生物医学图像处理课件

偽彩色與假彩色處理偽彩色處理。假彩色處理。要點：

偽彩色與假彩色處理偽彩色(pseudocolor)處理：把黑白圖象處理成偽彩色圖象。假彩色(falsecolor)處理：把真實的自然彩色圖象或遙感多光譜圖象處理成假彩色圖象。實例原始圖象招貼畫化16級亮度招貼畫化4級亮度招貼畫化3級亮度招貼畫化2級亮度偽彩色處理人眼只能區分40多種不同等級的灰度，卻能區分幾千種不同色度、不同亮度的色彩。偽彩色處理就是把黑白圖象的灰度值映射成相應的彩色。（一）灰度分層法偽彩色處理（二）灰度變換法偽彩色處理灰度變換法示意圖TG(·)f(x,y)TR(·)TB(·)R(x,y)G(x,y)B(x,y)偽彩色處理灰度變換曲線LLL/43L/4L/20GBR假彩色處理把真實的自然彩色圖象或遙感多光譜圖象處理成假彩色圖象。用途：（1）景物映射成奇異彩色，比本色更引人注目。假彩色處理用途：（2）適應人眼對顏色的靈敏度，提高鑒別能力。如人眼對綠色亮度回應最靈敏，可把細小物體映射成綠色。人眼對藍光的強弱對比靈敏度最大。可把細節豐富的物體映射成深淺與亮度不一的藍色。假彩色處理假彩色處理用途：（3）遙感多光譜圖象處理成假彩色，以獲得更多資訊。表示：真彩色圖象處理成假彩色圖象：假彩色處理例：假彩色處理表示：遙感四波段圖象處理成假彩色圖象：實例FLASH注意一種武器噴出的彩條MotorActivation-RightIndexFingerMovement1Hz 2Hz 3Hz%

100755025Schlaug,etal,1995,HarvardMedicalSchoolandBethIsraelHospitalMultispectralTissueClassificationT1T2

3DHistogramSegmentedImage看見聲音看見聲音假彩色處理用電腦上口紅原圖代數運算迭加相減：DSA、運動物體檢測。相乘：提取或刪掉圖象某部分。相除：遙感多光譜圖象相除抵消入射分量i(x,y)。實例相加M=1M=2M=4M=16Addition:averagingfornoisereduction相加相加相加相加相加相加相加F0108401曹立基作品相加相加相加相加對準drag鈕按住滑鼠左鍵移動相減p.109相減相減相減相減相減相減DSAX-rayimageobtainedbeforeandafterinjectionofdyeintoarteries.Dyeaffectsappearanceofbloodvesselsbutnotsurroundingtissues.Subtractingpre-andpost-injectionimagesenhancesbloodvesselsrelativetotissues.(ImagecourtesyofD.W.Holdsworth,RRI.)相減DSA相減DSA相減：檢測運動物體相減相乘相乘相乘Multiplication:maskingusedtozerooutareasthatyoudon’twanttouseincalculationsx(a)Magneticresonancevelocityimagethroughthehumanneck.Multiplyingbythemaskin(b)isolatespixelscorrespondingtooneofthecarotidarteries.Averagingpixelvaluesinsidethemaskedregionandmultiplyingbytheareaofthemaskyieldstheaveragebloodflow.(ImagecourtesyofD.A.Steinman,RRI.)(a)(b)相乘相除Division:imageformationisoftenamultiplicativeprocess:needtoeliminateI(x,y)forbettervisualizationandprocessing(e.g.,thresholding)BlackbloodMRimagethroughneckofasubject.Therolloffinimageintensitycanbemodelledasamultiplicativeprocess.(ImagecourtesyofD.A.Steinman,RRI.)相除(a)BlackbloodMRimagethroughneckofasubject.(b)Imageafterdividingoutestimatedrollofffunction.(ImagecourtesyofD.A.Steinman,RRI.)(a)(b)Division(cont’d):estimateI(x,y)anddivideitoutmanyproceduresforestimatingI(x,y);willcoveronelater(homomorphicfiltering)Matlab相除Matlab相除魔術中的相加相減坦克消失圖象融合ImagefusionPage347龍SphinxadidasF0108201劉丹作品F0108201劉丹作品MicroCD?點擊圖片播放視頻圖象經轉換或傳輸後，品質可能下降，難免有些模糊。圖象銳化目的：加強圖象輪廓，使圖象看起來比較清晰。圖象銳化圖象輪廓是灰度陡然變化的部分，包含著豐富的空間高頻成分。把高頻分量相對突出，顯然可使輪廓清晰。高頻加強濾波器使高頻分量相對突出，而低頻分量和甚高頻分量則相對抑制。高頻加強濾波器理想高頻加強濾波器的轉移函數可表示成：高頻加強濾波器它由三種濾波器構成：（1）（2）高頻加強濾波器（3）高頻加強濾波器高頻加強濾波器轉移函數三維圖高頻加強濾波器轉移函數剖面圖Dl0Dh0高頻加強濾波器轉移函數分解全通濾波器高頻加強濾波器轉移函數分解高通濾波器Dh0高頻加強濾波器轉移函數分解低通濾波器Dl0F(u,v)Hl(u,v)Ha(u,v)Hh(u,v)G(u,v)高頻加強濾波器轉移函數分解幾種常見的高通濾波器（1）理想高通濾波器理想高通濾波器轉移函數三維圖理想高通濾波器轉移函數剖面圖（2）巴特沃思高通濾波器3階巴特沃思高通濾波器轉移函數三維圖3階巴特沃思高通濾波器轉移函數剖面圖（3）指數形高通濾波器3階指數形高通濾波器轉移函數三維圖3階指數形高通濾波器轉移函數剖面圖（4）梯形高通濾波器梯形高通濾波器轉移函數三維圖梯形高通濾波器轉移函數剖面圖D1D0考察正弦函數，它的微分。微分後頻率不變，幅度上升2πa倍。2.3.2微分法空間頻率愈高，幅度增加就愈大。這表明微分是可以加強高頻成分的，從而使圖象輪廓變清晰。

最常用的微分方法是梯度法。設圖象函數為f(x,y)，它的梯度(Gradient)是一個向量，定義為：微分法

在(x,y)點處的梯度，方向是f(x,y)在這點變化率最大的方向，而其長度（記G[f(x,y)]）則等於f(x,y)

的最大變化率，即微分法

為方便起見，以後把梯度長度也簡稱為梯度。對數字圖象，用差分來近似微分。兩種常用差分演算法（1）典型梯度演算法微分法（2）羅伯茨（Roberts）梯度演算法微分法羅伯茨梯度演算法典型梯度演算法

上述二演算法運算較費時。為更適合電腦實現，採用絕對差分演算法：微分法及注：對NxN數字圖象，不可能在最後一行(x=N)和最後一列(y=N)象素上計算梯度值。一種補救辦法：用前一行(x=N-1)和前一列(y=N-1)對應象素的梯度值。微分法

某象素上的梯度值是該象素與相鄰象素的灰度差值的單調遞增函數。圖象輪廓上，象素灰度有陡然變化，梯度值很大。圖象灰度變化平緩區域，梯度值很小。等灰度區域，梯度值為零。微分法哪一個梯度大？pp.110-111

一旦計算梯度的演算法確定，有許多方法使圖象輪廓突出。微分法

輪廓比較突出，灰度平緩變化部分，梯度小，很黑。

（1）微分法

T：門限值、閾值(threshold)，非負。適當選擇T，既突出輪廓，又不破壞背景。

（2）背景保留微分法

LG：指定的輪廓灰度值。

（3）背景保留，輪廓取單一灰度值。微分法

LB：指定的背景灰度值。

（4）輪廓保留，背景取單一灰度值。微分法

LG：指定的輪廓灰度值。

LB：指定的背景灰度值。

（5）輪廓、背景分別取單一灰度值，即二值化。只對輪廓感興趣。2.3.3反銳化掩模法基本演算法如下：圖象通過低通濾波器後，高頻成分受到抑制，圖象變得模糊。換言之，模糊圖象中高頻成分已被削弱。反銳化掩模法

會使的低頻成分損失很多，而高頻成分較完整地被保留下來。

當疊加C倍的到後，就提升了高頻成分，而低頻成分幾乎不受影響。反銳化掩模法可用簡單局部平均法求得，鄰域取3x3，掩模為MaskMask反銳化掩模法取C=9，式(2-5)的掩模為實例USMUSMUSMUSMUSMUSM查找邊緣查找邊緣查找邊緣查找邊緣查找邊緣照亮邊緣照亮邊緣照亮邊緣照亮邊緣照亮邊緣TermsImagesharpening:圖象銳化Contour:輪廓Edge:邊界，邊緣Boundary:邊界Deblurring:去模糊Highfrequencyenhancementfilter:高頻加強濾波器TermsDifferentiation:微分Gradientvector:梯度向量Gradientmagnitude:梯度值，梯度Background:背景Object:物體Scene:景物，場景Unsharpmasking:反銳化掩模TermsOvershoot:過沖Ring:振鈴Stepfunction:階躍函數Unitstepfunction:單位階躍函數Rectangularpulse:矩形脈衝Triangularpulse:三角形脈衝Gaussianfunction:高斯函數同態濾波

照度,反射係數。

若物體受到照度明暗不勻的時候，圖象上對應照度暗的部分，其細節就較難辨別。同態濾波的目的：消除不均勻照度的影響而又不損失圖象細節。同態濾波依據：圖象的灰度由照射分量和反射分量合成。反射分量反映圖象內容，隨圖象細節不同在空間上作快速變化。照射分量在空間上通常均具有緩慢變化的性質。照射分量的頻譜落在空間低頻區域，反射分量的頻譜落在空間高頻區域。同態濾波步驟：（1）（2）同態濾波步驟：（3）壓縮i(x,y)分量的變化範圍，削弱I(u,v)，增強r(x,y)分量的對比度，提升R(u,v)，增強細節。確定H(u,v)。同態濾波確定H(u,v)rLrH同態濾波步驟：（4）同態濾波步驟：（5）lnFFTH(u,v)FFT-1expf(x,y)g(x,y)同態濾波流程圖實例幾何運算平移旋轉放大縮小反轉延展幾何變形實例平移，旋轉三維的平移點擊圖片播放視頻PROBLEMSOLUTIONf(x’,y’)g(x,

y

)NearestneighbourBilinearBicubic,...NearestNeighbour(Zeroorder):Example:Fromwhichinputpixel(1,2,3or4)wouldyougetthegrayleveloftheoutputpixel?12341Interpolationmethods:f(x’,y’)g(x,

y

)Bilinear(First-Order)Interpolation:Graylevelatnon-integercoordinatesfoundbyinterpolatingvaluesoffour(4)neighbouringpixelsusingbilinearfunction.xyg(x,y)f(x’,y’)BilinearvsNearestNeighbour:OriginalNearestNeighbourBilinear幾何運算線性內插雙線性內插雙線性內插P118Eq.(2)雙線性方程雙線性內插p.118上海交大學生作品透視F0108201張丹楓作品透視透視透視點擊圖片播放FLASH可按Alt+F4退出FLASHE.g.,imagewarping近朱者赤點擊圖片播放視頻變形的臉變形的狗嘴點擊圖片播放視頻幾何運算幾何校正用於校正：透視失真枕形失真桶形失真GeometriccalibrationE.g.,barreldistortion(shownbelow);pin-cushiondistortionCorrectbyimagingaknowngridpatternanddesigningawarpingfunctionbasedonknownpatternandimagedpattern.ImagerectificationE.g.,polarscansinultrasound:convertfrom(r,

)coordinatesystemto(x,y)

rImagerectification(cont’d)Originalimage:Afterrectification:幾何校正P118Eq.(19)雙線性空間變換方程f(x’,y’)g(x,

y

)g(x,

y

)Gray-LevelInterpolation(1)ForwardMapping-computenewcoordinates-then“spread”grayleveloverfourneighbouringpixelsusinginterpolation(2)BackwardMappingE.g.,fortranslation-(i,

j)couldingeneralfallbetweennon-integercoordinates-obtaingray-levelatcoordinates(i,

j)usinginterpolationf(x’,y’)g(x,

y

)ManyinputpixelsmaymapoutsideborderofoutputimageEachoutputpixelmaybeaddressedmanytimes,withmanyinputpixelscontributingtofinalgraylevel(esp.fordemagnification)Forwardmappingiswasteful:f(x’,y’)g(x,

y

)Backwardmappingismorepractical:Inbackwardmapping,graylevelofeachoutputpixelisdeterminedbyoneinterpolationstepbetweenexactly4inputpixelsf(x’,y’)g(x,

y

)Backwardmappingismorepractical,althoughcalculatinginverseoperationmaybedifficult.p.122p.126p.127p.128p.123ControlPointpp.120-121平移放大變換公式旋轉Theaspectoftheorganmodel'sdeformation

ControlPointDataFusionSystemforSupportingtheSurgery

Timesequentialimageofwalking

ControlPoint—PositionMarker4-dimensionalmusculoskeletalmodel

點擊圖片播放視頻一個廣告的製作過程控制點的運用怎樣讓骷髏動得更逼真？點擊圖片播放FLASH可按Alt+F4退出FLASH點擊圖片播放FLASH可按Alt+F4退出FLASH點擊圖片播放FLASH可按Alt+F4退出FLASH幾何變換之大集成圖象配准沒配准的後果欲蓋彌彰的配准ImageregistrationE.g.,mayimageatumorattwodifferentinstantsintimeandmaywanttocheckifitisgrowing.E.g.,Surveyingland:Image1showsanareaofMojavedesert;2showsadjacentarea;3formedbyregisteringoverlappingregionsandstitchingimagestogether.123MultispectralTissueClassificationT1T2

3DHistogramSegmentedImage配准配准點擊圖片播放FLASH可按Alt+F4退出FLASH圖象變形(Imagemorphing)p.137Figure8-17點擊圖片播放視頻ImagemorphingNote,wearewarpingfromoneimagetoadifferentimage.ComparewithEinsteinexample.

-usedinmotionpictures&animation反過來變換，豈不更好？點擊圖片播放視頻點擊圖片播放視頻哭笑不得的表情是怎樣生成的？點擊圖片播放視頻返老還童不是夢（在螢幕上）成長製圖學應用對準地球按住滑鼠左鍵移動點擊圖片播放FLASH可按Alt+F4退出FLASHTermsGeometriccorrection,Geometriccalibration:幾何校正Spatialtransformation:空間變換Interpolation:內插，插值Nearestneighborinterpolation:最近鄰點內插Bilinearinterpolation:雙線性內插Extrapolation:外插TermsZoomin:放大Zoomout:縮小Hyperbolicparaboloid:雙曲拋物面Imagerectification:圖象矯正Imageregistration:圖象定位，圖象配准Cartography:製圖學Projection:投影小波變換及應用實例鯊魚會小波分析？FLASH滑鼠指向圖像，按右鍵，選“播放”

基Base磚 十進位分子 對數的底原子 指數的底元素 時鐘細胞 年月日堿基 單位字母 算盤珠交響樂樂器 美羅城玻璃FourierTransformFourier’sFourierTransformp.202小波變換可同時得到空間域與頻域資訊傅立葉變換與小波變換IFT:IWT:傅立葉變換與小波變換FT:WT:TheContinuousWaveletTransformScalingTheDiscreteWaveletTransform離散小波變換

Mallatalgorithm馬拉演算法

Herringbonealgorithm魚骨演算法基小波舉例基小波舉例基小波舉例基小波舉例基小波舉例鏡象濾波器一維連續小波變換舉例一維連續小波變換舉例離散小波變換壓縮或去噪原理係數值百分比TT3T3The2DDiscreteWaveletTransform二維離散小波變換

馬拉演算法

解析度640x480解析度320x240解析度160x120解析度80x60解析度640x480解析度320x240解析度160x120解析度80x60Pyramid離散小波變換點擊圖片播放視頻人眼視覺特性之一從粗到細觀察二維離散小波變換舉例二維