单位立体角的单位为立体弧度.doc

单位立体角的单位为立体弧度，一个立体弧度为半径 1 米的球面上1 平方米面积所张的立体角。3) 色度学彩色也是一种心理感觉，它与照明源的辐射能量的分布机观看者的视觉感觉有关。色度学是大量测量彩色的科学。三基色学说是在配色实验的基础上建立的，主要观点是：人眼中有红、绿、蓝三种色感细胞，它们的最大感光灵敏度分别落在红色、绿色、蓝色区域，而其合成的光谱响应为视见曲线。1931年，国际照明技术委员会C. I. E.规定：三基色的红光是700nm，1.0000 流明为1 个单位，绿光为546.1nm，4.590 流明为1 个单位，蓝光是435.6nm，0.0601 流明为1 个单位。亮度方程为：Y = 0.22R + 0.70G + 0.07B2) 直方图特征一幅数字图象可以看作二维随机过程的一个样本，能用联合概率分布加以描述。统计各象素点的灰度值所得到的直方图，可以用来估计图象的概率分布，从而形成一类特征。定义图象灰度的一阶概率分布为：P(b) = Prob f ( j, k) = b,0 b L 1其中，b 是量化层的值，共L 层。图象直方图 P(b)为：P(b ) N (b)/ M其中 M 是整幅图象的象素总数，N(b)为图中灰度为b 的象素数。第一章医学图象处理和可视化概论6直方图的形状可给出图象特征的许多信息。例如，分布狭窄的直方图反映图象的对比度很低，双峰型直方图反映图中存在两个不同灰度区等等。与一阶直方图特征表征的参数有：平均值 b bPb bL=( )bL=( )01方差 b bL2 b b 2 P b01= =( ) ()歪斜度 b b b P b sb bL= =13301 ( ) ()峭度 b b b P b kb bL= 14401( ) ()能量 b Pb NbL=201( )熵 b Pb Pb EbL= =( )log ( ) 201二阶直方图特征以象素的联合概率分布为基础。3) 边缘特征图象灰度级的局部不连续性，被称为局部边沿。边沿沿切线方向能够连接成大范围的线段，称为边界。这能够反映图象中物体或区域所占的物理限度。边界检测技术，一直受人们的重视。4) 线条和角点特征在图象中，经常存在由线条相交引起的角点。从图中提取线条各角点，不仅可以压缩图象信息量，也便于描述和推理识别。角点在线图匹配中起着重要作用，它代表的局部结构关系不因视角而改变。5) 纹理特征纹理区域是指这区域由紧密混杂在一起的某种单元（纹理基元）构成，这种单元或局部结构在比它更大的范围内大致做均匀重复排列。物理是一种空间性质，涉及象素的邻接特性。博士论文陈天洲 医学图象处理与可视化技术方法研究7第4节 医学图象自伦琴（Wilhelm Conrad Rontgen）1895 年发现X 线后不久，在医学上，X 线就被用于对人体进行检查，进行疾病诊断，形成了放射诊断学（diagnostic radiology）的新学科，并奠定了医学影象学（medical imageology）的基础。50 年代到60 年代开始应用超声与核素扫描进行人体检查，出现了超声成象（ultrasonography，USG）和闪烁成象（-scintIgraphy）。70 年代和80 年代又相继出现X 线计算机体层成象（X-ray Computed Tomography，X-ray CT 或CT）、磁共振成象（MagneticResonance Image，MRI）和发射体层成象（Emission Computed Tomography，ECT），如单光子发射体层成象（Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT）与正电子发射体层成象（Positron Emission Tomography，PET）等新的成象技术。虽然各种成象技术的成象原理与方法不同，诊断价值与限度各异，但都是使人体内部结构和器官形成影象，从而了解人体解剖与生理功能状态及病理变化，以达到诊断目的；都属于活体器官的视诊范畴，是特殊的诊断方法。70 年代迅速兴起的介入放射学（interventIonal radIology），即在影视监视下采集标本或在影象诊断的基础上，对某些疾病进行治疗，使影象诊断学发展为医学影象学的崭新局面。医学诊断学不仅扩大了人体的检查范围，提高了诊断水平，而且可以对某些疾病进行治疗。X 光胶片摄制实际上是三维数据场的二维投影。MRI、CT 等图象在医学临床诊断中应用广泛，一方面是由于它们的精度高、图象质量好，另一方面是由于它们是三维的数据。MRI、CT 图象直接反映了三维数据场信息，对它作加工，可以得到各个断面，可以获得真实感的绘制效果，可以在三维进行剖切等。在检查器官的器质性病变时，MRI、CT 是常用的检查手段。但是，MRI、CT 检查也有其限制，即在病变区域较小时，不能提供诊断依据。在临床上，CT、MRI 最小层间距为1 毫米，远大于组织的尺寸。显微摄影学（mIcroscopIc photography）是利用摄影技术和显微镜技术，将在显微镜下观察到的细胞、组织形态拍摄下来而成为永久性的记录。组织切片是组胚、解剖中常用的手段，对怀疑有病变的部位，通过手术，取出部分组织。通过切片、染色、干燥、切片等手段，制作序列切片，每片厚度仅为几个微米。通过电子显微镜，可以观察各个断层上，以获得微观上的诊断依据。在一些手术后，也采用组织检查的方法来验证手术的正确性、必要性。可视化技术可以这些二维断层图象重建成为三维模型，在计算机上可以观察真实感绘制的图形。医学图象的采集，通常分为三种情况：第一种情况是数字成像设备如 CT、CR、MRI 等，产生的数字图象。第二种情况是历史的胶片，可以通过专用的扫描仪转化为数字图象，输入计算机。第三种是超声波图象，通过视频采样而得。或显微图象，通过显微镜观察细小的对象，再通过视频采样而得。第一章医学图象处理和可视化概论8第5节 医学图象处理和可视化研究1. 医学图象处理图象处理应用于医学领域已有数十年历史。在医学领域引入图象处理，是因为其形态定量技术给医学中与形态定量技术相关的各门学科的发展提供了重要手段。传统的形态定量描述已不能满足现代医学中的要求。如在肿瘤的病理诊断中，主要是以肿瘤细胞形态特征的观察，即定性描述为主要依据。但近数十年来，电镜与免疫组化等新技术的应用，大大推动了肿瘤病理诊断的发展。然而，这些方法大部分都停留在概括性定性分析或半定量分析水平上。有些肿瘤的形态差异很小、加上缺乏客观定量尺度与观察者的视觉误差，所以对病变认识有一定的主观性，造成分型、分级上的不一致性，给临床和预后判断带来了困难。图象处理技术可以为医学永久提供更好的客观性、重复性和可测性。从学科角度，可以用于解剖学、组织学、肿瘤病理学、免疫学、放射科学、细胞生物学、分子生物学等多种学科。图象处理技术在形态学上的应用如图所示。其中各项内容为：形态观察：是通过图象增强、恢复等手段，使原本不清晰的图象改善质量，便于观察。几何形态测量：包括正常、病变或损伤组织核细胞形态参数的测量。分为动态和静态测量，前者针对活细胞的测量，如ConA 与膜受体结合后巨噬细胞功能及膜形态的改变。后者可以进行切形态观察几何形态测量动态测量静态测量光密度测量组化定量酶组化定量免疫组化定量放射自显影象定量染色体核型分析体视学测量三维结构重建形态学上的应用图表2 医学图象形态分析博士论文陈天洲 医学图象处理与可视化技术方法研究9片染色制片等操作，如视网膜色素上皮吞噬颗粒影响因素的研究。光密度测量：主要用于 DNA 含量的定量分析。染色体核型分析：需要识别染色体的分裂相并进行染色体的配对。体视学测量：计算体视学指标，如体密度、圆球度等。三维结构重建：依据二维截面重建三维结构。图象处理技术在技术上而言，在医学图象上应用主要有三个方面：改善图象质量：对给定的原始图象，消除使其模糊不清的因素，如噪声、明暗不均等，矫正其中的畸变，增强图象的反差，使图象的质量得到改善。描述图象的结构特征：提取给定图象的特征，并进行特征参数的测量，如结构的面积、周长等参数。三维结构的重建：对一三维立体结构按一定方向连续切出的各张二维图象进行描述后，再反推三维结构的立体图象。2. 医学图象可视化的功能可视化技术已广泛应用于诊断医学、微损外科、整形与假肢外科中的手术规划与辐射治疗规划、脑结构图及功能研究等分支。在以上应用中的核心技术是将过去看不见的人体器官能以二维图象形式显示出来，或重建它们的三维模型。诊断医学：在临床核医学研究中，CT 图象、磁共振图象和超声图象的广泛应用是诊断的有力的手段。应用先进的可视化技术对这些图象进行处理、构造三维实体模型以及对其进行剖切显示，有助于了解复杂解剖特征的空间定位和随着时间所发生的变化。整形与假肢手术规划：可视化技术在整形外科中的应用是假设计（造型）。例如，在做髋骨更换手术前，需要根据病人的个体特征正确地设计所需髋骨假肢的外形，才能减少因假肢形状差异造成手术失败的概率。首先根据CT 或MR 图象重构假肢的精确三维模型，交工厂制作，然后进行手术更换。辐射治疗规划：利用放射性射线杀死或抑制恶性肿瘤需要事先做出仔细规划包括剂量计算和照射点精确定位。如果辐射定位不准或剂量不当，轻则造成治疗效果不佳，重则危及周围正常组织。根据医学图象重建病人病灶区的解剖结构，并作出精确定位和剂量计算已是实际可行的。脑结构图及其功能研究：由于脑的复杂性，纯粹采用神经生物学家所常采用的简化方法无法对之作出进一步了解。可视化技术在通过组织切片、医学成象仪器（如超声、CT、MR 等）、药物吸收和神经生理实验等手段获取脑的数字图象，并进行特征提取和脑图分析，重构三维脑的结构图和功能图，以适当的三维显示方式显示出来。NCSA 的研究项目：狗心脏CT 数据的动态显示，利用远程的并行计算资源，用体绘制技术实现CT 扫描三维数据场的动态显示。依利诺大学芝加哥分校研制了在工作站和超级计算机上实现的第一章医学图象处理和可视化概论10可视化软件，对人类胚胎实现交互的三维显示。医学图象可视化的发展历程为：1、早期探索阶段（八十年代末可视化学科建立以前）主要针对心脏、肝脏、胚胎、神经等器官的三维重建表面重建的算法：轮廓线提取算法、轮廓线对应算法、三角片镶嵌算法、曲面拟合算法2、基础算法研究阶段（八十年代末可视化学科建立以后至九五年）基于体元的表面绘制算法：Cuberille5、Marching Cubes6、Dividing Cubes 7直接体绘制算法：Raycasting8、Splatting 9、V-Buffer10及各种加速算法3、实用系统研究阶段（九六年至现在）外科手术模拟系统、放射治疗模拟、虚拟内窥镜、整形外科、解剖模拟可视化技术的关键技术有：预处理技术、分类技术、造型技术、绘制技术医学图象可视化的热点技术： 连续组织切片的三维重建 分类与识别技术 医学体数据的绘制（效果与速度）绘制模型、硬件绘制、体数据压缩 医学体数据的造型技术实体器官、管状组织造型、多分辨率造型 虚拟现实技术、三维交互技术 多模态数据的配准 图像信息网络化、标准化第6节 本人在医学图象处理与可视化研究方向的工作本论文总结了我攻读博士学位期间的主要研究工作。对采样数据的处理（包含滤波等预处理过程）对体数据的分析（包含分类等等特征抽取过程）对体数据的绘制（包含对计算机中建立的模型的操作）图表3 医学可视化技术博士论文陈天洲 医学图象处理与可视化技术方法研究11第一章介绍了图象处理与可视化的基本概念，讨论了医学图象的来源与图象处理、科学计算可视化在医学图象中的研究。并简单介绍了视觉的产生、图象产生和数字图象的基本特征。第二章，详细介绍了对序列组织图象的处理，其中分析了噪声的引入，讨论了消除噪声的方法。在高噪声、有形变的情况下，设计邻域相关联的区域增长方法，能够减少由于图象质量对检测的影响。为了能够自动进行对象检测，引入评价函数，评价分割结果。如果分割结果仍然需要改进，又引入检测参数优先级与步长函数，自动控制检测参数的修改。检测结果应用在图象三维对齐定位上，矫正形变，又可以反馈以进一步学习检测参数。第三章介绍了数学形态学在图象处理中的应用，并提出带约束的形态变换，以对CT 图象求取完整的胸廓。又详细介绍了对形态分割算法中分水岭算法的改进，提出了分水岭中的新的概念及算法过程，该算法时间、空间复杂度小，结果精确。在数学形态学的具体应用中，讨论了在精子图象处理中形态处理的应用。对静态图象，进行分割。通过硬件叠加，采集动态图象。通过细化算法，计算精子运动的主方向曲线，然后可以计算其他的测量参数。第四章研究了在计算机网络技术发展下，计算机图象处理在分布系统下进行的实现与讨论。其中引入了客户机/服务器机制，对图象处理的子任务划分、任务分发策略进行了讨论。在网络支持下，将图象形态处理的底层算法制作为图象处理软件包，在各个服务器上提供用户图象处理的计算能力。第五章分析了三维标量场为中组织对象的识别分割技术，依据原先在序列图象处理中边界检测分割算法，在三维中进行扩充。由于组织对象具有在组成元素上的复杂性，我们引入了模糊分割，设置体素的隶属度，结果令人满意。针对三维标量场的细节绘制作的研究。混合散射模型CSM，首先应用输运方程，分解散射强度为体散射强度与面散射强度，成为加权和。权重由适应性体素介质分类方法提供。该分类方法充分利用灰度与梯度的二维分布，计算体素的从属概率。从CSM绘制结果上看，能够绘制出隐含分界面，加强了体空间的细节