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1、第 卷 第 期 年 月济 南 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） （ ） 文 章 编 号 ： （ ） ： 基于伪彩色的 标准图像显示方法安 庆 浩 ， 丁 健 配 ， 黄 艺 美 ， 李 金 屏（ 济 南 大 学 信 息 科 学 与 工 程 学 院 ； 山 东 省 网 络 环 境 智 能 技 术 重 点 实 验 室 ， 山 东 济 南 ）摘 要 ： 考 虑 到 人 眼 对 颜 色 信 息 的 敏 感 性 ， 提 出 一 种 基 于 伪 彩 色 的 医 学 数 字 成 像 和 通 信 （ - ， ） 图 像 显 示 方 法 ， 即 通 过 映 射 函 数 将 标 准 图 像 中 的 个
2、灰 度 级 映 射 到红 绿 蓝 （ ） 颜 色 空 间 ， 从 而 以 伪 彩 色 方 式 显 示 标 准 图 像 ， 同 时 可 以 转 化 为 其 他 图 像 格 式 。 实 验 结 果表 明 ， 标 准 图 像 中 不 同 的 区 域 会 以 不 同 的 颜 色 区 分 ， 人 眼 可 以 直 接 有 效 地 观 察 到 标 准 图 像 中 的 许多 细 微 差 别 。关 键 词 ： 医 学 数 字 成 像 和 通 信 ； 颜 色 空 间 ； 伪 彩 色 ； 映 射 ； 图 像 显 示中 图 分 类 号 ： 文 献 标 志 码 ： - ， ， ， （ ； ， ， ， ） ： ， （ ）
3、 - （ ） ， - - ， - ： ； ； - ； ； 医 学 数 字 成 像 和 通 信 （ - ， ） 是 使 医 学 图 像及 相 关 信 息 在 不 同 系 统 和 应 用 之 间 交 换 的 一 种 国 际通 用 标 准 。 年 ， （ ） 和 - （ ） 这 个 组 织 共 同 成 立 了 委 员 会 ， 用 以建 立 医 学 图 像 的 相 应 规 范 。 年 ， 发 布 了 一 套 统 一 的 规 范 ， 命 名 为 ，这 一 规 范 逐 步 成 为 医 学 图 像 信 息 学 领 域 的 国 际 通 用标 准 。 广 泛 应 用 于 多 个 领 域 ， 例 如 放 射 医
4、疗 、心 血 管 成 像 、 射 线 、 核 磁 共 振 等 。 标 准 图像 中 包 含 许 多 信 息 ， 其 中 最 主 要 的 是 图 像 的 数据 位 ， 数 据 位 中 的 数 据 元 素 一 般 是 位 或 位 ，可 表 示 的 灰 度 级 最 大 可 达 。 人 们 通 常 使 用 种 方 法 观 察 标 准 图 像 ， 一 是 使 用 专 门 的 软 件 ，收 稿 日 期 ： 网 络 出 版 时 间 ： ： 基 金 项 目 ： 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （ ） ； 山 东 省 科 技 重 大 专 项 （ 新 兴 产 业 ） 项 目 （ ） ； 山 东 省 高 等
5、 学 校 科 技计 划 项 目 （ ） ； 济 南 大 学 科 研 基 金 项 目 （ ）第 一 作 者 简 介 ： 安 庆 浩 （ ） ， 男 ， 山 东 聊 城 人 。 硕 士 研 究 生 ， 研 究 方 向 为 图 像 处 理 与 模 式 识 别 。 - ： 。通 信 作 者 简 介 ： 李 金 屏 （ ） ， 男 ， 河 南 焦 作 人 。 教 授 ， 博 士 ， 硕 士 生 导 师 ， 研 究 方 向 为 机 器 学 习 与 模 式 识 别 。 - ： 。网 络 出 版 地 址 ： ： 万方数据二 是 将 标 准 图 像 转 换 成 其 他 图 像 格 式 。 在对 标 准 图 像
6、进 行 显 示 时 ， 使 用 的 软 件 有 、 等 ， 人 们 观 察 到 的 是 灰度 图 ， 但 是 人 眼 只 能 辨 别 出 种 左 右 的 灰 度 色调 ， 如 果 要 观 察 标 准 图 像 中 的 细 节 部 分 ，就 需 要 另 开 窗 口 ， 单 独 对 这 一 区 域 进 行 显 示 ， 很 显 然这 种 方 法 给 人 们 的 观 察 带 来 不 便 。 在 对 标准 图 像 进 行 格 式 转 换 时 通 常 采 用 的 是 加 窗 技术 ， 转 换 的 格 式 一 般 为 。 加 窗 技 术 是 利用 一 个 窗 口 ， 将 窗 口 区 域 内 的 图 像 线 性
7、 地 转 换 到 显示 器 上 ， 但 是 这 种 方 法 会 牺 牲 掉 图 像 中 的 部 分 像 素 ，原 因 是 大 于 或 小 于 窗 口 上 下 限 的 像 素 值 会 被 设 置 为最 大 或 最 小 显 示 值 。通 常 情 况 下 ， 人 眼 可 以 辨 别 出 上 千 种 彩 色 色 调和 亮 度 。 如 果 标 准 图 像 用 伪 彩 色 进 行 显 示 ，那 么 图 像 中 人 体 组 织 间 的 细 微 差 别 就 可 以 用 不 同 的颜 色 来 区 分 ， 进 而 人 眼 可 以 直 接 进 行 观 察 ， 因 此 ，本 文 中 提 出 一 种 基 于 伪 彩 色
8、 的 标 准 图 像 显示 方 法 。 该 方 法 充 分 利 用 红 （ ） 、 绿 （ ） 、 蓝 （ ） 这 个 颜 色 通 道 。 颜 色 空 间 可 表 示 的 颜 色 可 达 种 ， 数 量 远 远 大 于 标 准 图 像 中 的 个 灰 度 级 ， 因 此 标 准 图 像 中 的 灰 度 级完 全 可 以 映 射 到 颜 色 空 间 中 。 伪 彩 色 图 像 是通 过 个 颜 色 通 道 的 不 同 组 合 来 显 示 色 彩 ， 每 个 颜色 通 道 占 位 ， 标 准 图 像 中 的 数 据 元 素 最 大为 位 ， 将 位 的 数 据 元 素 划 分 为 前 位 、 中
9、位和 后 位 共 个 部 分 ， 然 后 将 划 分 后 的 数 据 元 素 转换 成 十 进 制 ， 并 通 过 亮 度 调 节 系 数 分 别 赋 值 到 、 和 颜 色 通 道 中 ， 通 过 此 方 法 将 标 准 图 像转 化 为 伪 彩 色 图 像 。 相 关 知 识 标 准 图 像 文 件 格 式 解 析典 型 的 标 准 图 像 文 件 分 为 文 件 头 和 数据 集 个 部 分 。文 件 头 包 括 导 言 和 前 缀 ， 数 据 集 至 少 包 括 个数 据 元 素 。 每 个 数 据 元 素 有 个 域 ， 分 别 是 标 识 符（ ） 、 数 据 类 型 （ ） 、
10、数 据 长 度（ ） 和 数 据 域 （ ） ， 其 中 的 数 据 域是 可 选 择 的 ， 图 所 示 为 标 准 图 像 文 件 格 式示 意 图 。导 言 长 字 节 ， 可 以 将 文 件 的 相 关 说 明 放 在导 言 里 面 。图 标 准 图 像 文 件 格 式 示 意 图前 缀 长 字 节 ， 为 大 写 字 符 “ ” 、 “ ” 、 “ ” 、 “ ” 。标 识 符 为 占 个 字 节 的 无 符 号 整 数 ， 标准 图 像 中 所 有 的 数 据 元 素 都 可 以 用 标 识 符 进 行 唯 一表 示 。数 据 类 型 为 占 个 字 节 的 字 符 串 ， 指 明
11、 该 数 据元 素 中 的 数 据 是 哪 种 类 型 。 数 据 类 型 取 决 于 协 商 的传 输 数 据 类 型 ， 标 准 图 像 文 件 中 规 定 显 式（ ） 和 隐 式 （ ） 种 传 输 格 式 。显 式 传 输 时 ， 数 据 类 型 必 须 存 在 ； 隐 式 传 输 时 ， 数 据类 型 必 须 省 略 。数 据 长 度 为 占 个 或 个 字 节 的 无 符 号 偶 数值 ， 指 明 了 数 据 域 的 长 度 。数 据 域 存 放 的 是 真 正 的 数 据 ， 数 据 可 以 有 多 个值 ， 但 是 总 的 长 度 必 须 是 偶 数 ， 不 足 的 则 补
12、齐 。 颜 色 空 间 颜 色 空 间 是 一 种 常 见 的 颜 色 模 型 。 因为 人 眼 中 的 锥 形 状 细 胞 和 棒 状 细 胞 对 红 色 、 绿 色 和蓝 色 特 别 敏 感 ， 所 以 颜 色 空 间 可 以 表 示 色 彩 。在 用 笛 卡 尔 坐 标 系 表 示 颜 色 模 型 时 需 要 将 所有 的 颜 色 进 行 归 一 化 ， 如 图 所 示 。 、 、 颜 色 分 量 分 别 代 表 个 坐 标 轴 ， 当 、 、 取 值 为 时 ， 即 坐 标 原 点 ， 表 示 黑 色 ； 当 、 、 取 值 为 最 大 时 ， 表 示 白 色 ； 当 、 、 数 值
13、相 等 时 表示 的 是 灰 度 ， 灰 度 沿 着 连 接 黑 白 两 点 的 直 线 从 黑 色延 伸 到 白 色 ； 立 方 体 中 其 他 点 表 示 其 他 颜 色 。显 示 器 显 示 的 个 灰 度 级 即 为 颜 色 空 间 中 黑白 两 点 之 间 的 连 线 ， 在 显 示 器 上 观 察 标 准 图像 时 ， 用 到 的 也 仅 仅 是 颜 色 空 间 中 的 一 条 直 线 。 如果 将 标 准 图 像 中 的 灰 度 级 映 射 到 颜 色空 间 中 ， 合 理 地 利 用 颜 色 空 间 中 的 其 他 颜 色 ， 人 们 就可 以 直 接 观 察 到 图 像 中
14、的 细 微 差 别 。 算 法 分 析 颜 色 空 间 可 以 表 示 种 颜 色 ， - 标 准 图 像 的 灰 度 级 为 ， 需 要 解 决 的 问 题是 根 据 人 眼 对 颜 色 信 息 的 敏 感 度 ， 如 何 将 标准 图 像 中 的 灰 度 级 映 射 到 颜 色 空 间 中 才 能 清 楚 济 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） 第 卷万方数据（ ） 笛 卡 尔 坐 标 系 立 方 体（ ） 比 特 彩 色 立 方 体图 颜 色 空 间 示 意 图地 显 示 出 标 准 图 像 中 的 细 微 差 别 。彩 色 图 像 是 由 个 颜 色 通 道 组 合 而 成
15、， 而 - 标 准 图 像 是 单 通 道 图 像 。 如 果 将 标 准图 像 映 射 到 颜 色 空 间 中 ， 需 要 将 标 准图 像 中 的 灰 度 级 划 分 为 个 部 分 ， 对 应 于 彩 色 图 像中 的 个 颜 色 通 道 。 划 分 方 法 是 将 标 准 图像 中 的 像 素 值 转 化 为 二 进 制 ； 然 后 根 据 人 眼 对 红 、绿 、 蓝 颜 色 的 敏 感 程 度 ， 将 二 进 制 数 值 划 分 为 个 部分 ； 彩 色 图 像 中 的 像 素 值 为 十 进 制 数 值 ， 将 划 分 后 的二 进 制 数 值 映 射 到 颜 色 空 间 中 ，
16、 需 要 将 二 进 制数 值 转 化 为 十 进 制 数 值 ， 并 分 别 赋 值 到 个 颜 色 通道 中 。 标 准 图 像 在 用 伪 彩 色 进 行 显 示 时 ， 首 先提 取 标 准 图 像 中 的 灰 度 级 ， 接 着 将 灰 度 级 转 化 为 位 的 二 进 制 数 值 ； 然 后 将 划 分 为、 和 ， 其 中 为 二 进 制 数 值 的 前 位 ， 为 中 位 ， 为 后 位 ， 且 ； 接 着将 、 和 转 换 为 十 进 制 数 、 和 ； 最 后根 据 式 （ ） 计 算 出 图 像 亮 度 调 节 系 数 ， 蓝 、 绿 和 红颜 色 分 量 的 数 值
17、为 、 和 。 ， ， ， 。 （ ）图 所 示 为 标 准 图 像 转 换 成 伪 彩 色 图像 流 程 图 。图 标 准 图 像 转 换 成 伪 彩 色 图 像 流 程 图一 般 情 况 下 ， 人 眼 对 三 原 色 中 的 绿 色 最 为 敏 感 ，其 次 是 红 色 ， 最 后 是 蓝 色 。 根 据 此 原 则 ， 通 过 调 整 参数 、 和 ， 最 终 通 过 人 眼 观 察 显 示 效 果 确 定 出最 优 方 案 。 图 所 示 为 标 准 图 像 ， 图 所 示（ ） 标 准 图 像 （ ） 标 准 图 像 图 标 准 图 像为 参 数 ， ， 时 伪 彩 色 图 像 ，
18、 图 所 示为 参 数 ， ， 时 伪 彩 色 图 像 ， 图 所 示为 参 数 ， ， 时 伪 彩 色 图 像 ， 图 所 示（ ） 伪 彩 色 图 像 （ ） 伪 彩 色 图 像 图 参 数 ， ， 时 伪 彩 色 图 像（ 为 位 二 进 制 数 值 划 分 参 数 ）第 期 安 庆 浩 ， 等 ： 基 于 伪 彩 色 的 标 准 图 像 显 示 方 法万方数据（ ） 伪 彩 色 图 像 （ ） 伪 彩 色 图 像 图 参 数 ， ， 时 伪 彩 色 图 像（ 为 位 二 进 制 数 值 划 分 参 数 ）（ ） 伪 彩 色 图 像 （ ） 伪 彩 色 图 像 图 参 数 ， ， 时 伪
19、 彩 色 图 像（ 为 位 二 进 制 数 值 划 分 参 数 ）（ ） 伪 彩 色 图 像 （ ） 伪 彩 色 图 像 图 参 数 ， ， 时 伪 彩 色 图 像（ 为 位 二 进 制 数 值 划 分 参 数 ）为 参 数 ， ， 时 伪 彩 色 图 像 。观 察 图 像 显 示 效 果 ， 由 图 和 图 可 知 ， 图 像 中的 目 标 区 域 过 暗 ； 由 图 可 知 ， 图 像 中 的 部 分 细 节 区域 不 易 区 分 ； 由 图 可 知 ， 图 像 的 显 示 效 果 最 佳 ， 所以 确 定 最 优 参 数 为 ， ， 。 实 验 结 果 与 分 析实 验 在 平 台 进
20、行 ， 硬 件 配 置 为 ： ， 主 频 为 ， 内 存 为 。 - 标 准 图 像 样 本 取 自 于 ， 选取 了 数 据 库 中 的 个 数 据 集 ， 包 括 上 额 窦 、 脚 部 关 节 、冠 状 动 脉 、 大 脑 、 腹 腔 等 幅 人 体 组 织 的 图 像 。 图 所 示 为 其 中 幅 图 像 的 实 验 结 果 对 比 效 果 图 。（ ） 标 准 图 像 （ ） 伪 彩 色 图 像图 上 额 窦 实 验 结 果 对 比 效 果 图（ ） 标 准 图 像 （ ） 伪 彩 色 图 像图 脚 部 关 节 实 验 结 果 对 比 效 果 图（ ） 标 准 图 像 （ ） 伪
21、 彩 色 图 像图 脚 部 关 节 实 验 结 果 对 比 效 果 图（ ） 标 准 图 像 （ ） 伪 彩 色 图 像图 冠 状 动 脉 实 验 结 果 对 比 效 果 图 济 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） 第 卷万方数据（ ） 标 准 图 像 （ ） 伪 彩 色 图 像图 腹 腔 实 验 结 果 对 比 效 果 图（ ） 标 准 图 像 （ ） 伪 彩 色 图 像图 腹 腔 实 验 结 果 对 比 效 果 图（ ） 标 准 图 像 （ ） 伪 彩 色 图 像图 脑 部 实 验 结 果 对 比 效 果 图（ ） 标 准 图 像 （ ） 伪 彩 色 图 像图 头 颅 实 验 结
22、 果 对 比 效 果 图由 图 可 知 ， 在 伪 彩 色 图 像 中 可 以 直 接 观察 到 图 像 中 的 细 微 差 别 。 对 于 实 验 结 果 评 价 ， 将 从人 们 的 主 观 视 觉 角 度 出 发 ， 即 通 过 人 眼 观 察 标 准 图 像 和 伪 彩 色 图 像 的 显 示 效 果 。 在 标准 图 像 中 ， 人 体 的 不 同 组 织 以 不 同 的 灰 度 级 进 行 显示 ， 由 于 显 示 器 显 示 灰 度 级 的 能 力 有 限 ， 图 像 中 不 同区 域 之 间 灰 度 级 近 似 ， 因 此 人 们 很 难 直 接 观 察 到 区域 之 间 的
23、细 微 差 别 ， 如 图 （ ） 中 蓝 色 标 记 区 域 所示 。 转 换 成 伪 彩 色 图 像 后 ， 不 同 的 区 域 会 以 不 同 的颜 色 来 进 行 区 分 ， 区 域 之 间 存 在 着 明 显 的 界 线 ， 通 过人 眼 可 以 直 接 观 察 到 图 像 中 的 细 微 差 别 ， 如 图 （ ） 中 蓝 色 标 记 区 域 所 示 。（ ） 标 准 图 像 （ ） 伪 彩 色 图 像图 上 额 窦 实 验 结 果 对 比 效 果 图基 于 伪 彩 色 的 图 像 显 示 方 法 的 创 新 点在 于 将 标 准 图 像 转 化 为 伪 彩 色 图 像 以 后 ，
24、 人眼 可 以 直 接 观 察 到 标 准 图 像 中 的 细 微 差 别 ，不 需 要 再 另 开 窗 口 对 某 一 区 域 进 行 单 独 显 示 。 结 语本 文 中 提 出 了 一 种 基 于 伪 彩 色 的 标 准图 像 显 示 方 法 ， 将 标 准 图 像 中 的 个灰 度 级 映 射 到 颜 色 空 间 中 。 通 过 算 法 将 - 标 准 图 像 转 化 为 伪 彩 色 图 像 后 ， 人 们 用 肉 眼就 可 以 在 伪 彩 色 图 像 中 直 接 有 效 地 观 察 到 图 像 中 不同 区 域 的 细 节 部 分 。该 算 法 尚 存 在 不 足 之 处 ， 例 如
25、 将 标 准 图像 彩 色 化 时 ， 由 于 难 以 表 示 出 连 续 的 颜 色 ， 因 此 - 标 准 图 像 中 连 续 的 灰 度 级 在 彩 色 图 像 中 可 能是 不 连 续 的 颜 色 。 如 何 将 颜 色 空 间 中 的 色 彩进 行 连 续 显 示 是 下 一 步 工 作 的 研 究 内 容 。参 考 文 献 ： （ ） ： ， ： ， ， - ， ， （ ） ： （ 下 转 第 页 ）第 期 安 庆 浩 ， 等 ： 基 于 伪 彩 色 的 标 准 图 像 显 示 方 法万方数据 结 论本 文 中 建 立 了 一 个 关 于 电 弧 电 导 的 连 接 函 数 ，即
26、将 模 型 和 模 型 有 机 结 合 起 来 ， 进 而 提出 一 种 高 压 直 流 断 路 器 的 混 合 式 电 弧 模 型 ， 并 对 该混 合 式 电 弧 模 型 的 电 压 常 数 、 时 间 常 数 等 参 数 的 选择 进 行 了 讨 论 和 分 析 。 根 据 选 定 的 合 理 的 混 合 电 弧模 型 的 参 数 ， 通 过 在 软 件 中 建 立仿 真 实 验 模 型 的 方 式 对 所 提 出 的 混 合 式 电 弧 模 型 进行 了 电 弧 的 时 间 特 性 仿 真 实 验 分 析 。 仿 真 实 验 结 果表 明 ， 本 文 中 所 提 出 的 混 合 式 电
27、 弧 模 型 对 电 弧 的 时间 特 性 的 描 述 精 度 均 高 于 单 一 的 电 弧 模 型 或 电 弧 模 型 ， 实 现 了 对 于 高 压 直 流 断 路 器 中 电弧 发 生 全 过 程 的 准 确 建 模 ， 对 高 压 直 流 断 路 器 的 灭弧 技 术 研 究 有 一 定 的 指 导 意 义 。参 考 文 献 ： 刘 晓 明 高 压 直 流 断 路 器 电 弧 特 性 仿 真 研 究 中 共 沈 阳市 委 员 会 ， 沈 阳 市 人 民 政 府 ， 中 国 科 学 院 沈 阳 分 院 第 十 届 沈阳 科 学 学 术 年 会 论 文 集 （ 信 息 科 学 与 工 程
28、 技 术 分 册 ） ， 沈 阳 ， ： 舒 胜 文 ， 黄 道 春 ， 阮 江 军 真 空 开 关 电 弧 开 断 过 程 的 数 值 仿真 方 法 研 究 进 展 高 压 电 器 ， ， （ ） ： ， - ， ： ， ： 黄 绍 平 ， 杨 青 ， 李 靖 基 于 的 电 弧 模 型 仿 真 电 力系 统 及 其 自 动 化 学 报 ， ， （ ） ： ， 刘 春 园 磁 场 对 真 空 电 弧 等 离 子 体 特 性 的 影 响 研 究 沈阳 ： 沈 阳 工 业 大 学 ， 李 争 博 开 关 电 弧 等 离 子 体 输 运 特 性 的 计 算 沈 阳 ： 沈 阳工 业 大 学 ， 王
29、 毅 ， 王 季 梅 真 空 电 弧 等 离 子 体 弧 柱 现 象 模 型 分 析 中国 电 机 工 程 学 报 ， （ ） ： 李 静 ， 曹 云 东 ， 邹 积 岩 ， 等 直 流 气 体 放 电 过 程 中 的 离 子 分 子碰 撞 模 型 高 电 压 技 术 ， ， （ ） ： 李 静 ， 曹 云 东 ， 王 尔 智 ， 等 断 路 器 短 间 隙 气 体 击 穿 过 程 的 粒子 模 拟 中 国 电 机 工 程 学 报 ， ， （ ） ： 薄 凯 真 空 动 态 电 弧 微 观 机 理 研 究 沈 阳 ： 沈 阳 工 业 大学 ， ， ， ， - - - ， ， （ ） ： ， ， ， -