第2章 数字图像技术基础

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数字图像处理的优点
医学数字图像处理的应用
1. 再现性好 2. 处理精度高 3. 处理速度快 4. 处理图像手段灵活 5．易存储 6．发展快 7．操作简单 8．易传输 9．安全 10. 智能化
1、黑白图像的灰阶处理 2、彩色图像的频谱处理 3．图像信息资料的储存 4．实时图像信息的传输 5．Internet与医学图像信息 的传输 6．图像自动识别 7．图像虚拟 8．图像三维重建 9．远程医学（Telemedicine）
2×9+(n－1)×3=45位就可以储
存
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2.1.3 数字图像质量评价
医学成像的目的是要让观察者能够清楚地看
到患者体内的某一组织器官的病变情况及其与周
围组织的关系。
影响评价数字医学图像质量的因素：噪声、信
噪比、对比度、分辨率及伪影。
其中分辨率还包括：空间分辨率、密度分辨率、
时间分辨率。
图像的异或运算
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2.4.1 数字图像运算
6. 或运算
或运算的定义：g(x,y) = f(x,y) v h(x,y)。 主要应用举例：合并子图像。
图像的或运算
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2.4.1 数字图像运算
7. 与运算
与运算的定义：g(x,y) = f(x,y) Ù h(x,y)。 主要应用举例：求两个子图像的相交子图。
白 255 列(N)
行(M)
灰 阶
模拟图像
抽样
量化
黑0
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4. 分辨率与颜色数
像素表达位数与对应的颜色数
分辨率表示图像垂直与水平
方向的像素点的数量。 颜色数是指一幅图像最多能
位数 1 2 4 8 12 16 24
颜色数 2 4 16 256 4096 65536 16777216
2.4.2 灰度直方图
1. 灰度直方图的定义 灰度直方图是灰度级的函数，是对图像中 所有灰度级状态分布的统计。即：横坐标表示 灰度级，纵坐标表示图像中对应某灰度级所出 现的像素个数。
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较暗的图像
较暗图像的直方图
较亮的图像
较亮图像的直方图
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对比度较低图像
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2.2 数字图像处理
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2.2 数字图像处理 数字图像处理（Digital Image Processing）又称为 计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号 并利用计算机对其进行处理的过程。
图像处理目 的是改善图像的 质量，它以提高 图像的使用价值 为目的。
表达的颜色数目。
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2.1.2 数字图像的分类及表示
1.数字图像的分类 数字图像的分类主要有黑白图像、灰度图像、 彩色图像、三维图像等。 （1）黑白图像
100 001 110
I=
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2.1.2 数字图像的分类及表示
（2）灰度图像 灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的 灰度级来描述的图像。
2.4.1 数字图像运算
4. 求反
求反的定义：g(x,y) = 255 - f(x,y)。 主要应用举例：获得彩色图片的底片，对于黑白图像，还可 获得区别于背景的、可恢复的图形。
图像的求反运算示意图
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2.4.1 数字图像运算
5. 异或
异或运算的定义：g(x,y) = f(x,y) Å h(x,y)。 主要应用举例：获得相交子图像。
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3.数字图像的存储
（1）合并储存；（2）图像压缩储存
一般储存单元是字节，而二值图像仅用一位
二进制码来表示即可。采用的方法是将相邻的8
个像素点值合并储存在一个字节中，以每个像素 占用该字节一个位的方式来表示。 优点是节省储存空间，缺点是显示或处理时， 必须先把每个字节展开成8个像素，增加了处理
对比度较低图像的直方图
对比度较高图像
对比度较高图像的直方图
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2. 直方图的用途
（1）直方图可用来判断一幅图像是否合理地利用了
全部被允许地灰度级范围。
（2）直方图可用来进行边界阈值选择。图像的轮廓
线提供了一个确立图像中简单物体边界的有效方法，
使用轮廓线作为边界的技术被称为阈值化。直方图
输入图像
输出图像
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2.3.2 常用的图像采集设备
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2.3.3 图像数字化设备常见参数
1. 像素(Pixel) 2. 屏幕分辨率 屏幕分辨率又称屏幕频率，是指显示器上最大可显示的 像素数的集合，一般用水平与垂直方向的像素点数来表示。 3. 位分辨率(Bit Resolution)
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2.3 数字图像处理系统
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2.3.1 数字图像处理系统的基本组成结构 数字图像的采集、处理和输出是由数字图像 处理系统实现的，因此数字图像处理系统是由图 像数字化设备、图像处理计算机和图像输出设备 组成，如图所示：
图像处理计算机 图像输出设备
图 像 数 字 化 设 备
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（3）直方图方法
采用直方图修正后可使图像的灰度间距拉大或
使灰度分布均匀，从而增大了反差，使图像细节清 楚，达到增强图像清晰度的目的。直方图处理方法 通常分两种；

直方图均衡化； 直方图规定化：
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1）直方图均衡化 图像均衡化处理后，图像
的直方图是平直的，即各
的计算量。
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（2）图像压缩储存
文字和线条图像是一种特殊的二值图，这类
图像由于文字或线条只占全图少量像素，因此可
以采用更紧凑的数据压缩结构来储存。经常选用
下面三种结构来储存：

坐标序列结构 坐标序列增量结构 链码结构
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1）坐标序列结构:即由图中线段某一端头（非封闭线） 或任意像素点（封闭线）的坐标开始，连续记录与之连
2.3.4 常用的数字图像处理软件
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2.4 数字图像处理基本技术
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2.4.1 数字图像运算 数字图像运算是数字图像处理的最基本技术， 包括算术运算与逻辑运算。算术运算有：加法、减 法、乘法运算等，逻辑运算有：求反、异或、或、 与运算等。 1. 加法 加法运算的定义：C(x,y) = A(x,y) + B(x,y)。 主要应用举例：我们可以得到各种图像合成的效果， 也可以用于两张图片的衔接。
图象的位分辨率也称位深，是用来衡量每个像素储存信 息的位数。这种分辨率决定了每次在屏幕上可显示多少种颜 色，或者也将位分辨率称为颜色深度。 4. 设备分辨率(Device Resolution)
又称输出分辨率，指的是各类图像输入、输出设备每英寸 上可产生的点数 。这种分辨率通过指标DPI来衡量。
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图像的与运算
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以上七种数字图像的运算方式在实际的医学数字图像处理中
可用于医学数字图像的比较、裁剪、拼接、特征提取等融合
技术中。例如：数字图像的减法运算可应用于DSA（数字减 影血管造影）的图像处理中
蒙片
充盈片
减影图
a 数字减影血管造影成像 b 正片与负片
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同一场景两幅图像之间的变化
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2.4.1 数字图像运算
3. 乘法
乘法的定义：C(x,y) = A(x,y) * B(x,y)。 主要应用举例：图像的局部显示。用二值蒙板图像与原图像 做乘法。此种图像处理操作常被称为“抠图”或“蒙板”操 作。
图像的局部显示
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第2章 数字图像技术基础
2.1 数字图像
2.2
2.3 2.4 2.5
数字图像处理
数字图像处理系统 数字图像处理基本技术 数字图像的制式转换与压缩
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2.1 数字图像
2.1.1 图像的相关概念
1、模拟图像
2、数字图像
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3. 模拟图像转化为数字图像的过程 （1）抽样；（2）量化
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Hale Waihona Puke Baidu
2.数字图像在计算机内部的表示方法
（1）单波段数字图像;
（2）多波段彩色数字图像; （3）二值图形;
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（2）多波段彩色数字图像 由红、绿、兰三基色表示的彩色图像及遥感 图像均属多波段图像。这类图像常用下列三种扫 描和存储方式： 按色彩幀扫描存储方式 按行扫描存储方式 按像素点扫描存储方式
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2.4.1 数字图像运算
1. 加法
图像的合成
图像的衔接
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2. 减法
减法的定义：C(x,y) = A(x,y) - B(x,y)。
主要应用举例：检测同一场景两幅图像之间的 变化，设：时间1的图像为T1(x,y)，时间2的图 像为T2(x,y)，则C(x,y) = T2 (x,y) - T1(x,y)。则 C(x,y) = A(x,y) – B(x,y)运算的结果是；去除了 图像背景色、得到了相减运算的图像C(x,y)， 其中C(x,y)为图像相减运算后，去除了背景的 图像。
量为1表示该X或Y方向坐标值加1而前进一步。
坐标序列增量的方法可 以用(3,6)(1,1)(1,0)(1,1)(1,-1)(1,0)(1,0)(1,-
1)(0,-1)(-1,-1)序列来表
示10个有效黑点像素所 示的线条。存储该图形 需要4×(10-1)+2×9＝ 54位。
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3）链码结构：对一个(线条)连续的像素序列来说，与 某一像素连通的后续像素只可能是0~7中的一个。因此 任何一个后续像素均可用0~7这8个值中的一个来表示 它的前进方向，那么用三位二进制码（八进制数）即 可表示连续的线条图形。
链码结构法可用(3,6)，7，0，1，
1，0，0，1，2，3的链码表示。 即用八进制数就可表示，用了
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按行扫描存储方式
按像素点扫描存储方式
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（3）二值图形
二值图形是黑白图像的一种特殊情况。每个像 素只有二个灰度值1或0，即每个像素仅用一位二进 制数表示即可。一切文字和工程线条图均可经数 字化后用二值图像的形式来表示，例如医学心电 图中的线条图形就是典型的二值图形。
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1. 灰度变换 （1）线性对比度展宽
局 部 对 比 度 增 强
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（2）动态范围调整
动态范围是指图像中所记录的场景中从暗到亮 的变化范围。动态范围调整的目的是通过动态范围 的压缩或扩展，可以将所关心部分的灰度级的变化 范围扩大。
在医学影像中，CT图像在显示时，调整窗宽和 窗位即采用这种技术，既有选择性地把人体某一组 织器官的灰阶值范围映射到显示设备中，如选择骨 窗（窗位调整），就是选择输入X线片中人体骨骼 的灰阶范围（窗宽调整），此时屏幕中将清晰地增 强显示出骨骼的影像，抑制其他灰阶组织的图像。
I=
0 150 200 120 50 180 250 220 100
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2.1.2 数字图像的分类及表示
（3）彩色图像
彩色图像是指每个像素的信息由RGB三原色 构成的彩色图像。
255 240 240 R= 255 0 80 255 0 0 0 160 80 0 80 160 0 240 G= 255 160 160 B= 0 0 255 0 255 255 255
灰度级具有相同的出现频
数，那么由于灰度级具有
均匀的概率分布，图像看 起来就更清晰了。直方图 均衡化实质上是减少图像 的灰度级以换取对比度的
通的像素点坐标，这种方法实际上仅记录了图像上有黑
色（值为1）的像素点所在的X，Y坐标值，而隐含表示
其它没有被记录的坐标点为白色，其值均为0。
该图像为512×512像素， 则需要2×9×10 = 180位 存储空间。
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2）坐标序列增量结构：根据相邻两个像素坐标之间的
变化，增量为0表示该X或Y方向坐标值保持不变，增
因为提供了一幅图像的全部灰度信息，因此可以利
用直方图来进行边界阈值选择。
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2.4.3
图像增强
图像增强是数字图像处理的方法之一，可以改
善从外界获取的图像的质量和外观，或者把图像转
换成另外某种形式，使其更适合人眼的观察判断和
图像分析仪的自动处理。 在对图像进行增强处理时，可以采用灰度变换、 图像平滑与锐化等多种技术综合处理。必须注意的 是：图像增强实际上是有选择性地加强图像中的某 些信息，而抑制另一些信息。