1、數(shù)字（醫(yī)學(xué)）圖像處理Digital (Medical ) Image Processing羅小剛生物工程學(xué)院第二章 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)第二章數(shù)字圖像處理系統(tǒng)系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)字化設(shè)備存儲設(shè)備處理設(shè)備輸出設(shè)備處理軟件醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院2.1系統(tǒng)的構(gòu)成構(gòu)造特點(diǎn)面向?qū)ο?、面向?yīng)用基本成分硬件、軟件分類專用、通用醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院硬件結(jié)構(gòu) 圖像數(shù)字化設(shè)備圖像處理設(shè)備（計算機(jī)）圖像顯示設(shè)備圖像存儲設(shè)備醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院圖像處理設(shè)備 終端輸出圖像存儲輸入圖像存儲圖像采集及數(shù)字化設(shè)備圖像顯示設(shè)備程序庫數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成圖示醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶

2、大學(xué)生物工程學(xué)院圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成2圖像采集：？電信號（電流、電壓）圖像數(shù)字化設(shè)備：將圖像轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可以處理的數(shù)字形式，通常用數(shù)字矩陣表示轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖像處理設(shè)備（計算機(jī)）：包括硬件設(shè)備和軟件兩部分，即圖像存儲設(shè)備、CPU、程序庫等，其中軟件或算法是本課程研究的重點(diǎn)。圖像顯示設(shè)備：包括永久顯示設(shè)備和暫時顯示設(shè)備CRT、LED等為暫時顯示設(shè)備打印機(jī)、照片等可永久顯示圖象顯示設(shè)備的性能評價通常由人眼觀察的圖像效果決定 。醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院圖像處理系統(tǒng)性能主要衡量指標(biāo)圖像分辨率 ：“空間分辨率”，圖像處理系統(tǒng)具有的分辨圖像細(xì)節(jié)的能力，線對/數(shù)字圖像的點(diǎn)陣數(shù)般來說，高分辨率的不應(yīng)低于1

3、024768點(diǎn)陣，中分辨率的為512512或576768點(diǎn)陣，低分辨率的則為256256點(diǎn)陣。圖像分解力：是指圖像系統(tǒng)對圖像明暗程度或色彩的分解能力，bit數(shù)表示，bit數(shù)越高，性能越好衡量指標(biāo)：標(biāo)稱值/實(shí)際值兩種標(biāo)稱值指系統(tǒng)A/D取的bit數(shù)實(shí)際值則指系統(tǒng)實(shí)際所達(dá)到的bit位數(shù)，實(shí)際值常用有效bit位數(shù)表示 。醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院指標(biāo)5硬件指標(biāo):處理功能圖像的代數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、直方圖統(tǒng)計、卷積、FFT、二值化以及圖像的形態(tài)學(xué)運(yùn)算等。功能參數(shù)。主機(jī)功能：主要指軟件的功能和環(huán)境包括處理功能、處理速度。主機(jī)處理還涉及軟件環(huán)境（DOS/Windows/Unix），以及編程語言、庫函

4、數(shù)、菜單形式等。醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院現(xiàn)狀與趨勢大量的工作集中在算法和應(yīng)用軟件的研制上，將涌現(xiàn)更多的應(yīng)用系統(tǒng)圖像硬件系統(tǒng)的發(fā)展則集中在高速圖像處理系統(tǒng)和各種專業(yè)系統(tǒng)的研制醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院2.2 圖像數(shù)字化設(shè)備圖像數(shù)字化器的組成圖像數(shù)字化器的性能數(shù)字照相機(jī)攝像機(jī)掃描儀醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院2.2.1圖像數(shù)字化器的功能采樣把圖像劃分為若干圖像元素（像素），并給出它們各自的存儲地址；量化度量每一像素的灰度，并把連續(xù)的度量結(jié)果量化為整數(shù)；信息保存將圖像量化結(jié)果寫入存儲設(shè)備。醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院圖像數(shù)字化器醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)

5、院圖像數(shù)字化器的組成采樣孔（Sampling aperture）：圖像掃描機(jī)構(gòu)：光傳感器：量化器：輸出存儲體醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院2.2.2圖像數(shù)字化器的性能像素大小圖像大小被測對象的局部特征線性度灰度級噪聲醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院2.2.3數(shù)字照相機(jī)（數(shù)碼相機(jī)）鏡頭、感光器件（CCD或CMOS）、MPU（微處理器）、內(nèi)置存儲器、LCD（液晶顯示器）、PC卡（可移動存儲器）和接口（計算機(jī)接口、電視機(jī)接口）等部分組成 數(shù)碼相機(jī)的立體剖面圖醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院面陣CCD示意圖醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院圖像存儲壓縮、存儲壓縮由系統(tǒng)內(nèi)置的微處理器來完

6、成。壓縮處理與存儲圖像所用的時間不可忽略，因此在使用數(shù)碼相機(jī)時可以明顯感到較長的等待時間。圖像格式的種類繁多，JPEG格式。醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院存儲器內(nèi)置存儲器半導(dǎo)體存儲器，安裝在相機(jī)內(nèi)部，用于臨時存儲圖像，接口傳送。 可移動存儲器CompactFlash卡（CF）SmartMedia卡（SSFDC）ATA Flash 醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院數(shù)碼相機(jī)輸出接口計算機(jī)通訊接口串行接口、并行接口、USB接口和SCSI接口。若使用紅外線接口，則要為計算機(jī)安裝相應(yīng)的紅外接收器及其驅(qū)動程序連接電視機(jī)的視頻接口連接打印機(jī)的接口醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院、彩色圖像獲取同

7、時攝像方式依次攝像方式醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院（1）同時攝像方式三管攝像機(jī)。分光鏡把被攝物體分為紅、綠、藍(lán)三種基色，三支攝像管同時攝取紅、綠、藍(lán)三幅圖像。三基色同時攝取的方式，廣播級的電視領(lǐng)域，高性能的氧化鉛攝像管。缺點(diǎn)是系統(tǒng)體積大，造價高。 醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院（2）依次攝像方式又稱“時間分割方式”，按照時間的順序依次攝取紅、綠、藍(lán)三基色。單管彩色攝像機(jī)，只用一支彩色攝像管來完成彩色圖像的光電轉(zhuǎn)換，“單管機(jī)”。優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、制造成本低、彩色重合性好、調(diào)整維修簡便等。缺點(diǎn)：是靈敏度、分解力和信噪比較低多于工業(yè)、教學(xué)和家庭醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院2

8、.2.6圖像采集卡對視頻信號解碼、數(shù)字化的專用設(shè)備 安裝在計算機(jī)中 圖像采集卡的結(jié)構(gòu)決定了圖像系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。硬件結(jié)構(gòu)主要有面向圖像幀存和面向計算機(jī)內(nèi)存兩種方式。醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院1、面向圖像幀存的圖像卡結(jié)構(gòu)視頻源數(shù)字化設(shè)備圖像幀存微機(jī)接口微機(jī)圖像顯示監(jiān)視器面向圖像幀存的圖像硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院2.3 數(shù)字圖像存儲設(shè)備（1）用于處理時的短期快速存儲計算機(jī)內(nèi)存，另一種是幀存（2）關(guān)系到快速調(diào)用的在線存儲主要考慮速度，常采用磁盤（3）大容量的檔案存儲主要考慮存儲容量，一般采用磁帶、光盤存儲的容量以字節(jié)（B）、千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、吉字節(jié)（GB

9、）、太字節(jié)（TB）為單位醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院2.4 數(shù)字圖像處理設(shè)備通用計算機(jī)系統(tǒng)有以下四類：Apple Macintosh包括其內(nèi)置的操作系統(tǒng)軟件及用戶接口；IBM PC兼容機(jī)使用磁盤操作系統(tǒng)（DOS，Microsoft Windows系列)；圖形工作站使用UNIX操作系統(tǒng)，或 X WINDOWS環(huán)境；大型計算機(jī)系統(tǒng)擁有大量的資源并被許多用戶通過遠(yuǎn)程工作站共享。各系統(tǒng)也通過網(wǎng)絡(luò)共享資源和數(shù)據(jù)。醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院2.5圖像輸出設(shè)備圖像的顯示方式永久性系統(tǒng)，改變了記錄媒體的光吸收特性，留下圖像的硬拷貝，如照片、膠片、打印紙等。暫時顯示設(shè)備，在圖像顯示器上留下瞬間

10、的影像，如圖像監(jiān)視器、投影儀等。圖像顯示系統(tǒng)最重要的顯示特性圖像的大小、光度分辨率和空間分辨率、高低頻響應(yīng)特性和噪聲特性。醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院2.5.2永久顯示設(shè)備將圖像永久記錄在紙張或膠片上的設(shè)備膠片記錄器、激光打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、熱蠟轉(zhuǎn)移打印機(jī)、顏料升華打印機(jī)等“圖像記錄設(shè)備”或“硬拷貝設(shè)備”。采用半調(diào)（halftone）技術(shù)，通過改變排列成規(guī)則圖案的小黑點(diǎn)的大小來仿真多種灰度級，提高圖片的質(zhì)量。另一種提高顯示質(zhì)量的常用技術(shù)稱為“抖動”（dither）醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院2.6 圖像處理軟件高級程序C程序本課程采用Matlab實(shí)現(xiàn)算法提供了專門的圖像輸入輸出

11、函數(shù)，對圖像的訪問很簡單。強(qiáng)大的圖像處理工具包，對以后的工程實(shí)踐以及科研很有幫助。Photoshop等圖像處理軟件沒有二次開發(fā)功能，不能用于專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院常見圖像存儲格式英文名稱 類型說明Tagged image file format*.TIFDOS,UNIX 及Macintosh圖像Encapsulated PostScript*.EPS出版業(yè)使用格式Graphical interchange format*.GIFCompuSever圖形格式Bit-Mapped format*.BMPMicrosoft Windows標(biāo)準(zhǔn)格式Macintosh *.PICTApple Macintosh 圖像Presentation manager*.BMPIBM OS/2 位圖格式醫(yī)學(xué)圖像處理講義重慶大學(xué)生物工程學(xué)院圖像文件