医学图像处理

所占字节 1字节/像素 2字节/像素
图像存储容量的计算
一幅灰度图像，矩阵为512×512，灰度级别为256，在 计算机中保存，图像数据占多少字节？
灰度级别为256，也就是28 ，8位图像。使用一个字节 保存一个像素。
像素共有 512×512＝262144
这幅图像占262144字节， 也就是 262144/1024 = 256K
第二章 数字图像处理基础
The Fundamentals of Digital Image Processing
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。
不同采样点数对图像质量的影响
（a）
（b）
（c）
（d）
（e）
（f）
（a）原始图像(256×256)； （b）采样图像1(128×128)； （c）采样图像2(64×64)； （d）采样图像3(32×32)； （e）采样图像4(16×16)； （f） 采样图像5(8×8)
a. 像素数目
b.灰度值的度量
灰度级(Gray level scale)
2的整数次幂 2n 如：8bit 28=256 由256个灰度级别表示 白到黑之间的过度
空间分辨率（图像的采样）与图像质量的关系
对同一物体图像的采样，像素越多（即采样间隔越小，像素 越小），图像的分辨率也就越高，像素太大会使图像的细节 丢失。
图像数字化：将模拟图像经过数字化之后，得到用 数字表示的图像。图像的数字化包括采样和量化两 个过程
2.1.1 采样
采样：指将空域上或时域上连续的图像(模拟图像) 变换成离散采样点(像素)集合的一种操作。即：空 间坐标的离散化。
图像采样是通过先在垂直方向上采样，然后将得到的结果再沿 水平方向采样两个步骤来完成的操作。经过采样之后得到的二 维离散信号的最小单位就称为像素。一般情况下，水平方向的 采样间隔与垂直方向的采样间隔相同。
由于目前的计算机所能处理的信息必须是数字信号， 而我们得到的照片、图纸或景物等原始信息都是连续 的模拟信号，所以数字图像处理的第一个环节就是将 连续图像信息转化为离散和数字形式。
模拟图像及对应的数字图像
数字图像：空间量化(采样)+幅值量化(量化)
左图显示了投影到一阵列传感器平面上的连续图像。右图显示了 取样和量化后的图像。很明显,数字图像的质量很大程度上取决于 取样和量化中所用的采样数和灰度级。
模拟图像和数字图像 (analog image & digital image)
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( continuous image)。
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（ discrete image)。
b 量化后的灰度二进制位数 为Q，则存储一幅数字图像所需的二进制位数b为：
b M NQ
字节数B为 B M N Q (Byte) 8
图像尺寸计算
x与y 为像素的大小
图像大小＝ M * x N * y
灰度级和字节
图像 灰度级
• 8位 256 • 12位 4096
2.1.2 量化
量化：把采样后所得的各像素的灰度值从模拟量到离散 量的转换称为图像灰度的量化。即：灰度的离散化。
Zi＋ 1 Zi
Zi－ 1
qi＋ 1 qi－ 1
连 续 灰 度 值 量 化 值 (整 数 值 )
灰 度 标度
灰 度 量化
(a)
…
…
25 5 25 4
12 8 12 7
1 0
(b)
将连续图像的像素值分布落在[Zi，Zi+1]范围内的点的取值量化为
空间分辨率和灰度分辨率
空间分辨率(spatial resolution )： 图像空间中可分辨的最小细节。一般用单位长度上 采样的像素数目或单位长度上的线对数目表示。
灰度分辨率(contrast resolution )： 图像灰度级中可分辨的最小变化。一般用灰度级或 比特数表示。 数字图像的两个基本问题
qi+1，称之为灰度值或灰阶(Gray Level)。把真实值Z与量化值qi+1
之差称为量化误差，把表示对应于各个像素的亮暗程度称为灰度
等级或灰度标度。
图像的量化等级反映了图像的质量。例如，图像中的 每个像素都用8位二进制数表示，有28=256个量级；若 采用16位二进制数表示，则有216=65536个量级；若采 用24位二进制数表示，则有224=1667万个量级。同样， 量级越大，图像质量就越高，存储空间要求就越大。 但由于计算机的工作速度、存储空间是相对有限的， 各种参数都不能无限地提高。
图像采样(栅格化)
图像采样
在进行采样时，采样点间隔的选取是一个非常重要的 问题，它决定了采样后图像的质量，即忠实于原图像 的程度。采样间隔的大小选取要依据原图像中包含的 细微浓淡变化来决定。一般，图像中细节越多，采样 间隔应越小。
对一幅图像采样后，若每行(即横向)像素为M个，每列 (即纵向)像素为N个，则图像大小为M×N个像素。例 如，一幅640×480的图像，就表示这幅连续图像在长 、宽方向上分别分成640个和480个像素。显然，想要 得到更加清晰的图像质量，就要提高图像的采样像素 点数，也就是要使用更多的像素点来表示该图像，但 相对需要付出更大的存储空间的代价。
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。
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。