的图像处理软件去除噪声、灰阶处理、窗宽和窗位调整等对图像的某些局部如面积、周长等进行测量20精选ppt9.2.2医学影像计算机文件医学图像数据是以以位图文件形式保存在计算机中的位图亦称为点阵图，是由单个像素点按行列有序排列组成的9.2医学影像系统成像的物理特性21精选ppt9.2.2医学影像计算机文件像素点具有排列位置和灰度大小两种属性一幅二维的医学图影像是由M行*N列像素点构成每个像素点用8～12个二进制数表示每个像素可保存256～4096种灰度值22精选ppt9.2.2医学影像计算机文件点阵图可以保存的文件类型很多如*.bmp、*.pcx、*.gif、*.jpg等。同样的图形保存成以上文件时字节数差异很大。.jpg文件只有同样.bmp格式文件大小的1/10到1/35。处理位图时，必须对像素逐个进行编辑,优化细节，增强视觉效果。放大和缩小位图时产生的是近似效果，会导致失真。23精选ppt

9.3医学影像设备X线摄影系统核磁共振摄影系统医学超声诊断系统医学图像系统红外影像和医用内窥镜24精选ppt9.3.1X线摄影系统

泛指所有采用X线源获取医学影像的设备，这里包括常规胶片X光机计算机成像X线机〔CR〕数字X线机〔DR〕断层扫描X线机〔CT〕血管数字减影〔DSA〕等25精选ppt9.3.1X线摄影系统1.常规X线影像技术现今仍有70％以上X线影像诊断是用“增感屏～胶片〞方式的常规X线摄影技术。新X线胶片感光能力非常强，比原来胶片高出三个数量级，而对可见光极不敏感，从而完全不必在暗室中操作。新X线胶片的敏感度高，检查时所用X线剂量可减少1～2个数量级。不仅成像快、空间分辨率高，而且X线机功率小、体积小、重量轻，便于携带。26精选ppt9.3.1X线摄影系统2.计算机成像X线机〔ComputedRadiography,CR〕从X射线曝光到将模拟信号影像转变为数字化影像CR系统可提供与屏～片摄影相一致的分辨率实现将常规X线摄影模拟信息直接转换为数字信息数字化的信息经过图像后处理大大提高目视判读的信息量降低X线辐射剂量，同时图像还可以长时间保存而不失真防止了胶片冲洗的环境污染，不易保管等诸多问题27精选ppt9.3.1X线摄影系统3.数字X线机〔DigitalRadiography，DR〕不采用X线胶片，利用一种外形似X线胶片暗盒的探测器，将入射的X线能量直接转化为数字信号Sterkung公司：“直接X线摄影探测器〞〔DRD〕Trixeil公司：平板式探测器〔FPD〕这两种探测器都可在接收X线摄影曝光后，直接输出数字影像信号28精选ppt9.3.1X线摄影系统DR在空间分辨率和比照分辨率方面，影像质量完全可与传统胶片影像相媲美，甚至在某些情况下还可能优于胶片影像具有空间分辨率高和动态范围大等特点可清晰观察比照度低于1%，直径大于2mm的病灶照射病人体表的X线剂量只有常规X线的1/10量子检出率可以到达60%以上配合采用高性能计算机图像后处理，进一步为影像诊断与治疗提供保证29精选ppt9.3.1X线摄影系统4.计算机断层扫描X线机CT利用对人体脏器扫描时得到的X射线吸收数据来重建人体脏器断层图像X射线通过人体的脏器的断层探测器将射线强度转换成电信号围绕人体的脏器在不同角度上进行屡次测量X-CT技术得到的是人体脏器断层面的图像，因此称为断层照相30精选ppt9.3.1X线摄影系统X-CT已从第一代开展到第五代。1995年最先推出了扫描速度最快的CT机，每扫一个层面仅用0.75s。这不仅有助于提高图像质量，而且还提高了工作效率。对螺旋扫描而言扫描同样的覆盖长度可节省四分之一到五分之一的时间，或者同样的时间可以使扫描覆盖长度增加25～33%。提高速度的另一表现是，缩短图像重建的时间。有的CT产品采用了新的图像重建技术，分别使重建时间到达1s，从而加快了扫描周期。有些高档CT均有了连续成像或称透视的功能，每秒钟可以显示6～8幅图像。31精选ppt9.3.1X线摄影系统CT透视对开展介入放射学非常重要，可减少扫描层数、降低病人的X线曝射剂量有的产品仅用15mA剂量进行扫描即可得到512x512矩阵的影像目前正在进一步研究用10mA的X线曝射剂量进行CT透视技术在图像质量方面，高档的低压环螺旋CT机的空间分辨率已达201p／cm，低比照度分辨率也很高，大大提高了软组织区分能力32精选ppt9.3.1X线摄影系统新一代的CT被称作电子束CT由电子枪发射电子束，经偏转线圈控制电子束方向，打在一组半圆形的靶环上产生出X射线。当X线通过人体后，由对侧排列的探测器组接收因无机械运动，扫描速度可高达50ms/层，其成像速度比普通CT快20～40倍，可提供心脏等活动器官非常清晰的影像X-CT已用来诊断脊柱和头部损伤、颅内肿瘤、脑中血凝块、肌体软组织损伤、胃肠疾病、腰、骨盆恶性病变及心脏病早防早治等目前正在研制高空间分辨率的新型电子束CT33精选ppt9.3.1X线摄影系统5.数字减影血管造影系统〔DSA〕放射科各类血管造影及介入治疗的专用设备，可得到除去骨骼、软组织影像的纯血管影像，从而更精确诊断血管疾病和用于介入治疗DSA特点：能够实时成像，每个曝光序列终止即得到减影图像；密度分辨率高，可使1mm直径的小血管和3mm直径肿瘤染色。此外，DSA造影剂用量少，管处理功能强，能突出微小密度差，而且胶片用量少34精选ppt9.3.1X线摄影系统DSA应用：开展心脑血管、神经、呼吸、消化、骨骼、泌尿、妇科等涉及临床各科各系统疾病检查与治疗的高难度技术工程，如肿瘤介入治疗和心脏大血管介入治疗等。在冠状动脉造影术、冠脉内支架直接置入术、全脑治疗造影术、管狭窄扩张以及良恶性肿瘤的灌注栓塞治疗中发挥重要作用。35精选ppt9.3.2核磁共振摄影系统20世纪80年代应用于临床医学由强磁场与人体成像部位机体组织的原子核相互作用，产生共振，改变所在位置的磁场强度而生成图像既减少CT机对人体组织细胞的损害，又可测出机体病变前的微小生理变化36精选ppt9.3.2核磁共振摄影系统核磁共振成像源里的原子核带有正电，许多元素的原子核都进行自旋运动自旋系统共振效应弛豫过程、弛豫时间T1和T237精选ppt9.3.3医学超声诊断系统20世纪60年代应用于临床诊断A型、M型、B型和C型可观察人体内部结构和肿瘤，也可检查脏器、胎儿等的正常与否超声成像设备的频率和强度对人体根本无伤害38精选ppt9.3.3医学超声诊断系统应用超声波的良好指向性和与光相似的反射、折射、衰减等物理特性，采用各种扫描方法，将超声波发射到体内并在组织中传布。当病理组织的声抗与正常组织有差异时，将此回声信号构成一幅二维切面声像图。由于各组织的界面形态、运动状态和对超声吸收程度不同，其回声有一定特性，结合生理、病理与临床知识和一系列人体切面声像图，可对病变的部位、性质或功能障碍程度作出准确诊断。39精选ppt9.3.3医学超声诊断系统彩色多普勒超声显像仪在B超的根底上增加了多普勒血液成像技术的影像检查方法“无创伤的血管造影〞配有高、中、低三种频率探头，以彩色照片形式保存结果用来开展心脏、大血管、大脑动脉、肝、脾、肾、子宫、附件、前列腺、睾丸等器官检查。对以上器官的血流情况、结石、包块大小、质地、边界测值准确，同时还能配合临床开展介入检查和治疗40精选ppt9.3.4医学图像系统核医学成像技术：一种以脏器内外正常组织与病变组织之间的放射性差异为根底的脏器或病变的显像方法。有选择地让人体摄入某种放射性物质〔示踪剂〕这些物质聚集在人体某个脏器中或参与体内某种代谢过程体内的放射性核素能够放出γ射线对体内的放射性核素的浓度分布和代谢过程进行拍摄成像41精选ppt9.3.4医学图像系统与X-CT的不同之处是X-CT的射线源在成像体的外部，而核医学成像的射线源在成像体的内部核医学成像技术不仅可得到人体脏器的解剖图像，还可得到生理，生化，病理过程及功能图像经过数学算法在计算机内甚至可以重建体内放射元素密度分布的三维“透明人体〞图像42精选ppt9.3.4医学图像系统γ照相机发射型计算机断层(EmissionComputrdTomography，ECT)单光子发射型计算机体层(SinglePhotonEmissionComputed.Tomography，SPECT)正电子发射型计算机体层〔PositronEmissionTomography，PET〕43精选ppt9.3.4医学图像系统1、γ照相机既是显像设备，又是一种无创伤性的功能检测与诊断设备。通过连续的显像，跟踪和记录放射性药物〔示踪剂〕通过时某脏器的形态和功能，可以进行动态观察研究。检查时间较短，检查简便平安，便于多体位、多部位观察，特别适合儿童和危重病人的临床医学影像检查。常用于对人体脏器进行静感式动态照相，如：心血管疾病的检查。44精选ppt9.3.4医学图像系统2．发射型计算机断层(ECT)继γ照相机之后核素显影仪器又一重大开展。根本原理：在体外从多角度采集体内某脏器放射性示踪剂分布的二维影像，而后经过计算机数据处理重建和显示脏器的三维图像。ECT可获得脏器的各种不同切面或角度的剖面影像，不仅可以准确定位病变部位，还能进行脏器组织功能的检查，精确分析生理、生化、代谢指标的改变。45精选ppt9.3.4医学图像系统3．单光子发射型计算机体层(SPECT)SPECT有两种类型，多探头型和γ照相机型。多探头型SPECT的探头由多个小型闪烁探测器组成。γ照相机型SPECT是由高性能、大视野、多功能的γ照相机和支架旋转装置，及图像分析处理、三维图像重建软件等软件组成，可进行多角度、多方位人体器官探查。由于SPECT具有γ照相机的全部功能，还有新近开发出来的多种放射性示踪剂药物，因此在动态器官功能检查或早期疾病诊断方面具有独到之处。46精选ppt9.3.4医学图像系统4．正电子发射型计算机体层〔PET〕PET不仅克服了平面显影的缺点，而且大大促进了核医学影像学的开展，被认为是核医学开展的重要里程碑。PET可以用人体物质组成元素来制造放射性药物，特别适合进行人体器官功能和生理变化等方面的观察与研究，尤其是对脑神经功能的研究具有独到之处。PET图像非常清晰，被称为“生命体层〞或“生化体层〞。它也是目前唯一能够提供神经活动信息的医学影像设备。47精选ppt9.3.5红外影像和医用内窥镜60年代激光新技术的创造是20世纪的重大科技成就之一。高方向性、高亮度性、高单色性及高相干性、生物学效应。医学激光器常用于手术切割、组织烧灼、凝结止血、光针穴位照射、激光血细胞计数、激光显微光谱分析、激光全息照相诊断和激光多普勒血流测速等。“激光医学〞已成为医学重要的分支学科。48精选ppt9.4图像处理在医学中的应用数字虚拟人虚拟内窥镜介入放射治疗立体定向放射治疗计算机辅助诊断49精选ppt9.4图像处理在医学中的应用1.数字虚拟人50精选ppt9.4图像处理在医学中的应用2.虚拟内窥镜51精选ppt9.4图像处理在医学中的应用3.介入放射治疗〔InterventionalRadiology，IR〕借助各种医学图像仪器，在实时观察的情况下，平安微创地通过导管深入体内，对病灶直接进行治疗的新方法。能够向术者提供高清晰的导管、导向的位置、局部循环结构、栓塞或扩张的效果等重要信息，提高心血管病、脑血管病、肿瘤等重大疾病治疗的准确率和存活率。52精选ppt9.4图像处理在医学中的应用4.立体定向放射治疗(StereoscopicRadiotherapy,SRT)也称为立体定向放射外科学，它是一门新的治疗技术。利用CT、MRI或DSA等设备和技术，加上立体定向头架装置，经过实时三维立体显示和计算机手术方案系统，快速聚焦病变部位，产生瞬间的高能量，杀死肿瘤细胞或截断血管来完成手术。照射时，由于照射光束边缘剂量下降很陡峭，就象刀锋一样锐利，称为“γ刀〞；如用X线照射时就称为“X刀〞。目前不仅可以进行颅内放射治疗，还可以进行全身立体定位放射治疗了，使得临床治疗手段有更多的选择。53精选ppt9.4图像处理在医学中的应用5.计算机辅助诊断1966年，Ledley首次提出“计算机辅助诊断〞(ComputerAidedDiagnosis，CAD)的概念。计算机辅助诊断的过程包括病人一般资料和检查资料的搜集、医学信息的量化处理、统计学分析，直至最后得出诊断。医学图像中各种图像包括X线平片、CT、MRI、超声及PET等，均可引入计算机辅助诊断系统。借助计算机提示病灶的存在及位置，就可以大大提高疾病诊断的准确率，减少误诊与漏诊。54精选ppt9.5医学图像存储通讯系统和DICOM3.0标准医学图像存储与通信系统〔PictureArchiving&CommunicationSystem，PACS〕全面解决医学图像的获取、显示、存储、传送和管理的综合系统。组成：计算机、网络设备、存储器及医学图像后处理软件。近几年，简单的几台放射图像设备——〉医院所有图像设备——〉不同医院之间55精选ppt9.5医学图像存储通讯系统和DICOM3.0标准1983年成立了ACR-NEMA数字成像及通信标准委员会1985年，ACR/NEMA1.0标准版本发布1988年，该标准再次修订1992年，ACR/NEMA第三版本正式更名为DICOM3.0〔DigitallmagingandCommunicationinMedicine〕目前，DICOM3.0已成为PACS的国际标准，成为国际医疗图像设备普遍遵循的标准通讯协议。按照DICOM3.0标准采集的数据成为医学图像后处理的根底56精选ppt57精选ppt9.6医学图像处理与分析图像处理与分析图像的根本运算图像增强技术图像分割技术图像纹理分析图像配准与融合58精选ppt9.6.1图像处理与分析图像处理〔图像—〉图像〕利用计算机对图像进行某种运算以改善图像的视觉效果，为图像分析做准备图像分析〔图像—〉数据〕对图像中感兴趣的目标进行透视，以获得客观的信息59精选ppt9.6.1图像处理与分析1.数字图像根底I：该像素的明暗程度

(x,y,z)：像素的空间位置

λ：波长，单色图像和λ无关

t：时间，静止图像和t无关60精选ppt9.6.1图像处理与分析因此，一幅静止的单色的二维图像可表示为：G=f〔x，y〕即像素的二维矩阵，其中，坐标〔x，y〕决定了像素的空间位置，G代表该像素的明暗程度，称为灰度〔graylevel〕。61精选ppt9.6.1图像处理与分析通常以数字图像的像素数M*N来表示该图像的空间分辨率。通常以灰度级别的bit数来表示该图像的明暗〔灰度级〕分辨率，例如：8bit代表2的8次方=256级灰度；6bit代表2的6次方=64级灰度等等空间分辨率和明暗分辨率是表征一幅数字图像质量的重要指标之一。62精选ppt空间分辨率：16×16组成如下16行16列矩阵明暗分辨率：8bit=256级灰度如左图中心明亮局部灰度级为25663精选ppt9.6.1图像处理与分析2.MATLAB软件软件的工作环境如图9-13所示，右侧的CommandWindow称为命令窗口，提示符为“>>〞，在命令窗口中可以直接进行简单的算术运算和函数调用。图9-13MATLAB编程环境64精选ppt9.6.1图像处理与分析定义程序文件在主菜单中选择“File〞|“New〞|“M-file〞翻开MATLAB编辑窗口，建立程序文件，如图9-14所示，MATLAB文件的扩展名为“.m〞。65精选ppt9.6.1图像处理与分析运行程序文件(两种方式)在MATLAB命令窗口中输入文件名选择“File〞|“Open〞翻开m文件，在编辑窗口下选择“Debug〞|“Run〞或者按F5键运行该程序，如图9-15所示。66精选ppt例题1：建立程序文件，读入图像“T2.bmp〞并显示。操作提示：〔1〕单击"开始"|"所有程序"|"MATLAB6.5"|"MATLAB6.5"，启动软件；〔2〕单击"File"|"New"|"M-file"，翻开编辑窗口；〔3〕在编辑窗口输入以下程序X=imread('d:/T2.bmp','bmp');imshow(X);title('显示一幅MRI图像');〔4〕单击"File"|"save"将文件保存为"example1.m"；〔5〕单击“Debug〞|“Run〞或者按F5键运行程序，结果如图9-16所示。67精选ppt68精选ppt9.6.2图像的根本运算图像的运算是指对图像像素进行的运算，也就是对像素灰度值或空间坐标值的运算。图像的根本运算代数运算几何运算69精选ppt9.6.2图像的根本运算代数运算算术运算〔+、-、*、/〕逻辑运算〔求反、异或、或、与〕几何运算平移变换镜像变换：水平镜像、垂直镜像旋转变换放缩变换拉伸变换70精选ppt9.6.2图像的根本运算代数运算：对两幅以上的输入图像中对应像素的灰度值作加、减、乘、除等运算后，将运算结果作为输出图像相应像素的灰度值。特点：输出图像像素的灰度取决于输入图像的对应像素的灰度值，与邻域内像素灰度值无关不会改变像素的空间位置71精选ppt加法运算图像的加法运算可用于对同一场景的多幅图像求平均值以降低累加随机噪声的影响；也可用于将一幅图像的内容叠加到另一幅图像上去，以到达二次曝光，信息叠加的目的。72精选ppt加法运算加法运算公式：G(x,y)=G1(x,y)+G2(x,y)G(x,y)代表输出图像G1(x,y)和G2(x,y)代表两幅输入图像73精选ppt例题2：对图像“bottle.bmp〞和“cloudy.bmp〞进行加法运算。操作提示：〔1〕单击“File〞|“New〞|“M-file〞，翻开编辑窗口；〔2〕输入程序〔%后面是对程序的注释〕clearall；G1=double(imread('e:/bottle.bmp','bmp'));G2=double(imread('e:/cloudy.bmp','bmp'));G=0.5*(G1+G2);imshow(uint8(G));imwrite(uint8(G),'e:/sum.bmp','bmp');〔3〕单击“File〞|“save〞将文件保存为“example2.m〞；〔4〕按F5，运行程序，结果如图9-18所示。74精选ppt75精选ppt减法运算不同条件下两幅图像之差可以突出研究对象，例如：数字减影技术〔DSA〕〔a〕注射造影剂前X射线片〔脊柱、肝脏〕〔b〕注射造影剂后X射线片〔脊柱、肝脏、肝动脉〕〔c〕去除了脊柱和肝脏的影像，清晰显示了肝动脉76精选ppt减法运算图像的相减可能使某些像素的灰度值变为负数，在实际编程中必须要考虑到这种情况，一般情况下设定当图像相减结果为负数时以0代替。减法运算公式：G(x,y)=G1(x,y)-G2(x,y)其中：G1(x,y)和G2(x,y)代表两幅输入图像，G(x,y)代表输出图像。77精选ppt78精选ppt79精选ppt乘法运算图像的乘法主要用于提取或删掉图像中的某局部。例如图像的局部显示，可以用二值蒙板图像G1(x,y)与原图像G2(x,y)做乘法，那么得到的输出图像G(x,y)就是原始图像的局部信息。公式：G(x,y)=G1(x,y)×G2(x,y)G1(x,y)和G2(x,y)代表两幅输入图像G(x,y)代表输出图像。80精选ppt81精选ppt82精选ppt9.6.2图像的根本运算几何运算：通过空间坐标变换和灰度插值对图像进行平移、旋转、缩放、拉伸等操作。特点：运算结果不仅取决于原图像中像素本身的灰度值，还取决于相邻像素的灰度值像素的空间位置往往也会改变83精选ppt9.6.2图像的根本运算两个过程坐标变换：用空间坐标变换将目标从源位置移动到目标位置灰度插值：利用灰度插值确定目标移动后空缺像素的灰度值84精选ppt几何变换假设：原图像是f(x,y)坐标变换函数是x'=a(x,y)，y'=b(x,y)，几何变换：G(x,y)=f(x',y')=f(a(x,y),b(x,y))其中G(x,y)是输出图像。图像的几何变换主要包括平移、旋转、镜像、缩放和拉伸变换，运算公式及含义如表9-1所示。85精选ppt86精选ppt几何运算经过旋转或放缩变换，像素的坐标值可能出现不连续，因此变换后的图像必须进行灰度插值。最近邻插值双线性插值双线性插值法优于最近邻插值法〔图9-22〕在MATLAB中调用“bilinear〞函数，可以便捷地实现双线性插值。87精选ppt88精选ppt89精选ppt9.6.3图像增强技术定义：ImageEnhancement采用某种特殊的算法来突出图像中的整体或局部特征。可用于改善视觉效果、去噪、边缘提取、提高比照度等。面向问题，根据实际情况有选择地使用。处理方法：空间域：指图像平面自身，以对图像的像素直接处理为根底频域：以修改图像的傅氏变换为根底伪彩色增强：90精选ppt空间域增强空间域增强是指增强构成图像的像素空间域处理定义：g(x,y)=T[f(x,y)]其中f(x,y)是输入图像，g(x,y)是处理后图像，T是对f的一种操作。91精选ppt空间域增强增强方法点运算法——灰度级变换寻找一个适宜的变换T直方图处理模板运算法——空域过滤器〔高通/低通〕寻找一个适宜的模板92精选ppt点运算法图像中画面明亮局部与阴暗局部灰度的比值称为比照度。比照度高的图像清晰比照度低的图像模糊为了提高清晰度或显示细节，需要将图像灰度级整个范围或其中某一段比照度扩展，这就是灰度变换的方法。93精选ppt点运算法灰度变换：将图像灰度级整个范围或其中某一段比照度扩展灰度变换公式：f(x,y)=T[G(x,y)]G(x,y)是源图像，f(x,y)是增强图像T是映射函数94精选ppt线性变换函数95精选ppt96精选ppt97精选ppt灰度直方图法反映像素灰度的分布特点横坐标代表图像的灰度纵坐标代表具有相应灰度的像素的数量98精选ppt图像的灰度直方图99精选ppt灰度直方图低亮度图像的灰度直方图分布靠近低灰度区高亮度图像的灰度直方图分布靠近高灰度区低比照度图像的灰度直方图图形较锋利高比照度图像的灰度直方图图形较平坦100精选ppt101精选ppt直方图均衡化直方图均衡化--自动调节图像比照度质量的算法

作用：是将灰度图像信息分布得尽可能均匀。本质：是一个直方图的变换，将输入图像的直方图映射成一个最大平展的直方图。

102精选ppt直方图的计算〔1〕首先计算归一化累加直方图〔2〕由下式计算具有最均匀直方图的增强图像

103精选ppt104精选ppt105精选ppt模板运算法模板运算法是用滤波器对邻域的像素值进行运算来确定一个像素的映射值。G(x,y)=-f(x-1,y-1)+f(x-1,y+1)-2*f(x,y-1)+2f(x,y+1)-f(x+1,y-1)+f(x+1,y+1)G(x,y)是中心像素滤波后的灰度值，接着滤波器移动到下一个位置，重复上述计算，直到图像的末尾。106精选ppt模板计算举例f(x-1,y-1)f(x-1,y)f(x-1,y+1)f(x,y-1)f(x,y)f(x,y+1)f(x+1,y-1)f(x+1,y)f(x+1,y+1)3*3模板覆盖的图像像素灰度值107精选ppt108精选ppt109精选ppt模板运算法平滑滤波器：模糊处理和减小噪声锐化滤波器：突出图像中的细节或者增强被模糊了的细节110精选ppt频域图像增强

傅里叶变换：任何周期性重复的函数都可以表示为不同频率的sin和cos函数的和111精选ppt图像的傅立叶变换处理傅立叶反变换傅立叶变换输入图像输出图像112精选ppt图像的频谱傅里叶反变换原图像傅里叶变换恢复图像113精选ppt114精选ppt傅立叶变换的意义*图像的主体或图像中灰度变化较缓的区域在频谱中占据的是低频段*图像噪声和图像的边缘在图像的傅立叶频谱中占据的是高频段*

低通滤波器：衰减高频、通过低频。使影像模糊平滑

*高通滤波器：衰减低频、通过高频。使影像锐利清晰115精选ppt频域滤波示意图116精选ppt伪彩色增强人的视觉对彩色的分辨能力远远高于对灰度的分辨能力通常人眼能分辨的灰度有十几个等级，可以分辨1000多种彩色层次根据人的视觉特点，对原来灰度图象中不同灰度值的区域赋予不同的颜色以更明显地区分它们，使目标图像细节更加清楚。117精选ppt伪彩色增强其公式和变换示意图如下118精选ppt119精选ppt9.6.4图像分割技术图像分割：根据相似性把图像分割成假设干区域一般分割出的区域就是感兴趣区，通常称为目标，其他局部称为背景。分割后可以对感兴趣区进行定量和定性的分析医学图像分割的目标：细胞、组织与器官等图像分割的方法：阈值分割基于边界的分割120精选ppt阈值分割阈值法是最根本的图像分割方法之一。原理：根据图像中目标和背景的灰度特征确定分割阈值，然后将图像中每个像素的值与这个分割阈值相比较，从而确定该像素属于目标或是背景。图像分割最简单的应用就是图像的二值化，法那么是灰度值大于或等于阈值的像素设为“255〞；其余像素设为“0〞。一般高亮度是目标，低亮度是背景。121精选ppt阈值分割阈值法的分割方式很多，如果感兴趣的目标在内部有均匀一致的灰度值，背景灰度值也比较均匀，表现在直方图上就是图像的灰度直方图应具有明显的双峰，可以选择双峰之间的谷底的灰度值作为图像分割阈值，如图9-36所示。122精选ppt123精选ppt本例中，根据生物学特性，将细胞的像素值设为0，背景设为255。分割结果使得细胞图像更加清晰，见图9-37。124精选ppt基于边界的图像分割图像的边缘存在于目标和背景之间，是图像分割的重要依据。常用的边缘检测算子有：Sobel算子、Roberts算子、Prewitt算子、Canny算子等。125精选ppt基于边界的图像分割下面我们介绍两种常用的边缘检测算子，如图9-38所示A点代表中心点，A0至A7代表和A点相邻的像素点，A点的灰度值用f(x,y)表示。126精选ppt基于边界的图像分割1、Roberts算子首先计算沿与图像坐标轴45度角或135度角方向上的灰度变化值，即灰度梯度，数学计算公式是：|▽f(x,y)|=max{|f(A)-f(A4)|,|f(A5)-f(A3)|}；设定阈值tH后可以得到二值分割的图像127精选ppt在MATLAB中Roberts算子的实现函数是：BW=edge(I,‘roberts’,thresh)其中I是输入图像矩阵BW代表输出图像矩阵thresh阈值是〔0，1〕之间的数值，可用人工设定，如果thresh为空，那么程序自动选择阈值。128精选ppt129精选ppt130精选ppt基于边界的图像分割2、Sobel算子Sobel算子分别计算垂直和水平模板卷积和，设大于设定阈值的点那么为边缘。利用Sobel算子可以得到二值分割的图像，方法同R