图像处理概述

医学图像处理,教材及参考书MatlabR2007图像处理技术与应用，电子工业出版社，2008医学图象处理，章鲁、顾顺德等著，上海科学技术出版社，2002Matlab应用图像处理，徐飞等著，西安电子科技大学出版社，2003,Ch1概论,1.1序言1.2图像处理技术的分类1.3数字图像处理的特点1.4数字图像处理的方法及主要内容1.5数字图像处理的应用1.6数字图像处理领域的发展动向,医学成像及图像处理在生命科学研究、医学诊断、临床治疗等方面起着重要的作用，X射线、CT、MRI的发现或发明者获得诺贝尔奖，就是其重要价值的印证。医学成像及图像处理设备占医院投资中的比例越来越高。发达国家高度重视。以美国为例，它是NSF，NIH的重要资助领域，近年美国还成立了NIBIB机构专门资助医学成像和生物医学工程领域的研究。,1.1序言,伦琴因发现X射线获得首届诺贝尔物理学奖。,Hounsfield和Cormack因发明CT获得1979年诺贝尔医学和生理学奖。,Bloch和Purcell因发现NMR现象获得1952年诺贝尔物理学奖。,发明MRI中Fourier重建方法的Ernst获得1991年诺贝尔化学奖。,Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获得2003年诺贝尔医学和生理学奖。,X-Ray,MRI,MRI,PET:PositronEmissionTomography,超声图像,超声图像,超声图像,PhotocourtesyPhilipsResearch,超声图像,PhotocourtesyPhilipsResearch,DSA,红外图像,红外图像,医学图像,医学图像,百闻不如一见,Onepictureisworthmorethantenthousandwords.Anonymous,人类通过眼、耳、鼻、舌、身接受信息，感知世界。约有70%的信息是通过视觉系统获取的。数字图象处理是用数字计算机处理所获取视觉信息的技术。,数字图像处理技术起源于20世纪20年代，当时通过巴特兰（Bartlane）电缆图片传输系统，从英国伦敦到美国纽约传输了第一幅数字图像，它采用了数字压缩技术。它的传输方法，首先是对图像进行编码，然后在接收端用一台电报打印机利用字符模拟中间色调把图像还原出来，,1.1序言,医学图像处理的基础-数字图像处理,在1964年美国的喷气推进实验室(JPL)进行来太空探测工作，当时用计算机来处理测距器7号发回的月球图片，以校正飞船上电视摄像机中各种不同形式的固有的图像畸变，这些技术都是图像增强和复原的基础，同时，他们成功的用计算机绘制出月球表面的地图。,1.1序言,随后1965年又对太空船“徘徊者7号”发回的数万张月球图片进行了较为复杂的数字图像处理，使图像的质量进一步提高。这标志着第三代计算机问世后数字图像处理概念开始得到应用。,1.1序言,数字图像处理最先应用于空间探索,数字图像处理最先应用于空间探索,二十世纪六十年代末：数字图像处理较完整的理论体系已形成，成为一门新兴的学科。二十世纪六十年代至八十年代：随着离散数学理论的创立和完善，数字图像处理理论和方法进一步完善，应用范围更加广泛。二十世纪八十年代以来：数字图像处理向更高级的方向发展：实时性，智能化，普及化，网络化，低成本。,图像处理科学对人类的发展具有重要意义：1、图像是人类从客观世界获取信息的重要来源2、图像信息处理是人类视觉延续的重要手段3、图像处理技术对国计民生有重要意义,1.1序言,伽马射线：0.0030.03nmX射线：0.033nm紫外线：3300nm红外线：0.8300m微波：0.3100cm,1.2图像处理技术的分类,模拟图像处理AnalogImageProcessing光学处理(利用透镜)和电子处理。特点：速度快，一般为实时处理，理论上讲可达到光的速度，并可同时并行处理。缺点：精度较差、灵活性差、很难有判断能力和非线性处理能力。,数字图像处理DigitalImageProcessing一般都用计算机处理或实时的硬件处理，因此也称之为计算机图像处理；优点：处理精度高，处理内容丰富，可进行复杂的非线性处理，有灵活的变通能力，一般来说只要改变软件就可以改变处理内容；缺点：处理速度慢，特别是复杂的处理更是如此：系统相对比较复杂、信号量化过程中可能引入噪声、量化时损失的信息无法恢复。,1.2图像处理技术的分类,1.3数字图像处理的特点,图像信息量大图像处理技术综合性强图像信息理论与通信理论密切相关,2562568=64kB5125128=256kB102410248=1MB2048204884MBX射线照片一般用64256kb的数据量，一幅遥感图像大约为324023404=30MB,分辨率不同的图像比较,分辨率640 x480,分辨率320 x240,分辨率160 x120,分辨率80 x60,查视力=检测分辨率？,1.4数字图像处理的方法及主要内容,数字图像处理的方法主要分为两大类：空域法和变换域法,1空域法这种方法是把图像看作是平面内各个像素组成的集合，然后直接对这一二维函数进行相应的处理。,空域处理法主要有下面两大类：1)邻域处理法包括：梯度运算(GradientAlgorithm)，拉普拉斯算子运算(LaplacianOperator)，平滑算子运算(SmoothingOperator)和卷积运算(ConvolutionAlgorithm)。2)点处理法灰度处理(greyprocessing)，面积、周长、体积、中心运算等等,1.4数字图像处理的方法及主要内容,2变化域法数字图像处理的变换域处理方法是首先对图像进行正交变换，得到变换域系数阵列，然后再实行各种处理，处理后再反变换到空间域，得到处理结果。这类处理包括：滤波，数据压缩，特征提取等等。,1.4数字图像处理的方法及主要内容,1.4数字图像处理的方法及主要内容,1.4.2数字图像处理的主要内容完整的数字图像处理工程大体上可分为如下几个方面：图像信息的获取；图像信息的存储，图像信息的传送；图像信息的处理；图像信息的输出与显示,1.图像信息的获取(ImageInformationAcquisition)就数字图像处理而言，主要是把一幅图像转换成适合输入计算机或数字设备的数字信号，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。图像获取的设备有：摄像机、扫描仪、显微光密度计等,1.4数字图像处理的方法及主要内容,2.图像信息的存储(ImageInformationStorage)图像信息的突出特点是数据量巨大，一般作档案存储主要采用磁带、磁盘或光盘。为了解决海量的存储问题主要研究数据压缩、图像格式编码和图像数据库等技术。,1.4数字图像处理的方法及主要内容,3.图像信息的传送(ImageInformationTransmission)图像信息的传送可分为系统内部传送与远距离传送，内部传送多采用DMA(DirectMemoryAccess)以解决速度问题，外部远距离传送主要解决占用带宽问题一一目前，已有多种国际压缩标准来解决这一问题，图像通信网正在逐步建立。,1.4数字图像处理的方法及主要内容,4.图像信息的处理(Imageinformationprocessing)主要包括如下几项内容：图像运算(ImageOperation)、图像增强(ImageEnhancement)、图像分割(ImageDivision)、图像变换(ImageTransform)、图像识别(ImageRecognition)、图像编码(ImageEncoding)、图像重建(ImageReconstruction)等。,1.4数字图像处理的方法及主要内容,5图像信息的输出与显示图像处理的最终目的是为了人或机器提供一幅更便于解译和识别的图像。因此，图像输出也是图像处理的重要内容之一。图像的输出有两者方式：一种是硬拷贝；另一种是软拷贝。通常的硬拷贝有：照相、激光拷贝、彩色打印等；,1.4数字图像处理的方法及主要内容,软拷贝方法有以下几种：CRT显示(CathodeRayTude)一一阴极射线管LCD显示液晶显示器FED场致发光显示器,1.4数字图像处理的方法及主要内容,1.4.3数字图像处理的研究目的,1改善视觉效果图像增强和恢复，图像变换；2提高图像传输和存储效率图像编码，图像变换；3进行图像测量、理解与识别图像增强，图像分割与描述，图像变换：4特殊目的图像重建。,1.5数字图像处理的应用,应用领域：通信：图像传输，电视电话，HDTV等。宇宙探测：星体图片处理。遥感：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，环境污染的监测，气象云图。生物医学：CT，NMR，PET，SPECT，DSA，X射线成象，B超，红外图象，显微图像。工业生产：产品质量检测，生产过程控制，CAD，CAM。,应用领域：军事：军事目标侦察，制导系统，警戒系统，自动火器控制，反伪装等。公安：现场照片，指纹，手迹，印章，人像等处理和鉴别。档案：过期的文字、图片档案的修复和处理。机器人视觉娱乐：电影特技，动画，广告，MTV等。,应用举例非生物医学领域,空间探索,地球资源勘探,遥感图片,气象预报,气象云图气象预报,计算机绘画,计算机合成图像,计算机合成图像,广告设计,动画,网页设计,Wallpaper,娱乐,军事应用目标跟踪,军事应用隐形飞机、定位轰炸,军事应用,军事应用,1.6数字图像处理领域的发展动向,1)在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题2)加强软件研究、开发新的处理方法3)加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展4)加强理论研究，逐步形成图像处理科学自身的理论体系5)时刻注意图像处理领域的标准化问题。,Terms,CT:computerizedtomography计算机断层成像术MRI:magneticresonanceimaging磁共振成像PET:positronemissionto