医学图像处理ppt课件

.,医学图像处理,MedicalImageProcessing,.,第二章数字图像处理基础,TheFundamentalsofDigitalImageProcessing,.,要深入学习医学图像处理技术，就必须理解和掌握数字图像处理的的一些基本概念和术语。例如数字图像的获取、图像矩阵的表达、图像中的像素、灰度值的意义、图像的数据表达格式、图像的格式、图像的直方图等。,.,本章的主要内容,图像的数字化数字图像的数值描述数字图像的类型图像文件格式数字图像的灰度直方图图像像素间的基本关系,.,2.1图像的数字化,图像的分类,根据其形式或产生方法可将图像分成模拟图像和数字图像。,图像是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，是对客观存在的物体的一种相似性的生动模仿与描述。,.,模拟图像在水平与垂直方向上的像素点位置的变化以及每个像素点位置上的灰度变化都是连续的，因此有时又将模拟图像称之为连续图像(continuousimage)。,数字图像是指把模拟图像分解成被称作像素的若干小离散点，并将各像素的颜色值用量化的离散值，即整数值来表示的图像。像素是组成数字图像的基本元素，是按某种规律（如模拟/数字转换）获得一系列二进制数码（0和1）来表示图像中的每个点的信息，即数字图像是将模拟图像经过数字化（或离散化）过程转变而成的。因此，又将数字图像称为离散图像（discreteimage)。,模拟图像和数字图像(analogimage应用广泛;缺点：无损压缩，占用磁盘空间较大，多应用在单机上，不受网络欢迎。GIF格式GraphicsInterchangeFormat的缩写，最多存储256色，是经过压缩的格式，磁盘空间占用较少，一个GIF文件可以存放多幅图像，在Internet上广泛地应用。,.,图像文件的存储格式,JPEG格式JointPhotographicExpertsGroup的缩写是对静止灰度或彩色图像的一种压缩标准，使用有损压缩方式时,可节省大量的空间JPEG和GIF成为HTML语法选用的图像格式TIFF格式（TaggedImageFormatFile）是一种独立于操作系统和文件系统的格式被所有绘画、图像编辑和页面排版程序所支持几乎所有桌面扫描仪都可以生成TIFF图像,.,BMP格式,.,JPEG文件格式,.,DICOM(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine)图像格式,符合DICOM标准的文件扩展名通常为“*.dcm”，目前大多数的图像处理软件都不支持该格式，阅读该格式图像需要专用读图软件，如：EZDICOM、DICOMview等。,DICOM图像格式采用位图的方式，逐点表示出其位置上的灰度和颜色信息。灰度图像上只有灰阶数目和不同灰阶的灰度值表示，而彩色图像则存在不同的颜色表示方法。如RGB、YUV和HSL等模型。,DICOM一般采用的是RGB三基色表示，即一个点由红绿蓝三个基色分量的值组成。DICOM允许用三个矩阵分别表示三基色分量值，也可以仅用一个矩阵表示整个图像，在这种情况下，矩阵中每一点是由三个值组成的。,.,DICOM文件数据集除了包括图像外，还包括许多与图像相关的信息，如病人姓名、性别、年龄、检查设备、传输语法等。,DICOM图像及其信息头文件,.,BMP文件结构,BMP图像文件格式,BMP图像文件的结构一般可分为三部分：文件头、位图信息头和图像数据。,.,文件头BITMAPFILEHEADER,bfType文件类型标识“BM”bfSize文件总字节数bfReserved1保留字“0”bfReserved2保留字“0”,BMP图像文件格式,.,第一部分为位图文件头BITMAPFILEHEADER，它是一个结构体，其定义如下：typedefstructtagBITMAPFILEHEADERWORDbfType;/文件类型，在WINDOWS系统中为“BM”DWORDbfSize;/文件大小WORDbfReserved1;/保留字WORDbfReserved2;/保留字DWORDbfOffBits;/从文件头到实际位图的偏移字节数BITMAPFILEHEADER;这个结构的长度是固定的，为14个字节（WORD为无符号16位二进制整数，DWORD为无符号32位二进制整数）。,.,biSize信息头结构体长度，为40biWidth图像宽度，单位是像素biHeight图像高度，单位是像素biPlanes必须为1，暂无意义biCompression指定位图是否压缩biSizeImage实际位图数据所占字节数biXperlsPerMeter指定目标设备的水平分辨率biYperlsPerMeter指定目标设备的垂直分辨率biClrImportant图像中重要的颜色数,信息头BITMAPINFOHEADER,BMP图像文件格式,.,typedefstructtagBITMAPINFOHEADERDWORDbiSize;/该结构的长度，为40字节LONGbiWidth;/图像的宽度，单位为像素LONGbiHeight;/图像的高度，单位为像素WORDbiPlanes;/位平面数，必须是1WORDbiBitCount;/像素的位数（1，4，8，24）DWORDbiCompression;/指定是否压缩DWORDbiSizeImage;/实际的位图数据占用的字节数LONGbiXPelsPerMeter;/目标设备水平分辨率LONGbiYPelsPerMeter;/目标设别垂直分辨率DWORDbiClrUsed;/实际使用的颜色数DWORDbiClrImportant;/图像中重要的颜色数BITMAPINFOHEADER;,第二部分为位图信息头BITMAPINFOHEADER，也是一个结构：,.,真彩色数据区,像素的RGB值,BMP图像文件格式,真彩色模式的数据区结构,.,调色板RGBQUAD,索引色模式的调色板,BMP图像文件格式,.,第三部分为调色板(Palette)，只是对那些需要调色板的位图文件而言的。调色板实际上是一个数组，共有biClrUsed个元素（如果该值为零，则有2的biBitCount次方个元素）。数组中每个元素的类型是一个RGBQUAD结构，占4个字节，其定义如下：,typedefstructtagRGBQUADBYTErgbBlue;/该颜色的蓝色分量BYTErgbGreen;/该颜色的绿色分量BYTErgbRed;/该颜色的红色分量BYTErgbReserved;/保留值RGBQUAD;,.,数据区,像素的调色板索引值,索引色模式的数据区,BMP图像文件格式,.,对于2色位图，用1位就可以表示该像素的颜色（一般0表示黑，1表示白），所以一个字节可以表示8个像素。对于16色位图，用4位可以表示一个像素的颜色，所以一个字节可以表示2个像素。对于256色位图，一个字节刚好可以表示1个像素。,第四部分就是实际的图像数据。对于用到调色板的位图，图像数据就是该像素颜色在调色板中的索引值，对于真彩色图像，图像数据就是实际的R、G、B值。,.,2.5数字图像的灰度直方图,一幅数字图像的数据是二维的，同时给出了场景的亮暗信息和位置信息。正是由于获得了这两类信息，我们可以从图像中获得对原始场景的一个生动的再现。,我们对图像质量进行评价或分析时，不考虑图像中的位置信息，而是对图像亮暗程度、目标物体与背景之间的对比关系较为敏感。因此有必要提出一个对图像整体画面的亮暗分布进行统计的概念，即灰度直方图。,直方图描述了图像的概貌，例如图像的灰度范围、每个灰度级出现的频率、灰度级的分布、整幅图像的平均明暗和对比度等。在数字图像处理中，灰度直方图是一种最简单且最有用的工具，是反映一幅图像中的灰度与出现这种灰度的概率之间关系的图形，它是多种空间域处理技术的基础。,.,2.5.1直方图的概念,灰度直方图是灰度级的函数，描述的是具有某灰度值像素的个数。其横坐标是像素的灰度级别（0到255），纵坐标是某灰度值出现的频率（像素的个数）。,图像灰度分布直方图,灰度级别,像素个数,.,灰度级别由灰度分辨率决定7bit128个灰度级（0，1，2，127）8bit256个灰度级（0，1，2，255）12bit4096个灰度级（0，1，2，4095）,随着灰度等级的增加，连续性增强。,.,灰度图像的灰度直方图：,多个峰值对应不同的灰度分布：图像中较暗区域，对应灰度直方图中灰度级低的部分图像中较亮区域，对应灰度直方图灰度级高的部分在低灰度级别和高灰度级别处出现明显的两个峰值说明图像明暗分明。,灰度级0黑色灰度级255白色,.,彩色图像的灰度直方图,彩色图像的直方图由红、绿、蓝三个颜色分量对应的直方图表示。,.,直方图虽然不能直接反映出图像内容，但对它进行分析可以得出图像一些有用的特征，有些特征能反映出图像的质量，例如直方图能体现整幅图像的平均明暗和对比度特性。,.,图像偏暗,图像偏亮,所以，在处理图像之前，可以根据灰度直方图来选取处理手段,.,图像亮度与灰度直方图的关系,.,大多数象素的灰度集中在一个狭小的灰度范围，动态范围较小，细节不清楚,各种灰度的象素个数分布的范围较宽，均匀，图像清晰明快,.,图像动态范围小,图像动态范围适中,.,图像对比度与灰度直方图的关系,.,动态范围均匀，图象清晰分明,动态范围小，细节不清楚,.,例2.1，已知原始灰度图像，画出图像的灰度直方图。,图像的灰度直方图如下图所示:,.,2.5.2直方图的性质,1.灰度直方图表征了图像的一维信息，不表示图像的空间信息，即图像所有的空间信息全部丢失了。,2.灰度直方图与图像之间的关系是多对一的映射关系。,3.子图直方图之和为整图的直方图。,.,两幅图像中偏暗象素和偏亮象素的个数均相同,由于直方图定义是灰度级上的象素个数，所以两幅图象的直方图完全相同，即无法从直方图本身看出象素的空间位置。,任意特定的图象有唯一的直方图，反之并不成立。,.,2.5.3直方图的用途,由于直方图反映了图像灰度的分布情况，因此，虽然灰度直方图是一维信息，但是通常作为表征图像特性的信息而在图像处理中起着非常重要的作用。可以说，从对图像的观察与分析，到对图像处理结果的评价，都离不开直方图。,.,1.数字化的参数,直方图给出了一个简单可见的指示，用来判断一幅图像是否合理的利用了全部被允许的灰度级范围。一幅图像应该利用全部或几乎全部可能的灰度级，否则等于增加了量化间隔。丢失的信息将不能恢复。,.,2.图像分割阈值选取,假设某图像的灰度直方图具有二峰性，则表明这个图像较亮的区域和较暗的区域可以较好地分离，取二峰间的谷点为阈值点，可以得到好的值处理的效果。,.,灰度直方图具有二峰性,.,具有二峰性的灰度图的2值化,.,2.6图像像素间的基本关系,像素间基本关系的描述是基于像素邻域操作的算法的基础。近邻处理方法是许多图像增强和恢复技术的核心内容。,.,坐标为(x,y)的像素p有4个水平和垂直的相邻像素，坐标分别为:(x+1,y),(x-1,y),(x,y+1),(x,y-1)，这个像素集称为p的4邻域，用N4(p)表示。,2.6.1像素邻域,1.像素的4邻域,.,2.像素的4个对角邻像素坐标分别为:(x+1,y+1),(x-1,y-1),(x-1,y+1),(x-1,y-1)，用ND(p)表示。,3.像素的8邻域N4(p)+ND(p)，表示为N8(p)。,.,1.邻接性V是具有特定相似性准则的灰度值集合。A、4邻接：如果q在N4(p)中，具有V中数值的两个像素p和q是4邻接的。B、8邻接：如果q在N8(p)中，具有V中数值的两个像素p和q是8邻接的。,2.6.2邻接性、连通性、区域和边界,.,2.连通性从具有坐标(x,y)的像素p到具有坐标(s,t)的像素q的通路特定像素序列，其坐标为：,并且像素(xi,yi)和(xi-1,yi-1)是邻接的。,.,由不同通路形成不同种类的连通：4连通，8连通等,若q,pT且存在一条由T中象素组成的从p到q的通路，则称p在T中与q连通,连通性,8连通,4连通,.,3.区域,如果R是一个图像子集，且是一个连通集(connectedset)，则称R为图像的一个区域(Region)。但通常ROI（RegionofInterest)是用户自定义的。,4.边界,边界指区域中的这样一些元素集合，其有一个或多个邻域象素不在该区域当中。边界是闭合路径。,边沿（缘）：超过某个灰度阈值的所有象素点组成，是基于灰度级不连续性的测度。可把其看作图像强度的不连续性。,.,作业21.解释模拟图像和数字图像的概念。2.简述图像的采样和量化过程，并