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1、学士学位论文数字图像处理技术的现 状及其发展方向学生姓名： 张芳芳 学 号： 20071002035 系 部： 信息工程技术系 专 业： 计算机科学与技术 年 级： 07级 指导教师： 刘文辉 完成日期： 2011 年 5 月 8 日目录中文摘要1Abstract21.引言51.1数字图象处理的起源51.2数字图象处理的现状71.3数字图象处理的意义81.3.1图像处理技术的优点81.3.2图像处理技术的意义92数字图像处理技术的步骤及处理过程132.1数字图象处理技术的步骤142.2数字图象处理技术的处理过程152.2.1图像数字化152.2.2图像的编码15 2.2.3图像增强16 2.2
2、.4图像恢复17 2.2.5图像分割18 2.2.6图像分析193数字图象处理的主要研究内容19 3.1数字图像的采集与数字化20 3.2图像压缩编码31 3.3图像增强与恢复32 3.4图像分割33 3.5图像分析344、存在的问题和未来的方向39参考文献42附录42致谢43 【摘要】：数字图像处理与识别技术是20世纪60年代出现的新兴技术，它的发展主要依赖于计算机、多媒体以及通信技术的飞速发展。如今，图像处理与识别技术已经跨越计算机领域，本文综述了数字图像处理技术的主要特点和优点,阐述了包括图像采集与数字化、图像的压缩、图像的增强与复原、图像的分割和图像分析等主要内容的产生及其发展历程,并
3、根据该领域的最新进展,简述了数字图像处理技术5个主要研究方面的最新热点,第一章简介了数字图象处理技术的含义以及发展背景；第二章介绍了数字图象处理技术的现状；第三章主要讲述了数字图象处理技术的特点、优点以及处理图片的处理过程；第四章介绍了数字图象处理技术主要的研究进展；第五章总结了数字图像处理技术领域中面临的主要挑战和未来发展方向.【关键词】：图像压缩编码 图像分割 图像增强与恢复 小波变换 图像恢复【 abstract 】 : digital image processing and recognition technology in the 1960s, it appears the dev
4、elopment of new technology depends on the computer, multimedia and communication technology rapid development. Nowadays, image processing and recognition technology has already crossed over computer fields, this paper summarized the main digital image processing technology, and expounds the characte
5、ristics and advantages include image acquisition and digital, image compression, image enhancement and restoration, image segmentation and image analysis, the main contents of the emergence and the development course, and according to the latest progress in the field, and expounds the digital image
6、processing technology of five main research aspects of the latest hot, the first chapter introduces the digital image processing technology meaning and development background; The second chapter presents a digital image processing technology present situation; The third chapter basically tells the d
7、igital image processing technology characteristics, advantages and dealing with pictures processing; The fourth chapter presents a digital image processing technology major research progress; The fifth chapter summarizes the digital image processing technology in the fields facing the main challenge
8、s and the future development direction. 【 key words 】 : image compression ；image segmentation ；image enhancement and recovery ；wavelet transform ；image restoration 1引 言1.1数字图象处理的起源图像的应用已有数千年历史。最初是用于像形文字和绘画。17世纪出现显微镜图，在医学上有很大的贡献。20世纪30年代出现电视，对新闻传播和文化娱乐起了很大作用。1858年出现的黑白照片和1924年制出的彩色照片，对人类文化、艺术和生活带来很大影
9、响。1972年出现了卫星遥感图和医学上的CT图，这些图像采用了计算机技术，对军事、科研和医学具有极为重要的意义。数字图像处理的早期应用是对宇宙飞船发回的图像所进行的各种处理。到了70年代，图像处理技术的应用迅速从宇航领域扩展到生物医学、信息科学、资源环境科学、天文学、物理学、工业、农业、国防、教育、艺术等各个领域与行业，对经济、军事、文化及人们的日常生活产生重大的影响。数字图像处理技术发展速度快、应用范围广的主要原因有两个。最初由于数字图像处理的数据量非常庞大，而计算机运行处理速度相对较慢，这就限制了数字图像处理的发展，现在计算机的计算能力迅速提高，运行速度大大提高，价格迅速下降，图像处理设备
10、从中、小型计算机迅速过渡到个人计算机，为图像处理在各个领域的应用准备了条件。第二个原因是由于视觉是人类感知外部世界最重要的手段，据统计，在人类获取的信息中，视觉信息占60，而图像正是人类获取信息的主要途径，因此，和视觉紧密相关的数字图像处理技术的潜在应用范围自然十分广阔。数字图像处理作为一门学科形成于20 世纪60年代初期,早期的图像处理的目的是改善图像的质量,以人为对象,以改善人的视觉效果为目的,首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室(J PL) ,并对航天探测器徘徊者7 号在1964年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术,并考虑了太阳位置和月球环境的影响,由计算机成功地绘制出月球表面
11、地图,随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行了更为复杂的图像处理,以致获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图,为人类登月创举奠定了坚实的基础,也推动了数字图像处理这门学科的诞生. 数字图像处理的起源1921年的图象1922年的图象1929年的图像60年代末数字图像处理出现1.2数字图象处理的现状 图像是指物体的描述信息。数字图像处理技术从广义上可看作是各种图像加工技术的总称。它包括利用计算机和其他电子设备完成的一系列工作，如图像采集、获取、编码、存储和传输，图像的合成和产生，图像的显示、绘制和输出，图像变换、增强、恢复和重建，特征的提取和测量，目标的检测、表达和描述，序列图像的校正，图像的分类
12、、表示和识别等等。数字图像是一个物体的数字表示。图像处理则是对图像信息进行加工以满足人的视觉心理和应用需求的行为。数字图像处理是指利用计算机或其他数字设备对图像信息进行各种加工和处理，它是一门新兴的应用学科，其发展速度异常迅速，应用领域极为广泛目前已广泛地应用于科学研究、工农业生产、生物医学工程、航空航天、军事、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等,已成为一门引人注目、前景远大的新型学科,发挥着越来越大的作用.数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上获得的成果,1972 年英国EMI 公司工程师Housfield 发明了用于头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置即CT(Compu
13、ter Tomograph) . 1975 年EMI 公司又成功研制出全身用的CT装置,获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像. 1979 年这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖,说明它对人类作出了划时代的贡献.随着图像处理技术的深入发展.从70 年代中期开始,随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展,数字图像处理向更高、更深层次发展. 人们已开始研究如何用计算机系统解释图像,实现类似人类视觉系统理解外部世界. 很多国家,特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研究,取得了不少重要的研究成果. 其中代表性的成果是70 年代末MIT 的Marr 提出的视觉计算理论,这个理论成为计算机视觉领域其
14、后多年的主导思想. 图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进展,但它本身是一个比较难的研究领域,存在不少困难,因人类本身对自己的视觉过程还了解甚少,因此计算机视觉是一个有待人们进一步探索的新领域. 正因为如此,图像处理理论和技术受到各界的广泛重视,当前图像处理面临的主要任务是研究新的处理方法,构造新的处理系统,开拓更广泛的应用领域.1.3数字图象处理的意义1.3.1数字图像处理的优点是：(1) 再现性好. 数字图像处理与模拟图像处理的根本不同在于,它不会因图像的存储、传输或复制等一系列变换操作而导致图像质量的退化,只要图像在数字化时准确地表现了原稿,则数字图像处理过程始终能保持图像的再现.
15、(2) 处理精度高. 按目前的技术,几乎可将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维数组,现代扫描仪可以把每个像素的灰度等级量化为16 位甚至更高,这意味着图像的数字化精度可以达到满足任一应用需求. (3) 适用面宽. 图像可以来自多种信息源,从图像反映的客观实体尺度看,可以小到电子显微镜图像,大到航空照片、遥感图像甚至天文望远镜图像. 这些来自不同信息源的图像只要被变换为数字编码形式后,均是用二维数组表示的灰度图像组合而成,因而均可用计算机来处理. (4) 灵活性高. 数字图像处理不仅能完成线性运算,而且能实现非线性处理,即凡是可以用数学公式或逻辑关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现.1.3
16、.2图像处理技术的意义现在人们充分认识到数字图像处理是认识世界，改造世界的重要手段。图像处理和识别技术已应用于许多领域，成为21世纪信息时代的一门重要的高新科学技术。数字图像处理是交叉学科。是未来技术向智能化发展的最富有前景，也最富有挑战的领域。其研究的领域博大精深，应用领域十分广泛，每个领域都可以让人安身立命一辈子。20 世纪 20 年代，人们通过海底电缆从英国伦敦到美国纽约传输了一幅照片，采用了数字压缩技术。当时就有了数字图像的概念。1964 年美国的 JPL(喷气推进)实验室处理了太空船“徘徊者七号”发回的月球照片，标志着第三代计算机问世后数字图像处理技术开始得到实际应用。其后，卫星遥感
17、、军事、气象等学科的发展推动了数字图像处理技术的快速发展。由于数字图像处理技术，一般都用计算机对图像进行处理，因此也称之为计算机图像处理。 数字图像处理技术的迅速发展为人类带来了巨大的社会经济效益，从应用卫星遥感进行的全球环境气候监测，到指纹识别技术在安全领域的应用，数字图像处理技术已经融入到科学研究的各个领域。可以预见，数字图像处理技术对自然科学甚至人类社会的发展具有深远的意义。 20世纪90年代，随着信息社会的到来，图像处理技术进入一个更加迅猛发展的阶段。特别是多媒体技、通信技术、信息存储技术和国际因特网（Internet）为代表的计算机网络技术的加速发展和广泛普及以及高清晰度电视（HDT
18、V）的深入应用研究，更加推广了图像处理技术的研究与发展。首先，数字图像处理技术可以帮助人们更加客观、准确地认识世界，人的视觉系统可以帮助人类从外界获得 34 以上的信息，而图像、图形又是所有视觉信息的载体。尽管人眼的鉴别力很高，可以识别上千种颜色，但在许多情况下，图像对于人眼来说是模糊的甚至是不可见的，通过图像增强技术，可以使模糊甚至不可见的图像(如一幅褪色发虚的照片) 变得清晰明亮。其次，数字图像处理技术可以拓宽人类获取信息的视野范围。人眼只能看到电磁波谱中的可见光部分(0.38m0.76m)，其余的紫外波段、红外波段和微波波段等波谱对人眼都是不可见的。然而，通过数字图像处理技术却可以利用红
19、外、微波等波段的信息进行数字成像，将不可见的信息变为可见信息图像。比如，陆地卫星的多光谱图像就充分利用了近红外波段(0.76pm0.94pm)和热红外波段(10.4pm125pm)的不可见波谱信息，近红外波段可用来探测植被的生长情况，热红外波段可以监测地表大气层的热源污染情况。 此外，相对模拟图像处理来说，数字图像处理有精度高、再现性好、通用性、灵活性高的优点。数字图像处理技术已经渗透到各个领域，下面列举数字图像处理技术的一些典型传统应用实例。 1. 真正集中了最先进软硬件数字图像处理的应用领域是： 【军事】：首先图像数据类型上包含所有的成像频段能获取的影像（如无线电（雷达成像）、红外、可见光
20、、紫外、X线。你把电磁光谱拉开看就明白），用声音回波来成像也可以，如声纳。千万不要片面地理解图像就是可见光成像，那是人眼的局限。 军事公安方面的应用在军事方面图像处理和识别主要用于导弹的精确末制导，各种侦察照片的判读，具有图像传输、存储和显示的军事自动化指挥系统，飞机、坦克和军舰模拟训练系统等；公安业务图片的判读分析，指纹识别，人脸鉴别，不完整图片的复原，以及交通监控、事故分析等。目前已投入运行的高速公路不停车自动收费系统中的车辆和车牌的自动识别都是图像处理技术成功应用的例子。2.遥感中的应用遥感图像处理的用处越来越大，并且其效率和分辨率也越来越高。它被广泛应用于土地测绘、资源调查、气象监测、
21、环境污染监督、农作物估产、军事侦察等领域。目前遥感技术已经比较成熟，但是还必须解决其数据量庞大、处理速度慢的缺点。现在主要在飞机遥感和卫星遥感技术方面。许多国家每天派出很多侦察飞机对地球上有兴趣的地区进行大量的空中摄影。对由此得来的照片进行处理分析，以前需要雇用几千人，而现在改用配备有高级计算机的图像处理系统来判读分析，既节省人力，又加快了速度，还可以从照片中提取人工所不能发现的大量有用情报。从60年代末以来，美国及一些国际组织发射了资源遥感卫星（如LANDSAT系列）和天空实验室（如SKYLAB），由于成像条件受飞行器位置、姿态、环境条件等影响，图像质量总不是很高。因此，以如此昂贵的代价进行
22、简单直观的判读来获取图像是不合算的，而必须采用数字图像处理技术。如LANDSAT系列陆地卫星，采用多波段扫描器（MSS），在900km高空对地球每一个地区以18天为一周期进行扫描成像，其图像分辨率大致相当于地面上十几米或100米左右（如1983年发射的LANDSAT-4，分辨率为30m）。这些图像在空中先处理（数字化，编码）成数字信号存入磁带中，在卫星经过地面站上空时，再高速传送下来，然后由处理中心分析判读。这些图像无论是在成像、存储、传输过程中，还是在判读分析中，都必须采用很多数字图像处理方法。现在世界各国都在利用陆地卫星所获取的图像进行资源调查（如森林调查、海洋泥沙和渔业调查、水资源调查等
23、），灾害检测（如病虫害检测、水火检测、环境污染检测等），资源勘察（如石油勘查、矿产量探测、大型工程地理位置勘探分析等），农业规划（如土壤营养、水份和农作物生长、产量的估算等），城市规划（如地质结构、水源及环境分析等）。我国也陆续开展了以上诸方面的一些实际应用，并获得了良好的效果。在气象预报和对太空其它星球研究方面，数字图像处理技术也发挥了相当大的作用。3.通信工程方面的应用当前通信的主要发展方向是声音、文字、图像和数据结合的多媒体通信。具体地讲是将电话、电视和计算机以三网合一的方式在数字通信网上传输。其中以图像通信最为复杂和困难，因图像的数据量十分巨大，如传送彩色电视信号的速率达100Mbit
24、/s以上。要将这样高速率的数据实时传送出去，必须采用编码技术来压缩信息的比特量。在一定意义上讲，编码压缩是这些技术成败的关键。除了已应用较广泛的熵编码、DPCM编码、变换编码外，目前国内外正在大力开发研究新的编码方法，如分行编码、自适应网络编码、小波变换图像压缩编码等。4.医学中的应用在医学领域利用图像处理技术可以实现无痈、安全方便的诊断和治疗。其中最突出的临床应用就是超声、核磁共振、CT技术等。比如，可以采用模式识别技术进行染色体数量的统计与识别，其步骤：a.先通过低通滤波去噪音；b. 取边缘；c. 通过腐蚀去粘连；d. 统计连通区域的个数，得到染色体的数量5.交通中的应用现今，交通管理越来
25、越趋向于自动化，智能化，而一辆汽车的车型是它的最基本的特征，提取车型在交通信息系统的很多方面都有应用。比如：事故多发路段的车速检测系统，道路收费站收费系统，以及某路段的汽车流量信息统计系统等等。这里介绍一种利用图象模式识别技术进行汽车牌照的定位,其步骤如下：a.通过高通滤波得到所有的边缘；b.对边缘细化（但要保持连通关系），找出所有封闭的边缘；c.对封闭边缘求多边形逼近，在逼近后的所有4边形中，找出尺寸与牌照大小相同的四边形，牌照被定位。6.安全领域中应用利用图像处理的模式识别等技术，可以应用在监控、指纹识别、脚印识别，运动目标的图像自动跟踪等。7.工业生产中应用工业和工程方面的应用在工业和工
26、程领域中图像处理技术有着广泛的应用，如自动装配线中检测零件的质量、并对零件进行分类，印刷电路板疵病检查，弹性力学照片的应力分析，流体力学图片的阻力和升力分析，邮政信件的自动分拣，在一些有毒、放射性环境内识别工件及物体的形状和排列状态，先进的设计和制造技术中采用工业视觉等等。其中值得一提的是研制具备视觉、听觉和触觉功能的智能机器人，将会给工农业生产带来新的激励，目前已在工业生产中的喷漆、焊接、装配中得到有效的利用。数字图像处理技术未来应用领域:1.航天航空技术方面 数字图像处理技术在航天航空技术方面的应用，除JPL对月球、火星照片的处理之外，另一方面是在飞机遥感和卫星遥感技术中。图像在空中先处理
27、（数字化编码）成数字信号存人磁带中，在卫星经过地面站上空时，再高速传送下来，然后由处理中心分析判读。这些图像无论是在成像、存储、传输过程中，还是在判读分析中，都必须采用很多数字图像处理方法。现在世界各国都在利用各类卫星所获取的图像进行资源调查、灾害检测、资源勘察、农业规划、城市规划。在气象预报和对太空其它星球研究方面，数字图像处理技术也发挥了相当大的作用。2.生物医学工程方面数字图像处理技术在生物医学工程方面的应用十分广泛，且很有成效。除了CT技术之外，还有一类是对医用显微技术的处理分析，如染色体分析、癌细胞识别等。此外，在X光肺部图像增晰、超声波图像处理、心电图分析、立体定向放射治疗等医学诊
28、断方面都广泛地应用图像处理技术。3.通信工程方面当面通信的主要发展方向是声音、文字、图像和数据结合的流媒体通信。其中以图像通信最为复杂和困难，因图像的数据量十分巨大，如传送彩色电视信号的速率达100M/s以上。要将这样高速率的数据实时传送出去，必须采用编码技术来压缩信息的比特量。在一定意义上讲，编码压缩是这些技术成败的关键5。4.工业工程方面在工业工程领域中图像处理技术有着广泛的应用，它大大提高了工作效率，如自动装配线中质量检测，流体力学图片的阻力和升力分析，邮政信件的自动分拣，在一些恶性环境内识别工件及物体的形状和排列状态，先进设计和制造技术中采用工业视觉等等。其中值得一提的是研制具备视觉、
29、听觉和触觉功能的智能机器人，将会给工农业生产带来新的面貌，目前已在工业生产中的喷漆、焊接、装配中得到有效的利用。5.军事公安方面在军事方面图像处理和识别主要用于导弹的精确制导，各种侦察照片的判读，具有图像传输、存储和显示的军事自动化指挥系统和模拟训练系统等；公安方面主要用于指纹识别、人脸鉴别、不完整图片的复原以及交通监控、事故分析等。目前已投入运行的高速公路不停车自动收费系统中的车辆和车牌的自动识别就是图像处理技术成功应用的例子。6.文化艺术方面的应用 目前这类应用有电视画面的数字编辑、动画的制作、电子图像游戏、纺织工艺品设计、服装设计与制作、发型设计、文物资料照片的复制和修复、运动员动作分析
30、和评分等等。目前正在形成一门新的艺术计算机美术。7.其它方面的应用 数字图像处理技术已经渗透到社会生活的各个领域，如地理信息系统中二维、三维电子地图的自动生成、修复等；教育领域各种辅助教学系统研究、制作中；流媒体技术领域等等。2.数字图像的处理步骤及过程2.1数字图像处理的一般步骤1. 图像信息的获取：采用图像扫描仪等将图像数字化。2.图像信息的存储： 对获取的数字图像、处理过程中的图像 信息以及处理结果存储在计算机等数字系统中。3.图像信息的处理： 即数字图像处理，它是指用数字计算机 或数字系统对数字图像进行的各种处理 4.图像信息的传输：要解决的主要问题是传输信道和数据量 的矛盾问题，一方
31、面要改善传输信道，提高传输速率，另外要 对传输的图像信息进行压缩编码，以减少描述图像信息的数据量。 5.图像信息的输出和显示： 用可视的方法进行输出和显示。2.2数字图像的处理过程由于数字图像处理的灵活性和方便性,所以数字图像处理已成为图像处理的主流. 常见的数字图像处理有:图像的采集、数字化、编码、增强、恢复、变换、压缩、存储、传输、分析、识别、分割等.2.2.1图像数字化. 通过取样和量化将一个以自然形式存在的图像变换为适合计算机处理的数字形式,图像在计算机内部被表示为一个数字矩阵,矩阵中每一元素称为像素.原图：线段的采样和量化图2.2.2图像的编码. 编码的目的是压缩图像的信息量(但图像
32、质量几乎不变) ,以满足传输和存储的要求,为此,可以采用模拟处理技术,再通过模- 数转换得到编码,不过多数是采用数字编码技术,其编码方法可以对图像逐点进行加工,也可以对图像施加某种变换或基于区域、特征进行编码.如图所示为图像压缩编码：2.2.3图像增强. 图像增强目的是使图像清晰或将其转换为更适合人或机器分析的形式,常用的图像增强方法有:灰度等级直方图处理;干扰抵制;边缘锐化;伪彩色处理. 例图：2.2.4图像恢复. 其目的是除去或减少在获得图像过程中因各种原因产生的退化,可能是光学系统的像差或离焦、摄像系统与被摄物之间的相对运动、电子或光学系统的噪声和介于摄像系统与被摄像物间的大气湍流等.
33、图为还原原始图像色彩：2.2.5图像分割 将图像划分为一些互不重叠的区域,每一区域是像素的一个连续集. 通常采用把像素分入特定区域的区域法和寻求区域之间边界的境界法. 这2 种方法都可以利用图像的纹理特性实现图像分割. 例图：2.2.6图像分析从图像中抽取某些有用的度量、数据或信息,其目的是得到某种数值结果. 图像分析的内容和模式识别、人工智能的研究领域有交叉,但图像分析与典型的模式识别有区别.图为多相晶粒图像分析：图像分析需要用图像分割方法抽取出图像的特征,然后对图像进行符号化的描述,这种描述不仅能对图像中是否存在某一特定对象作出回答,还能对图像内容作出详细描述.图像处理的各个内容是互相有联
34、系的. 一个实用的图像处理系统往往结合几种图像处理技术才能得到所需要的结果,图像数字化是将一个图像变换为适合计算机处理的形式的第1步,图像编码可用以传输和存储图像. 图像增强和复原可以是图像处理的最后目的,也可以是为进一步的处理作准备. 通过图像分割得出的图像特征可以作为最后结果,也可以作为下一步图像分析的基础.3.数字图象处理的主要研究内容3.1数字图像的采集与数字化图像的采集是数字图像处理的第1 步,采集并不局限于对人眼视觉功能的模仿,更是对人类认识、分析手段的拓展. 在医学、天文学、自动字体识别、机器视觉、军事识别、指纹自动处理和血样分类处理等多个方面都不同程度地运用了图像采集和数字化技
35、术. 1.数字化图像的采集工具 数码摄像机（数码视频摄像机，DV） 数码照相机 优点：无需胶卷、冲印、即拍即见、便于编辑传输。 数码照相机可以与计算机连接，将照片影像输入电脑保存，这样不用担心相处时间长了会变色，而且还能使用专门的照片图像处理软件对照片中不满意的地方进行修补和高速使照片更加趋于完美。 数字播放机（MP4/VCD/DVD） 扫描仪2.图像的加工过程 用多媒体工具获取的图形、图像并不能表达主题内容，必须用适当的工具进行加工处理，方可获得符合要求、贴近主题的图形、图像。 3.下面以医学图像的获取与采集为例来讲述图像采集与数字化过程(一)医学成像方法医学图像是临床诊断和医学科学研究的重
36、要手段，也是PACS系统的主要应用之处，医学成像的主要方法有：1.X线成像目前在临床广泛使用的是医用X线电视系统，系统由装有X线影像增强管的医用X射线机和闭路电视系统配合而成。数字减影血管造影术是X线成像技术中用于诊断心血管疾病的重要新技术。为了克服普通X线摄影的缺点，尤其是影像重叠的缺点，20世纪70年代又出现了应用计算机图像重建技术的X-CT，X-CT在临床上，尤其是对于颅脑疾病具有较高的诊断价值。2.超声成像超声成像基于回波扫描技术和多普勒原理所获得的人体器官或组织的图像，目前应用于临床的主要设备包括：B型超声成像、彩色超声多普勒血流成像及超声CT，超声对人体无害，适于检查软组织和作动态
37、研究。3.核医学成像核医学成像是以放射性核素的示踪作用为基本原理的医学成像技术，使用CT技术的核医学成像称之为ECT。根据使用的核素类型把ECT分为两类：单光子发射计算机断层成像（SPECT）；正电子发射计算机断层成像（PECT）。由于受核素来源等限制，目前ECT尚未普及，但ECT具有特殊的优越性，特别是PECT对于器官动态观察、疾病早期诊断和基础医学研究等方面均具有重大作用。4.核磁共振成像核磁共振成像利用人体的物质信息来成像，不仅能提供物体的解剖学特征，而且还能反映核和周围结构间相互作用的信息，能反映器官的整体代谢功能及其生理、生化状态，是一种新型的重要成像技术。(二)图像的获取技术1.X
38、胶片数字化技术在放射科检查中，大约70的检查结果保存在X线胶片上，包括颅骨、胸部、乳房、腹部和骨骼，因此，必须采用胶片数字化仪将图像转化为数字格式以便进行进一步的处理。胶片数字化仪主要有以下四种。(1)视频扫描技术（video scanning system）：主要通过电视摄像机扫描X线胶片，并对获得的视频信号进行模数转换从而得到数字化图像，其特点是获取图像的速度快，操作简单，价格便宜，但图像质量一般。(2)鼓扫描技术（drum scanner）：是一种机械设备，由旋转的鼓、光源和检测器所组成，转换时，将胶片缠绕在鼓的表面并固定好，鼓内光源发射光透过鼓表面的胶片，由鼓外的光检测器检测并将其转化
39、为灰阶值从而得到数字化图形。其特点是获得的图像质量好，但转换速度慢，固定胶片非常困难，设备价格高。(3)固态摄像技术（solid state camera）：主要采用电荷耦合器件（CCD，Charge-Coupled Device）实现图像的数字化，图像质量优于视频扫描系统，但转换时间较长。2.直接从检测设备获得数字化图像的技术由于X线胶片数字化过程时间长、效率低，因此，需要一种不经过胶片数字化过程的数字操作，直接从检测设备获得数字化图像。最简单的实现方法是类似胶片视频扫描系统，直接从监视器获得模拟输出，然后用帧捕捉方式将其转化为数字图像。另一种实现方法是在现有成像设备的基础上改进图像接收部件
40、，如成像板和数字荧光X线摄影，由于不用改变现有的检查过程，因此容易实现。较为复杂的方法是重新设计成像设备，包括X线源和图像接收器，实现起来费用昂贵，如线阵和飞点扫描技术。(1)成像板（Imaging Plate，IP）技术发展于20世纪70年代末与80年代初，成像板系统由两部分组成：成像板和激光扫描装置。成像板是在平板上镀上一层光可激发的荧光物质，如活化铕钡荧光卤化物涂层，在X线照射下，这种荧光物质可将吸收的X线部分能量存储起来形成X线潜影。然后对曝光后的IP用波长663nm的氦氖激光束进行扫描，以激发其发射强度与入射X线量成正比的荧光，并将其转化为数字X线图像。IP上的残余潜影经可见光擦除后
41、可以反复使用。(2)数字荧光X线摄影（digital fluorography）技术是在传统的荧光摄影系统上增加数字化部件构成，运用了X线成像、影像增强、视频扫描和数字化技术，输出为连续的数字图像。数字荧光X线摄影技术与传统荧光摄影系统相比，其图像具有更大的动态范围，并可采用数字减影技术消除非检测部位，从而增强检测部位的图像效果，如数字减影血管成像（Digita1 Subtraction Angiography，DSA）、双能量减影成像（dual-energy imaging）等。(3)线阵扫描技术（line scan technique）采用一个与一维探测器组在同一平面的狭缝准直器将X线准直
42、成一扇形X线束，通过被检物体某一截面到达检测器并转换成图像中的“行”信息，如果被检物体相对于扇形X线束和探测器作水平运动，就能获得一幅数字图像。(4)飞点扫描技术（fly-spot scan technique）是利用一准直成很细的X线束逐点对人体进行扫描以获得一幅数字图像。由于任一时刻人体只有很小的点接受X线照射，因此散射体积很小，但成像时间长。3.计算机断层扫描术计算机断层扫描术通过计算机重建图像，因此，可以直接输出数字图像。这类成像设备包括：X线计算机断层扫描术（X-ray Computed Tomography，CT）、磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，
43、MRI）、超声成像（Ultrasound Imaging）、单光子和正电子发射计算机断层扫描术（Single-Photon and Positron Emission Computed Tomography，SPECT and PET）和数字显微成像等。数字化图像信息采集包括两方面任务：数字化图像的形成；数字化图像文件的采集。对各类成像系统（包括B超和彩超）来说，前者已由系统本身完成，数字化图像信息采集的任务只是通过采集接口模块或设备将数字化图像信息从主机中取出，并构成数据文件存储到存储设备中去，供显示或传输。对常规X线照相平面胶片数字化处理则包括上述两方面任务。也就是说这类采集技术和设备就是
44、成像系统的主机和各种胶片等硬拷贝同数字文件存储设备之间的扫描输入接口技术和设备。常规X线照相平面胶片数字化（包括其他硬拷贝图像信息）设备主要有视频分帧摄像机、数字化仪及对数字模式影像（CT、MR、超声、核医学影像）的收集等几种。如图1所示。目前可提供的数字化仪有三类：即激光数字化仪、电荷耦合器件（CCD）数字化仪和计算放射学荧光板X线系统。图1为医学影像采集集成系统 在数字图像采集设备应用中，值得关注的问题是不同厂家开发的数字化成像系统以及配套的数字图像采集设备（或模块）往往采用互不兼容的图像数据文件格式，这给数字图像信息资源的共享和实现造成了很大的人为的障碍。美国放射医学学会及联邦电机制造商
45、协会（American College of Radiology and National Electrical Manufactures Association，ACRNEMA）第八工作组（Group VIII）为此提出的关于数字图像通信标准格式的建议，即DICOM3.0这一协议标准，就是用于指导数字图像信息采集、存储、显示和通信软硬件模块或系统的研究与开发进行工作的。DICOM3.0同现存的12位灰度级制式配合被称为12位ACRNEMA格式，它在理论上允许采集窗口、层位以及技术人员指定的其它的参数和附在图中的有关病人姓名、层位片号、医嘱等文字注解，即所谓的“12 On1”多格式，满分辨率CT和MR图像的照相显示功能。图2数字图像采集设备应用 (三)非医学诊断影像资料的获取方法实际上，在医院尚有很多不属于医学影像（诊断用），而主要用于医生相互间交流的影像资料，如CAI教学资料等。对这类非医学诊断影像资料的获取也是一门重要的学问，这类影像资料常用的获取方法包括：采用视频捕捉卡直接进行视频资料的采集，这是最有效和快捷的方法。通过视频捕捉卡和相应的软件就可以把电视、录像等视频信号采集下来，并储存成AVI、MPG、MOV等影像格式文件。形形