DICOM医学图像文件格式解析与应用研究综述
DICOM医学图像文件格式解析与应用研究综述
黄丹妮（天津医科大学医学影像学院07影技班2007093107 ）
摘要：由于生产医学影像设备的国内外厂商众多，其产品遵守DICOM3．0标准的程度也各不相同，而DICOM3．0是一个不断扩充和扩展的标准，因此，在进行医学影像处理应一用开发时，一般只能针对特定厂商的设备进行数据采集和处理，不大可能开发出一个能读取和显示所有医学影像设备中的DICOM格式图像的工具软件，除非国内外所有生产医学影像设备的制造商都严格遵守DICOM3．0标准的规定。论文主要探讨了DICOM3．0标准的产生经过及DICOM医学图像文件格式的大致组成。通过对DICOM图像文件的剖析，基本解决了医学影像应用开发的数据接31问题，为进一步针对医学影像处理应用的研究和开发提供了数据准备。
关键词：DICOM3.0标准PACS系统医学图像文件格式
The Overview of research on the File format Analysis and Application of DICOM
Danni Huang （school of Tianjin Medical University,07class 2,NO.2007093107）
Abstract:Becouse threre are many the production of domestic and foreign manufacturers of medical imaging equipment companies,their products for adherence to standards of the degree DICOM3.0 are different. but DICOM3.0 is expanding and the expansion of a standard. the article is mainly to discusses the generation after DICOM3.0 standard DICOM medical image file format and the general composition. Through analysis of DICOM image files, basically solved the medical imaging application development, data access 31 problem, for further processing applications for medical imaging research and development provides the data preparation.
Keywords: DICOM3.0 standardization;PACS system;format of Medical image file
一．引言
从20世纪90年代初开始，随着计算机技术、通信技术以及网络技术的发展，图像分析和处理以及PACS(PictureArchivingandCommunicationSystem)在临床诊断、远程医疗以及医学教学中发挥着越来越重要的作用。PACS是近年来随着数字图像处理技术、计算机和网络技术的进步而迅速发展起来的，旨在全面解决医学图像的获取、显示、存储、传输以及管理的综合系统。它主要包括医学图像数据获取、海量数据存储管理、图像处理和显示、数据库管理以及用于图像数据传输的局域或广域网络等多个方面。而保证PACS成为全开放式系统的重要网络标准和通信协议则是DICOM3．0(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine3．0)，PACS要解决的技术问题之一是统一各种数字化影像设备的图像数据格式和数据传输标准，。DlCOM3．0就是一种新的数字成像和通信的标准，只要遵照这个标准就可以通过PACS沟通不同厂家生产的不同种类的数字成像设备。目前活跃在国内外医学成像设备市场上的主要生产商以国外公司为主，如GE、Siemens等，国内如东大阿尔派等也生产CT等设备，但占据国内医学成像设备的市场份额较少，而各国外公司出于市场竞争以及商业利益等方面的考虑，基本不会公布各自成像设备中的图像文件格式，各个公司垄断着各自开发的有关医学图像处理应用的开发和销售，所有影像学资料均对外保密。另一方面，这些公司又占据着国内医学成像设备的绝大多数市场份额。虽然DlCOM3．0标准的出现一定程度上缓解了这种技术壁垒，各公司一方面声称自己的设备遵循这个标准，而另一方面基于商业机密的考虑又或多或少设置一些技术障碍，并不完全遵循这个标准。这就为国内从事医学图像应用的众多开
发商带来很大难题，同时，就国内大多医疗单位而言，往往不会只购买一家公司的医学成像设备，常常是CT设备购买一个公司的产品，而MRI设备则可能会购买另外一个公司的产品，且购买时间段往往不同，而DlCOM3．0标准每年都会公布一些修改和扩充，国外公司由于是在针对自己生产的设备的基础上进行相关的应用软件开发，因而他们在进行PACS等项目开发时就具有了得天独厚的便利，而这种情势对国内众多PACS开发商而言则无异于梦魇。
鉴于此，本文试图对DICOM文件格式进行解析，使其所包含的技术内容尽可能多的得到解释和理解，也希望就此问题与国内从事相关应用开发工作的同行进行探讨。全文共分五个部分，第一部分简述了对DICOM格式文件进行解析的必要性，第二部分阐述了DICOM3．0标准的产生过程，第三部分对DICOM格式文件进行了解析，第四部分论述如何显示DICOM 格式的图像，最后是对全文的总结。
二、DICOM3．0标准简
介20世纪70年代随着计算机层析成像技术(ComputedTomography)及其他数字成像技术的发展，一大批数字成像设备相继应用于临床，生产这些设备的制造商很多，各制造商都制订了各自不同的图像格式，由于制定图像的标准、图像传输方式不可能相同，因而来自不同制造商的成像设备产生的图像根本不可能互换。为了统一不同制造商的设备之间的接口标准，美国放摄协会ACR(AmericanCollegeofRadiology)和美国国家电气制造商协会NEMA(NationalElectricalManufacturersAssociation)在1983年成立了一个联合委员会，旨在制订一套医学图像的通讯标准。其主要目标是：(1)提供独立于各设备制造商的数字图像及其相关信息的通讯标准，促进数字图像的网络化；(2)促进PACS的发展，并扩展PACS与HiS(HospitalInformationSystem)、RIS(RadiologyInformationSystem)等其他医学信息系统的通讯；(3)建立一个广泛的、分布式的诊断信息数据库，便于处理地理上分散的不同设备问的查询请求【1】。
ACR—NEMA委员会于1985年正式发表ACR—NEMA1．0版(No．300—1985)。1986年和1988年又分别发布了DICOM标准的两个修订版。1988年发布了ACR—NEMA2．0标准(No．300—1988)，但由于缺乏有效的网络连接手段以及技术方面不够成熟，这些规范并没有被广泛采用。ACR—NEMA委员最终在1996年发布了一套新的规范，并正式命名为DICOM3．0(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine3．0)，此标准一经公布即被众多影像设备制造商及机构采用，此后，DICOM标准不断吸纳各方反馈的有用信息，从不同专业角度对标准在深度和广度方面进行扩充，1998年又推出了修订版本，目前该标准仍然处于不断发展中。ACR—NEMA委员会每年都会公布一些针对DICOM3．0标准的修改和扩充¨。限于篇幅，本文对DICOM3．0标准的具体内容及组成不作介绍，具体内容参见文献【2】【3】【4】
三．DICOM医学图像文件格式解析
DlCOM格式图像文件是指按照DICOM标准而存储的文件。DICOM文件一般由DICOM 文件头和DlCOM数据集合组成。DICOM数据集合由DICOM数据元素(DataElement)按一定顺序排列组成，而DICOM数据元素则是DlCOM文件最基本的构成单元。1．DICOM文件头DICOM文件头(DICOMFileMetaInformation)~包含了标识数据集合的相关信息。文件头的最开始是文件前言(Preamble)，它由128个00H字节组成，紧接着就是长度为4个字节的字符串“DICM”，严格地讲，每个DlCOM文件都必须包括该文件头，并且可以根据该字符串值来判断一个文件是否DlCOM格式文件。然而，在实际项目开发过程中所遇到的情况并非如此。
上述情可以说明一个问题，即：并非所有影像设备制造商都严格遵守DlCOM3．0标准，充其量是部分遵守了这个标准，个中原因可能是多方面的，但多多少少有保护自身商业利益
的意味。DICOM文件头部分还包括其他一些非常有用的信息，如文件的传输格式、生成该文件的应用程序等等。
2．DICOM数据元素
数据元素(DataElement)是DICOM格式图像文件最基本的构成单元。它由四个部分组成：标签(Tag)、数据描述VR(ValueRepresentation)、数据长度VL(ValueLength)以及实际数据值Value。
标签是一个4字节的无符号整数，DICOM中所有数据元素都可用标签来唯一表示，标签由两个部分组成：组号(高位2字节)和元素号(低位2字节)，在DICOM标准的数据字典中，所有元素都是用“(组号，元素号)”这种表示方式一一对应的。
数据描述VR指明数据元素中数据的类型，为2字节的字符串。例如，若VR为“DA”则表示该数据元素存储日期型数据，VR是可选的，取决于事先商定的数据传输句法(TransferSyntaxUID)，它包含在标签为(0002，0010)的数据元素中。数据传输句法(TransferSyntaxUID)后面作详细介绍。
VR分为显式(ExplicitVR)和隐式(ImplicitVR)两种。数据在显式传输时VR必须存在，而隐式传输时VR为空。数据长度VL指明数据元素的数据域中数据的长度(字节数)。数据域中包含了数据元素的数值。以标签(0010，0010)表示病人姓名的数据元素为例对上述介绍作一比较形象的说明。传输时，显式时VR中存放数据类型，隐式时VR不存在。VL表示数值长度，标签为(0002，0010)的数据元素存放的是数据传输协议标识(TransferSyntaxUID)。UID形式上是一个字符串，用于唯一标识DICOM标准中各种不同的信息对象，在DICOM 文件中有很多UID，如诊断UID、字符格式UID、图像存储UID、传输协议UID等等，这些UID有些可以套用现成的，有些必须要自己确定，特别是UID中的厂商信息、医院信息以及图像的分类序列号等等[5][6]。
每个UID由两部分组成，一个根(org root)和一个后缀(sufix)，其格式为：
四、结论
本文主要探讨了DICOM3．0标准的产生经过及DICOM医学图像文件格式的大致组成。通过对DlCOM图像文件的剖析，基本解决了医学影像应用开发中的数据接13问题，为进一步针对医学影像处理应用的研究和开发提供了数据准备。应该指出，由于生产医学影像设备的国内外厂商众多，其产品遵守DlCOM3．0标准的程度也各不相同，同时，DlCOM3．0是一个不断扩充和扩展的标准，因此，我们在进行医学影像处理应用开发时，一般只能针对特定厂家的设备进行数据采集和处理，不大可能开发出一个能读取和显示所有医学影像设备中的DICOM格式图像的工具软件，除非国内外所有生产医学影像设备的制造商都严格遵守DlCOM3．0标准的规定，而这种局面短期内不大可能出现。
参考文献
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【2】童明杰，胡大可．认知医学数字图像通讯标准-DICOM[J]．国外医学生物医学工程分册，1999，22(5)：303—320
【3】何斌，金永杰．DICOM医学图像文件格式[J]．世界医疗器械，2001，7(1)：14—19 【4】何斌，金永杰，李玉兰．按照DICOM标准制订核医学图像文件格式[J]．核电子学与探测技术，2001，21(6)：440—444．
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【8】康晓东.影像信息学【M】北京：人民卫生出版社，2009
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文献综述 1.1理论背景 数字图像中的边缘检测是图像分割、目标区域的识别、区域形状提取等图像分析领域的重要基础，图像处理和分析的第一步往往就是边缘检测。 物体的边缘是以图像的局部特征不连续的形式出现的，也就是指图像局部亮度变化最显著的部分，例如灰度值的突变、颜色的突变、纹理结构的突变等，同时物体的边缘也是不同区域的分界处。图像边缘有方向和幅度两个特性，通常沿边缘的走向灰度变化平缓，垂直于边缘走向的像素灰度变化剧烈。根据灰度变化的特点，图像边缘可分为阶跃型、房顶型和凸缘型。 1.2、图像边缘检测技术研究的目的和意义 数字图像边缘检测是伴随着计算机发展起来的一门新兴学科，随着计算机硬件、软件的高度发展，数字图像边缘检测也在生活中的各个领域得到了广泛的应用。边缘检测技术是图像边缘检测和计算机视觉等领域最基本的技术，如何快速、精确的提取图像边缘信息一直是国内外研究的热点，然而边缘检测也是图像处理中的一个难题。 首先要研究图像边缘检测，就要先研究图像去噪和图像锐化。前者是为了得到飞更真实的图像，排除外界的干扰，后者则是为我们的边缘检测提供图像特征更加明显的图片，即加大图像特征。两者虽然在图像边缘检测中都有重要地位，但本次研究主要是针对图像边缘检测的研究，我们最终所要达到的目的是为了处理速度更快，图像特征识别更准确。早期的经典算法有边缘算子法、曲面拟合法、模版匹配法、门限化法等。 早在1959年Julez就曾提及边缘检测技术，Roberts则于1965年开始了最早期的系统研究，从此有关边缘检测的理论方法不断涌现并推陈出新。边缘检测最开始都是使用一些经验性的方法，如利用梯度等微分算子或特征模板对图像进行卷积运算，然而由于这些方法普遍存在一些明显的缺陷，导致其检测结果并不
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虽然近年来对数字图像处理的研究成果越来越多,但由于图像分割本身所具有的难度,使研究没有大突破性的进展,仍然存在以下几个方面的问题。 现有的许多种算法都是针对不同的数字图像,没有一种普遍适用的分割算法。 缺乏通用的分割评价标准。对分割效果进行评判的标准尚不统一,如何对分割结果做出量化的评价是一个值得研究的问题,该量化测度应有助于视觉系统中的自动决策及评价算法的优劣,同时应考虑到均质性、对比度、紧致性、连续性、心理视觉感知等因素。 与人类视觉机理相脱节。随着对人类视觉机理的研究,人们逐渐认识到,已有方法大都与人类视觉机理相脱节,难以进行更精确的分割。寻找到具有较强的鲁棒性、实时性以及可并行性的分割方法必须充分利用人类视觉特性。 知识的利用问题。仅利用图像中表现出来的灰度和空间信息来对图像进行分割,往往会产生和人类的视觉分割不一致的情况。人类视觉分割中应用了许多图像以外的知识,在很多视觉任务中,人们往往对获得的图像已具有某种先验知识,这对于改善图像分割性能是非常重要的。试图寻找可以分割任何图像的算法目前是不现实,也是不可能的。人们的工作应放在那些实用的、特定图像分割算法的研究上,并且应充分利用某些特定图像的先验知识,力图在实际应用中达到和人类视觉分割更接近的水平。 1．3数字图像分割技术的发展趋势 从图像分割研究的历史来看,可以看到对图像分割的研究有以下几个明显的趋势。 对原有算法的不断改进。人们在大量的实验下，发现一些算法的效
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第１４卷第６期２００７年１２月 电光与控制 ＥＵ￡ＣＴＲＯＮＩＣＳＯＰＴＩＣＳ＆ＣＯＮＴＲＯＬ Ｖ０１．１４№．６ Ｄｅｅ．２００７ 文章编号：１６７１—６３７Ｘ（２００７）０６—００９９—０７ 图像配准技术研究进展 刘松涛，杨绍清 （海军大连舰艇学院信息与通信工程系，辽宁大连１１６０１８） 摘要：图像配堆是解决图像融合、图像镶嵌和变化检测等问题的必要前提。其应用遍及军事、遥感、医学和计算机视觉等多个领域。筒要回顾了图像配准技术的发展史和研究现状．重点阐述了当前的技术热点和应用趋势，最后展望了进一步的研究方向。 关键词：图像配准；信息论；非刚性配准；虚拟结构 中图分类号：Ｖ２４３．６文献标识码：Ａ Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｉｍａｇｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ＬＩＵＳｏｎｇ—ｔａａ，ＹＡＮＧＳｈａｏ—ｑｉｎｇ （Ｏｅｐｔ．ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆ＣｏｍｍｔｍｉｃｄｉｏｎＥｔ，ｇ泌ｒｉｔ，．ｇ，ＤａｆｉａｎＮａｖａｌＡｃａｄｅｍｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０１８，舀白Ⅺ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｍａｇｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｉｓｅｓｓｅｎｔｉａｌｆｏｒａｌｌｉｍａｇｅａｎａｌｙｓｉｓｔａｓｋｓｌｉｋｅｉｍａｇｅｆｕｓｉｏｎ，ｉｍａｇｅｍｏｓａｉｃａｎｄｃｈａｎｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｉｔｉｓｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎｍｉｌｉｔａｒｙｓｙｓｔｅｍ，ｍｅｄｉｃａｌｉｍａｇｉｎｇ，ｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ，ｃｏｍｐｕｔｅｒｖｉｓｉｏｎ，ｅｔｃ．Ｔｈｅｈｉｓｔｏｒｙａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｅｔａｔｕｓｏｆｉｍａｇｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｉｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄｋｅｆｌｙｗｉｔｈｅｍｐｈａｓｉｓｏｎｉｔｓｃｕｒｒｅｎｔｔｅｃｈｎｉｃａｌｈｏｔｓｐｏｔｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｒｅｎｄｓ．Ｓｏｍｅｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｇａｓｐｅｃｔｓｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙａ”ｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｉｎｔｈｅｅｎｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｍａｇｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ；１１０ｎ—ｒｉｇｉｄｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ；ｖｉｒｔｕａｌｓｔｒｕｃｔＵｒｅ ０引言 图像配准是许多应用问题必须的预处理步骤，比如：时序图像的变化检测或多模图像融合，这些问题遍及军事、遥感、医学、计算机视觉等多个领域。许多领域都需要图像配准，实际应用过程可能会有所不同，但其中关键的因素是类似的。概括地说，图像配准是对取自不同时间、不同传感器或者不同视角的同一场景的两橱或多幅图像进行最佳匹配的过程，包括像素灰度匹配和空间位置对齐。 配准方法的分类可以依据不同的准则。Ｂｒｏ．ｗｎ…依据变换模型的复杂程度对配准方法进行分类，并归纳了配准技术的实现步骤：特征空问、相似度测量、搜索空间和策略。Ｍａｉｎｔｚ”１等则提出了９ 收稿日期：２００６—０３—０９修回Ｅｔ期：２００６—０５—１５ 基金项目：国防预研基金资助项目（５１４０３０３０６０４ＪＢｌ４０Ｉ）；国家自然科学基金资助项目（６０５７２１６０） 一 作者简介：荆松涛（１９７８一），男，河南孟津人，博士，主要研究方向为图像融合、耳标识别、成像跟踪、ＤＳＰ开发 等。条分类准则，依次为：图像维数、配准特征的来源、变换模型、坐标变换域、交互性、优化策略、成像模式、配准对象、配准目标的特点等。作者参考Ｂｒｏｗｎ和Ｍａｉｎｌｚ的分类方法，将配准技术概括为８个方面，包括：配准对象、特征提取、特征匹配、变换模型、优化策略、坐标变换与插值、系统实现及算法评估，并考虑每项内容的技术特性进行细分，然后依据某一算法的创新点进行分类。囊括所有方法的分类准则是不存在的，所提方法侧重于从总体上对配准方法进行考察，是一种相对能反映配准方法本质特征的分类方法。依据新的分类准则，作者已对图像配准技术的８个子方向进行了系统研究ｕＪ。 １发展史和研究现状 国外从２０世纪６０年代就开始在图像配准领域进行研究“】，但直到１９８０年代才开始引起学者们的关注。到上世纪末，单模图像配准问题已基本解决，但多模图像配准由于涉及模式和领域的复杂性．仍需密切关注。国际上对图像配准技术曾做过调查”】，其结论是１９９０年代初技术文献明显增加。而
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过程中。 （3）核医学成像(NMI ) ，目前以单光子计算机断层成像(SPECT) 和正电子断层成像(PET) 为主，其基本原理是向人体注射放射性核素示踪剂，使带有放射性核素的示踪原子进入人体内要成像的脏器或组织通过测量其在人体内的分布来成像。NMI不仅可以提供静态图像，而且可提供动态图像。 （4）超声波成像(Ultrasonic Imaging ) ，属于非电离辐射的成像模态，以二维平面成像的功能为主，加上血液流动的彩色杜普勒超声成像功能在内，在市场上已经广泛使用。超声成像的缺点是图像对比度差、信噪比不好、图像的重复性依赖于操作人员。但是，它的动态实时成像能力是别的成像模式不可代替的 在目前的影像医疗诊断中，主要是通过观察一组二维切片图象去发现病变体．这往往需要借助医生的经验来判定。至于准确地确定病变体的空间位置、大小、几何形状及与周围 生物组织的空间关系，仅通过观察二维切片图象是很难实现的。因此，利用计算机图像处理技术对二维切片图象进行分析和处理。实现对人体器官，软组织和病变体的分割提取，三维重建和三维显示，可以辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性甚至定量的分
医学图像配准
《数字医学图像》报告 内容：图像配准专题 专业： 2012级信息管理与信息系统班级：信管一班 小组成员： 20120701020 韩望欣 20120701008 毕卓帅 20120701005 胡庆 指导老师：彭瑜 完成日期： 2015 年 10月 25日
图像配准专题 简介：图像配准是对取自不同时间，不同传感器或不同视角的同一场景的两幅图像或者多幅图像匹配的过程。图像配准广泛用于多模态图像分析，是医学图像处理的一个重要分支，也是遥感图像处理，目标识别，图像重建，机器人视觉等领域中的关键技术之一，也是图像融合中要预处理的问题，待融合图像之间往往存在偏移、旋转、比例等空间变换关系，图像配准就是将这些图像变换到同一坐标系下，以供融合使用。 一：图像配准方法国内外进展情况 图像配准最早在美国七十年代的飞行器辅助导航系统、武器投射系统的末端制导以及寻地等应用研究中提出,并得到军方的大力支持与赞助。经过长达二十多年的研究,最终成功地用于中程导弹及战斧式巡航导弹上,使其弹着点平均圆误差半径不超过十几米,从而大大提高了导弹的命中率。八十年代后,在很多领域都有大量配准技术的应用,如遥感领域,模式识别,自动导航,医学诊断,计算机视觉等。各个领域的配准技术都是对各自具体的应用背景结合实际情况量身订制的技术。但是不同领域的配准技术之间在理论方法上又具有很大的相似性,从而使得在某领域的配准技术很容易移植到其它相关领域。目前国内外研究图像配准技术比较多的应用领域有红外图像处理、遥感图像处理、数字地图定位和医学图像处理等领域。 二、图像配准在医学领域的应用 20世纪以来随着计算机技术的不断发展,医学成像技术得到了快速的发展。尖端的新型医疗影像设备层出不穷,如计算机线摄影、数字减影等等,这些已经成为现代医学诊断必不可少的医学数字成像手段。由于这些医学数字成像设备有不同的灵敏度和分辨率,它们有各自的使用范围和局限性。多种模式图像的结合能充分利用图像自身的特点并做到信息互补。近几十年以来,图像配准在医学上的应用日益受到医学界和工程界的重视,己在世界范围广泛展开,在相关文献中己经提出了很多种医学图像配准的方法,这些研究成果广泛地运用到医学领域中。图像配准在医学中的应用领域主要有以下几方面: ?组织切片图像的处理与显微结构三维重建 ?疾病诊断及其发展和消退的过程检测 ?神经外科手术可视化、神经外科手术一计划及术前评估 ?感觉运动和认知过程的神经功能解剖学研究 ?神经解剖变异性的形态测量分析学 ?放射治疗和立体定向放射外科治疗计划 三、图像配准的定义 对于二维图像配准可定义为两幅图像在空间和灰度上的映射，如果给定尺寸的二维矩阵F 1和F2代表两幅图像F1（X，Y）和F2（X，Y）分别表示相应位置（X，Y）上的灰度值。则图像间的映射可表示为：F （X，Y）=G（F （H（X，Y））），式中H表示一个二维空间坐标变换，即（X’，Y’）=H（X，Y），且G是一维灰度变换。 四、图像配准方法的分类 1、维数 主要是根据待配准图像的空间维数及时间维数来划分的。图像仅含空间维数或者是图像的时间序列中带有空间数，其配准可根据图像的空间维数分2D/2D，2D/3D，3D/3D，4D/4D
第三章生物医学图像去噪
第三章生物医学图像去噪 1．写出对下列图像分别用3 3的均值、中值、0.2-截断均值滤波之后的结果图像 6 5 10 0 0 4 4 7 3 8 3 5 4 9 6 5 6 1 7 4 2 9 2 2 4 3 8 6 8 3 10 3 4 1 5 7 2．自制一幅测试图像，在一个黑背景下，有不同形状，不同灰度的物体（每个形状的灰度值一致），在图像上面叠加高斯噪声（均值为0，方差为2，用imnoise 函数），产生一幅测试图像，计算该图像与原图像的均方根误差，通过同样的方法，产生五幅、十幅测试图像，将这些图像相加，计算结果图像与原图像的均方根误差，比较误差有何变化？ 3．学习Matlab中的ordfilt2和wiener2函数，写出这两个函数的用法。对上述题目1的噪声图像，用Matlab函数分别进行均值、中值、理想低通、Butterworth 低通、Wiener滤波，计算不同滤波后的图像与原图像的均方根误差，并进行对比分析。 4．编程实现一种自适应邻域滤波方法。 5．选取自己拍摄的照片几张，包括个人生活照，夜景照片和风景照，分别叠加上高斯噪声和椒盐噪声，用matlab编程实现wiener滤波，精细的LLMMSE，适应性邻域LLMMSE进行比较，并计算MSE。 6．选取一张医学成像照片，先低通再高通（推荐使用高斯滤波器），然后再尝试先高通再低通的顺序，观察成像的不同并说明原因。 7．选取一张8比特灰度X光成像照片，对其进行1，10，100轮的高斯高通滤波器（D0=30）。请注意观察在多少轮滤波后图像不再发生变化。 8．不同的医学图像比如说超声和X光片是否产生的噪声种类不同，相应的去噪方法是否也不同？
医学图像配准技术 综述
医学图像配准技术 A Survey of Medical Image Registration 张剑戈综述，潘家普审校 （上海第二医科大学生物医学工程教研室，上海 200025） 利用CT、MRI、SPECT及PET等成像设备能获取人体内部形态和功能的图像信息，为临床诊断和治疗提供了可靠的依据。不同成像模式具有高度的特异性，例如CT通过从多角度的方向上检测X线经过人体后的衰减量，用数学的方法重建出身体的断层图像，清楚地显示出体内脏器、骨骼的解剖结构，但不能显示功能信息。PET是一种无创性的探测生理性放射核素在机体内分布的断层显象技术，是对活机体的生物化学显象，反映了机体的功能信息，但是图像模糊，不能清楚地反映形态结构。将不同模式的图像，通过空间变换映射到同一坐标系中，使相应器官的影像在空间中的位置一致，可以同时反映形态和功能信息。而求解空间变换参数的过程就是图像配准，也是一个多参数优化过程。图像配准在病灶定位、PACS系统、放射治疗计划、指导神经手术以及检查治疗效果上有着重要的应用价值。 图像配准算法 可以从不同的角度对图像配准算法进行分类[1]：同/异模式图像配准，2D/3D图像配准，刚体/非刚体配准。本文根据算法的出发点，将配准算法分为基于图像特征(feature-based)和基于像素密度(intensity-based)两类。 基于特征的配准算法 这类算法利用从待配准图像中提取的特征，计算出空间变换参数。根据特征由人体自身结构中提取或是由外部引入，分为内部特征(internal feature)和外部特征(external feature)。
【作者简介】张剑戈（1972-），男，山东济南人，讲师，硕士 1. 外部特征 在物体表面人为地放置一些可以显像的标记物（外标记，external marker）作为基准，根据同一标记在不同图像空间中的坐标，通过矩阵运算求解出空间变换参数。外标记分为植入性和非植入性[2]：立体框架定位、在颅骨上固定螺栓和在表皮加上可显像的标记。Andre G[3]等将该方法用于机器人辅助手术，对于股骨移植，位移误差小于1.5mm，角度误差小于3°，由于计算量小，可以实现实时配准。但是标记物必须事先被固定好，不能用于回顾性配准，而且该方法只适用刚体配准。 2. 内部特征 从医学影像中可以提取出点、线和面：血管的交点、血管、胸腹之间的横膈膜等，这些特征作为内标记点(internal marker) ，利用其空间位置同样可以求解出空间变换参数。Hill DL[4]用11个形态点对脑部配准，误差<1mm，方差为1.73mm。Meyer CR[5]除了血管树的交点，还使用了左右脑之间的间隔等特征。Maurer CR[6,7]赋予点、线、面等几何特征不同的权重(weighted geometrical features, WGF)，进一步改进了算法。内标记点配准是一种交互性的方法，将3D图像配准简化为点、线和面的匹配，可以进行回顾性研究，不会造成患者的不适。但是医生对特征位置的判断影响到配准精度，为了克服人为误差，需要多次重复操作，以平均值作为最终结果。 表面匹配算法也利用了内部特征[8]：进行图像分割，提取出轮廓曲线、物体表面等内部特征，使2D/3D图像配准简化为2D曲线和3D曲面的匹配，不再考虑物体内部像素。典型的应用是刚体配准的“头帽”算法[9]，从头部的3D图像中分割出表面轮廓，分别作为头模型和帽模型。配准的目标函数是头表面和帽表面之间的均方距离，该距离是空间变换参数的函数。表面匹配算法是一种自动算法，在物体表面轮廓相似并且清晰的情况下，配准效果很好。其不足之处在于：准确地进行图像分割很困难；不同模式的图像，如CT/PET图像，由于器官的轮廓差异较大，难于精确地匹配。 3. 在非刚体配准中的应用 进行非刚体配准前要确定物理模型，常见有弹性模型、粘稠液体模型、生物力学模型。通过在感兴趣区域中提取参考点、2D或是3D轮廓线，使待配准图像
图像分割 实验报告
实验报告 课程名称医学图像处理 实验名称图像分割 专业班级 姓名 学号 实验日期 实验地点 2015—2016学年度第 2 学期
050100150200250 图1 原图 3 阈值分割后的二值图像分析：手动阈值分割的阈值是取直方图中双峰的谷底的灰度值作为阈值，若有多个双峰谷底，则取第一个作为阈值。本题的阈值取
%例2 迭代阈值分割 f=imread('cameraman.tif'); %读入图像 subplot(1,2,1);imshow(f); %创建一个一行二列的窗口，在第一个窗口显示图像title('原始图像'); %标注标题 f=double(f); %转换位双精度 T=(min(f(:))+max(f(:)))/2; %设定初始阈值 done=false; %定义开关变量，用于控制循环次数 i=0; %迭代，初始值i=0 while~done %while ~done 是循环条件，~ 是“非”的意思，此 处done = 0; 说明是无限循环，循环体里面应该还 有循环退出条件，否则就循环到死了; r1=find(f<=T); %按前次结果对t进行二次分 r2=find(f>T); %按前次结果重新对t进行二次分 Tnew=(mean(f(r1))+mean(f(r2)))/2; %新阈值两个范围内像素平均值和的一半done=abs(Tnew-T)<1; %设定两次阈值的比较，当满足小于1时，停止循环， 1是自己指定的参数 T=Tnew; %把Tnw的值赋给T i=i+1; %执行循坏，每次都加1 end f(r1)=0; %把小于初始阈值的变成黑的 f(r2)=1; %把大于初始阈值的变成白的 subplot(1,2,2); %创建一个一行二列的窗口，在第二个窗口显示图像imshow(f); %显示图像 title('迭代阈值二值化图像'); %标注标题 图4原始图像图5迭代阈值二值化图像 分析：本题是迭代阈值二值化分割，步骤是：1.选定初始阈值，即原图大小取平均；2.用初阈值进行二值分割；3.目标灰度值平均背景都取平均；4.迭代生成阈值，直到两次阈值的灰 度变化不超过1，则稳定；5.输出迭代结果。
医学切片图像的配准
中国科学技术大学 硕士学位论文
University of Science and Technology of China A dissertation for master’s degree
中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：___________ 签字日期：_______________ 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 □公开 □保密（____年） 作者签名：_______________ 导师签名：_______________ 签字日期：_______________ 签字日期：_______________
摘 要 医学影像处理是一个具有很强应用前景的研究领域，在医学诊断、临床治疗等方面起着重要的作用。其研究内容是对所采集获取的医学数据（包括CT、MRI、PET及组织切片图像）进行分析、变换、显示等操作，以使人们能清楚地认识蕴涵在数据中的复杂结构。 由于制片和图像采集等原因，序列数字切片图像的每两层间都会存在错位现象，即平移和旋转等变换。基于切片数据的建模分析，其第一步就要对上下相邻层切片图像进行配准，即通过图像的几何变换来完成校准。本文将从图像边缘曲线匹配的角度来处理医学切片数据（人体躯干部位）相邻层之间的配准校正问题。 本文首先综述两种基本的医学图像配准方法：基于点的刚体变换配准算法、最大互信息法。在此基础上，我们给出一种新的医学切片图像数据匹配方法。第一步，计算图像的加权质心，求得图像的PCA坐标轴，并将配准图与参考图坐标轴重合，从而给出图像的全局粗匹配。第二步，在配准图像边缘取采样点，确定其在参考图中的最近点并计算过该点的切线和法向量，并由采样点到参考图的切向距离极小化(TDM)模型求出相应几何变换，通过迭代获得局部精细配准。 数值实验表明，本文所提的匹配方法能很好地实现医学切片数据相邻层之间的高精度配准，而且相对于其它方法（如最大互信息法）可较大程度地减少计算量。
图像处理文献综述
文献综述 理论背景 数字图像中的边缘检测是图像分割、目标区域的识别、区域形状提取等图像分析领域的重要基础，图像处理和分析的第一步往往就是边缘检测。 物体的边缘是以图像的局部特征不连续的形式出现的，也就是指图像局部亮度变化最显着的部分，例如灰度值的突变、颜色的突变、纹理结构的突变等，同时物体的边缘也是不同区域的分界处。图像边缘有方向和幅度两个特性，通常沿边缘的走向灰度变化平缓，垂直于边缘走向的像素灰度变化剧烈。根据灰度变化的特点，图像边缘可分为阶跃型、房顶型和凸缘型。 、图像边缘检测技术研究的目的和意义 数字图像边缘检测是伴随着计算机发展起来的一门新兴学科，随着计算机硬件、软件的高度发展，数字图像边缘检测也在生活中的各个领域得到了广泛的应用。边缘检测技术是图像边缘检测和计算机视觉等领域最基本的技术，如何快速、精确的提取图像边缘信息一直是国内外研究的热点，然而边缘检测也是图像处理中的一个难题。 首先要研究图像边缘检测，就要先研究图像去噪和图像锐化。前者是为了得到飞更真实的图像，排除外界的干扰，后者则是为我们的边缘检测提供图像特征更加明显的图片，即加大图像特征。两者虽然在图像边缘检测中都有重要地位，但本次研究主要是针对图像边缘检测的研究，我们最终所要达到的目的是为了处理速度更快，图像特征识别更准确。早期的经典算法有边缘算子法、曲面拟合法、模版匹配法、门限化法等。 早在1959年Julez就曾提及边缘检测技术，Roberts则于1965年开始了最早期的系统研究，从此有关边缘检测的理论方法不断涌现并推陈出新。边缘检测最开始都是使用一些经验性的方法，如利用梯度等微分算子或特征模板对图像进行卷积运算，然而由于这些方法普遍存在一些明显的缺陷，导致其检测结果并不尽如人意。20世纪80年代，Marr和Canny相继提出了一些更为系统的理论和方法，逐渐使人们认识到边缘检测的重要研究意义。随着研究的深入，人们开始注意到边缘具有多分辨性，即在不同的分辨率下需要提取的信息也是不同的。通常情况下，小尺度检测能得到更多的边缘细节，但对噪声更为敏感，而大尺度检测
配准综述
图像配准是对取自不同时间，不同传感器或者不同视角的同一区域的两幅或者多幅图像进行匹配叠加的过程。随着技术手段的不断发展，人们对图像配准的要求也越来越离。包括配准方法的鲁棒性、算法的难易程度、算法的自主性等都是考量算法的指标。图像配准的方法中，有人提出过被广泛认同的四个巧骤： a．特征空间的选择 特征空间是指将运用到配准中元素的集合。特征空间包括很多方面，比如像素值，比如点、线，或者平面甚至是曲面。 b．搜索空间 搜索策略是指一系列配准变换操作的集合。搜索空间是建立在几何形变基础上的。而几何形变一般包括全局的和局部的几何形变。典型的全局变形包括平移，缩放，扭曲等变形以及它们的组合。而局部形变，对变换参数要求比较苛刻，因为某一套变换参数只能作用在局部形变区域，而其余区域需采用插值技术补充。然而，另外的变形区域则需要另外的变换参数去表述。在一般的处理中，我们将变换模型看成是一种先验知识。不然则需要考量所有的变换模型。 c．搜索策略 搜索策略是实施变换的依据。它的存在是为了找寻变换模型的最优解。常用的搜索策略有松弛模型法、牛顿法和共扼梯度法。 d．相似性度量 相似性度量是对采用的变换模型的评价。相似性度量主要是采用参考图像和配准图像之间的共有的特征之间的差异比较的方法来评价配准的情况。这其中的差异可以包括点位的误差，或者是灰度值相关的差异，还可以是在变换域之间的差异值等等。最常见的相似性度量是检测特征的欧氏距离。 上述的几个步骤构成了图像配准的基本框架。许许多多的算法充斥其中产生了种类繁多的配准方法。下面主要介绍下几种典型的配准算法。目前典型的配准算法中大致可分成基于灰度、基于特征和基于模型的方法。 基于灰度的配准算法 基于灰度的算法中，重点是对图像配准的过程上，而不是特征集的选择
关于图像匹配的综述
关于图像匹配的综述 1.图像匹配的背景及定义 1.1图像匹配的背景及意义 图像匹配技术广泛的应用于日常生活中的诸多领域，如医疗诊断中各种医学图片的分析与识别、遥感图片识别、天气预报中的卫星云图识别、指纹识别、人脸识别等。图像匹配技术主要指通过计算机，采用数学技术方法，对获取的图像按照特定目的进行相应的处理。图像匹配技术是人工智能的一个重要分支和应用，随着计算机技术及人工智能技术的发展，图像识别技术逐渐成为人工智能的基础技术之一。它涉及的技术领域相当的广泛，也越来越深入，其基本分析方法也随着数学工具的不断进步而不断发展。现在，图像识别技术的应用范围己经不仅仅局限于视觉的范围，也体现在机器智能和数字技术等方面。 1.2图像匹配的定义 所谓图像匹配是指在一幅(或一批)图像中寻找与给定目标图像相似的图像或者图像区域(子图像)的过程。通常将已知目标图像称为模板图像，而将待搜索图像中可能与它对应的子图称作该模板的待匹配的目标图像。图像匹配是在来自不同时间或者不同视角的同一场景的两幅或多幅图像之间寻找对应关系，该技术隶属于计算机视觉哺领域。图像匹配的具 体应用包括目标或场景识别、在多幅图像中求解3D结构、立体对应和运动跟踪等。由于拍摄时间、拍摄角度、自然环境的变化，多种传感器的使用、传感器本身的缺陷及噪声等影响，拍摄的图像会存在灰度失真和几何畸变。同时，图像预处理过程会引入的误差，这都是导致模板图像与待匹配的目标图像之间通常存在着一定程度上的差异。在这种情况下，如何使匹配算法精度高、正确匹配率高、速度快和抗干扰性强成为人们关心的问题。 2.图像匹配算法的分类 图像匹配算法的选取对图像匹配结果的影响很大。实用的匹配算法不仅要求计算量小，还必须具有良好的抗噪能力和抗几何形变的能力。通常情况下，图像匹配算法可以分为以下两大类：基于灰度相关的匹配算法、基于特征的图像匹配算法。 1) 基于灰度分布的相关匹配算法，也称为基于区域的匹配方法。常见的基于图像灰度的匹配方法有：（1）归一化灰度相关匹配、（2）最小二乘影像匹配、和（3）序贯相似性检测法匹配等。该类算法直接利用整幅图像的灰度信息，建立两幅图像之间的相似性度量，然后采用某种搜索方法，寻找使相似性度量值最大或最小的变换模型的参数值。在灰度及几何畸变
图像分割文献综述
文献综述 图像分割就是把图像分成各具特色的区域提取感兴趣目标的技术和过程。它是由图像处理到图像分析的关键步骤，是一种基本的计算机视觉技术。 图像分割起源于电影行业。伴随着近代科技的发展，图像分割在实际中得3到了广泛应用，如在工业自动化、在线产品检验、生产过程控制、文档图像处理、遥感和生物医学图像分析、以及军事、体育、农业工程等方面。总之，只要是涉及对对象目标进行特征提取和测量，几乎都离不开图像分割。所以，对图像分割的研究一直是图像工程中的重点和热点。 自图像分割的提出至今，已经提出了上千种各种类型的分割算法。由于分割算法非常多，所以对它们的分类方法也不尽相同。我们依据使用知识的特点与层次，将其分为基于数据和基于模型两大类。前者是直接对当前图像的数据进行操作，虽然可以利用相关的先验信息，但是不依赖于知识；后者则是直接建立在先验知识的基础上，这类分割更符合当前图像分割的技术要点，也是当今图像分割的主流。 基于数据的图像分割算法多数为传统算法，常见的包括，基于边缘检测，基于区域以及边缘与区域相结合的分割方法等等。这类分割方法具有以下缺点，○1易受噪声和伪边缘影响导致得到的边界不连续，需要用特定的方法进行连接；○2只能提取图像局部特征，缺乏有效约束机制，难以获得图像的全局信息；○3只利用图像的底层视觉特征，难以将图像的先验信息融合到高层的理解机制中。这是因为传统的图像处理算法都是基于MIT人工智能实验室Marr提出的各层相互独立、严格由低到高的分层视觉框架下进行的。由于各层之间不存在反馈，数据自底向上单向流动，高层的信息无法指导底层特征的提取，从而导致底层的误差
不断积累，且无法修正。 基于模型的分割方法则可以克服以上缺陷。基于模型的分割方法可以将分割目标的先验知识等有用信息融合到高层的理解机制之中，并通过对图像中的特定目标对象建模来完成分割任务。这是一种自上而下的处理过程，可以将图像的底层视觉特征与高层信息有机结合起来，因此更接近人类的视觉处理。基于模型的图像分割方法主要包括：○1基于统计模型的分割方法；○2基于神经网络的分割方法；○3基于形变模型的分割方法。 主动轮廓模型（Active Conlour Model， ACM）（又称活动轮廓模型，变形曲线模型）的研究背景及发展状况。 即Snake模型，最初由Kass等人于1998年提出，并成功应用于图像分割方面。这种模型通过建立与参数化曲线Ｃ相关的能量函数，然后优化该能量函数，使轮廓向目标边界演化，并在目标边界处达到最优值。 1987年Kass、Witkin和Terzopoulos首次提出主动轮廓模型，并成功应用于图像分割、视频跟踪等相关应用。这种模型对Marr提出的各自独立分层图像处理模型提出了挑战，它将图像本身的底层视觉属性（如边缘、纹理、灰度、色彩等）与待分割目标的先验信息（如形状、亮度、色彩等）以一种有机的方式——能量函数的形势结合起来，最终得到待分割目标的完整表达。能量函数一般由两部分构成：内部能量函数和外部能量函数。一般说来，内部能量函数嵌入了对目标特征约束的先验性假设，以及保持轮廓本身特性（如光滑性和刚性）的约束条件；而外部能量函数则根据图像的数据特性（如边缘特性、区域特性等）构造
最新图像去噪处理的研究及MATLAB仿真
图像去噪处理的研究及M A T L A B仿真
目录 引言 (1) 1图像去噪的研究意义与背景 (2) 1.1数字图像去噪研究意义与背景 (2) 1.2 数字图像去噪技术的研究现状 (3) 2 邻域平均法理论基础 (3) 2.1 邻域平均法概念 (3) 3 中值滤波法理论基础 (3) 3.1中值滤波法概念 (3) 3.2中值滤波法的实现 (4) 4中值滤波法去噪技术MATLAB仿真实现 (4) 4.1Matlab仿真软件 (4) 4.2中值滤波法的MATLAB实现 (5) 4.3邻域平均法的MATLAB实现 (6) 总结 (8) 全文工作总结 (8) 工作展望 (8) 参考文献 (9) 英文摘要 (10) 致谢语 (11)
图像去噪处理的研究及MATLAB仿真 电本1102班姓名：杨韬 指导老师：刘明军摘要:图像是生活中一种重要的信息来源，通过对图像的处理可以帮助我们了解信息的内在信息。数字图像去噪声涉及光学系统、微电子技术、计算机科学、数学分析等领域，是一门综合性很强的边缘科学，如今其理论体系非常完善，且其应用很广泛，在医学、军事、艺术、农业等都有广泛且充分的应用。MATLAB是一种高效的工程计算语言，在数值计算、数据处理、图像处理、神经网络、小波分析等方面都有广泛的应用。MATLAB是一种向量语言，它非常适合于进行图像处理。 本文概述了邻域平均法与中值滤波法去噪的基本原理。对这两种常用的去噪方法进行了分析比较和仿真实现。最后根据理论分析和实验结果，讨论了一个完整去噪算法中影响去噪性能的各种因素。为实际工作中的图像处理，去噪方法的选择和改进提供了数据参考和依据。 关键字：邻域平均法;中值滤波法;MATLAB 引言 图像因为一些原因总会被外界干扰，所以图像质量往往不是很好,而质量不好的图片又不容易进行进一步的处理。在对图像的地处理过程中，图像去噪是很重要的一个环节，所以想对图像进行进一步的处理,对图像的去噪就变得重要起来,所以很多研究人员对这一课题进行了比较全面的研究,图像的处理最传统的方法是在空域中的处理，也就是说在图像的空间范畴内对图像质量进行改善。也可以对图像进行平滑处理等，这属于第一类图像处理方法。 中值滤波法与邻域平均法是出现最早的去噪手段，而且由于其具备良好的空频特性，实际应用也非常广泛。其中图像的邻域平均去噪方法是众多空域图像去噪方法中效果最好的去噪方法。基本思想就是用邻近的像素平均值来代替噪声的像素，且图像尺寸越大，去噪