医学图像处理绪论.ppt

医学图像处理,前言,人类通过眼、耳、鼻、舌、身接受信息，感知世界。约有75%以上的信息是通过视觉和听觉系统获取的，而其中60以上是通过视觉系统获取的。图像能呈现丰富的视觉信息，借助于计算机技术的飞速发展，利用计算机研究和处理图像在各种领域也越来越得到广泛应用，使得我们更容易获取丰富的信息。,主要内容,1.1医学图像的发展及分类1.2数字图像处理的目的和主要内容1.3相关领域及数字图像处理系统1.4数字图像处理的应用1.5数字图像处理的发展动向,自1895年X线发现后所开创的医学图像学，近二十多年来发展异常迅速，也成为现代医学诊断，治疗，手术等方面最重要最有力的工具。,1.1医学图像的发展及分类,在成像原理和技术上：各种CT成像，磁共振成像，正电子成像，单光子成像(SPECT)，红外成像，磁成像，超声成像，微波成像，阻抗成像以及各种照影技术，内窥镜和各种可视化技术等。,1.静态图像-反映某一时刻生理组织结构的图像。这是目前最常用最多数的医学诊断图像。如常规放射图像X-CT，MRI及其照影图像。,把成像原理和图像性质综合起来，医学成像不仅是静态的组织结构成像，而且可以实现动态图像，功能成像。,使用影像增强器的放射成像，可用于介入治疗，手术导航等方面；超声图像可观察心血管活动情况；实时阻抗参数成像可以观察到呼吸变化等；各种内窥镜可观察到器官内部活动情况。,2.动态图像-可实时显示生理运动过程，允许较长时间观察，不仅可用于诊断，还可用于手术过程，要求在观察过程中对患者无损或尽可能少损伤。如:,PET，r相机可反映组织的代谢活动；红外成像可反映组织的温度分布，进而推知其活动(化学活动新陈代谢活动)的强弱；微波成像可以通过组织介电常数的测定反映细胞质成分，血氧和心肌是否缺血；阻抗成像参数可以观察肺的呼吸，肌肉组织的含水量，脂肪量，心肌的供血情况等。,3.功能图像-是另外一种含义的图像，它是通过可视的特殊图像信息来反映生理过程的变化，它反映的是生物组织新陈代谢，细胞活动的情况。如：,4.其他人工重组的图形和图像把各种生理信息通过计算机按一定的映射重构成一些图形或图像。使其信息内容可视化，更为形像显现，并给出一定的特征值。如脑电地形图，生理信号的趋势图，频谱图等。,伦琴（德国物理学家）因发现X射线获得首届诺贝尔物理学奖。,Hounsfield（英国工程师）和Cormack（美国物理学家）因发明CT获得1979年诺贝尔医学和生理学奖。,Hounsfield,Cormack,Lauterbur（美国）和Mansfield（英国）因发明MRI方法获得2003年诺贝尔医学和生理学奖。,Lauterbur,Mansfield,1.2数字图像处理的目的和主要内容,1.2.1数字图像处理的目的一般而言，对图像进行加工和分析主要有以下几个目的：（1）提高图像的视感质量。如去除图像中的噪声，改变图像的亮度、颜色，增强图像中的某些成份、抑制某些成份，对图像进行几何变换等，从而改善图像的质量，或者得到意想不到的艺术效果。,（2）提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于计算机分析。例如，常用作模式识别、计算机视觉的预处理等。这些特征包括很多方面，如频域特性、灰度颜色特性、边界区域特性、纹理特性等。,（3）对图像数据进行变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输。,212x21548kjpg,212x2158kjpg,212x2156kjpg,212x2152kjpg,1.2.2数字图像处理的主要内容不管图像处理是何种目的，都需要用计算机图像处理系统对图像数据进行输入、加工和输出，因此数字图像处理研究的内容主要有以下7个过程。,图像获取、表示和表现；图像复原；图像增强；图像分割；图像分析；图像重建；图像压缩编码。,1.图像获取、表示和表现（ImageAcquisition，RepresentationandPresentation）该过程主要是把模拟图像信号转化为计算机所能接受的数字形式，以及把数字图像显示和表现出来（如打印）。这一过程主要包括摄取图像、光电转换及数字化等几个步骤。,（1）图像的数字化采样和量化,(2)数字图像的表示方法,对连续图像f（x，y）进行数字化,x方向，抽样M行y方向，每行抽样N点整个图像共抽样MN个像素点,对每个像素点进行灰度级量化：G=2m常取m=6,7,8,9,10,11,12bit对应的灰度级为:64,128,256,512,1024,2048,4096级1992年PACS规定DECOM3.0标准:所有成像系统灰度分辨率都为12bit。,数字图像常用矩阵来表示：,2.图像复原（ImageRestoration）当造成图像退化（图像品质下降）的原因已知时，复原技术可以对图像进行校正。图像复原最关键的是对每种退化都需要有一个合理的模型。,图像复原,3.图像增强（ImageEnhancement）图像增强是对图像质量在一般意义上的改善。当无法知道图像退化有关的定量信息时，可以使用图像增强技术较为主观地改善图像的质量。所以，图像增强技术是用于改善图像视感质量所采取的一种方法。因为增强技术并非是针对某种退化所采取的方法，所以很难预测哪一种特定技术是最好的，只能通过试验和分析误差来选择一种合适的方法。使人或计算机更易观察或检测。灰度变换、直方图修改、图像平滑、边缘提取、伪彩色处理等都属于图像增强的范畴。,直方图修改,图像增强,CT平扫,CT增强,边缘提取,伪彩色处理,图像增强,4.图像分割（ImageSegmentation）把图像分成区域的过程就是图像分割。图像中通常包含多个对象，例如，一幅医学图像中显示出正常的或有病变的各种器官和组织。图像处理为达到识别和理解的目的，几乎都必须按照一定的规则将图像分割成区域，每个区域代表被成像的一个物体（或部分）。,图像（边缘检测与）分割,5.图像分析（ImageAnalysis）图像处理应用的目标几乎均涉及到图像分析，即对图像中的不同对象进行分割、特征提取和表示，从而有利于计算机对图像进行分类、识别和理解。在工业产品零件无缺陷且正确装配检测中，图像分析是对图像中的像素转化成一个“合格”或“不合格的判定。在有的应用中，如医学图像处理，不仅要检测出物体（如肿瘤）的存在，而且还要检查物体的大小。,6.图像重建（ImageReconstruction）图像重建与上述的图像增强、图像复原等不同。图像增强、图像复原的输入是图像，处理后输出的结果也是图像，而图像重建是指从数据到图像的处理，即输入的是某种数据，而经过处理后得到的结果是图像，CT就是图像重建处理的典型应用实例。目前，图像重建与计算机图形学相结合，把多个二维图像合成三维图像，并加以光照模型和各种渲染技术，能生成各种具有强烈真实感的高质量图像。,图像重建,7.图像压缩编码（ImageCompressionEncoding）数字图像的特点之一是数据量庞大。尽管现在有大容量的存贮器，但仍不能满足对图像数据（尤其是动态图像、高分辨率图像）处理的需要，因此在实际应用中图像压缩是必需的。如果数据不压缩，则在存储和传输中就需要占很大的容量和带宽，因而增加了成本。图像压缩的目的就是压缩数据量。图像编码和压缩标准：JPEG，MPEG(1,2,4,7)，H.261,H.263,H.264,H.230等。,1.3相关学科领域及数字图象处理系统,图像工程与相关学科的联系和区别,数字图象处理系统,输入及数字化设备,计算机系统,显示及记录设备,摄像机扫描仪视频采集卡数码相机DV,输入及数字化设备,计算机图像处理系统软件VC可视化编程工具MATLAB的图像处理工具箱Photoshop平面图处理软件,图象显示、记录设备及记录介质,纸胶片磁带磁盘光盘,图像显示器绘图仪激光打印机喷墨打印机,1.4数字图像处理的应用,数字图像处理主要应用于下面的几个领域。1）通讯通讯包括图像传输、电视电话、电视会议等，主要是进行图像压缩甚至理解基础上的压缩。,2）宇宙探测由于太空技术的发展，需要用数字图像处理技术处理大量的星体照片。,勇气号发回的火星表面图,空间探索,3）遥感航空遥感和卫星遥感图像需要用数字技术加工处理，并提取有用的信息。主要用于地形地质，矿藏探查，森林、水利、海洋、农业等资源调查，自然灾害预测预报，环境污染监测，气象卫星云图处理以及地面军事目标的识别。,气象云图,遥感图片,4）生物医学领域中的应用图像处理在医学界的应用非常广泛，无论是临床诊断还是病理研究都大量采用图像处理技术。它的直观、无创伤、安全方便等优点备受青睐。,ImageContrast,MorphologicalImageProcessing,CT,MRI,PET,超声图象,DSA,红外图象,5）工业生产中的应用在生产线中对产品及部件进行无损检测是图像处理技术的重要应用领域。该领域的应用从70年代起取得了迅速的发展，主要有产品质量检测、生产过程的自动控制、CADCAM等。,6）军事、公安等方面的应用军事目标的侦察、制导和警戒系统、自动灭火器的控制及反伪装；公安部门的现场照片、指纹、手迹、印章、人像等的处理和辨识；历史文字和图片档案的修复和管理等。,军事应用,7）机器人视觉机器视觉作为智能机器人的重要感觉器官，主要进行三维景物理解和识别，是目前处于研究之中的开放课题。机器视觉主要用于军事侦察、危险环境的自主机器人，邮政、医院和家庭服务的智能机器人，装配线工件识别、定位，太空机器人的自动操作等。,8）视频和多媒体系统目前，电视制作系统广泛使用的图像处理、变换、合成，多媒体系统中静止图像和动态图像的采集、压缩、处理、存贮和传输等。,9）电子商务在当前呼声甚高的电子商务中，图像处理技术也大有可为，如身份认证、产品防伪、水印技术等。,照片去模糊处理：焦距模糊、运动模糊绿幕剪影：图像合成变脸特技：帧间插值处理静止图像压缩：JPEG标准、网络传输动态图像压缩：MPEG标准、VCD和DVD数字电影院：未来电影技术,10）影视图像处理、计算机合成图像、广告、娱乐等,计算机合成图像,广告设计,娱乐,从低分辨率向高分辨率发展从二维（2D）向三维（3D）发展从静止图像向动态图像发展从单态图像向多态图像发展结合应用数学新进展,1.5数字图像处理的发展动向,（1）在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题。如，在航天遥感、气象云图处理方面，巨大的数据量和处理速度仍然是主要矛盾之一。（2）加强软件研究、开发新的处理方法，特别要注意移植和借鉴其他学科的技术和研究成果，创造新的处理