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1、数字图像处理与应用技术基础第1页，共56页，编辑于2022年，星期六|医学图像可粗分为模拟图像和数字图像两类。常规医学图像可粗分为模拟图像和数字图像两类。常规X X射线成像射线成像技术以技术以“荧光屏荧光屏胶片胶片”组合来采集、储存图像，属模组合来采集、储存图像，属模拟图像。拟图像。|以计算机断层扫描技术为基础发展起来的以计算机断层扫描技术为基础发展起来的X-CTX-CT、MRIMRI、PETPET和和SPECTSPECT等是对等是对X X射线或其它激发源激发出来带有体内信息的射线或其它激发源激发出来带有体内信息的信号（投影）进行数字化图像信息采集和处理，用投影信号（投影）进行数字化图像信息采
2、集和处理，用投影-卷积卷积-反投影方法根据投影数据单准则或多准则来重构的反投影方法根据投影数据单准则或多准则来重构的图像。由于这类断层扫描成像系统的主机存储容量有限，图像。由于这类断层扫描成像系统的主机存储容量有限，最终仍然要以胶片等硬拷贝来载带并储存重构的模拟图像。最终仍然要以胶片等硬拷贝来载带并储存重构的模拟图像。因此这类医学图像成像技术一般称之为本质上的数字图像因此这类医学图像成像技术一般称之为本质上的数字图像技术。技术。一一、模模 拟拟 图图 象象 与与 数数 字字 图图 象象第2页，共56页，编辑于2022年，星期六二二、数数字字图图象象处处理理|计算机在图象是以数字的方式存储与工作
3、的，它把图计算机在图象是以数字的方式存储与工作的，它把图像按行与列分割成像按行与列分割成mn个网格，然后每个网格的个网格，然后每个网格的图像表示为该网格的颜色平均值的一个像素，图像表示为该网格的颜色平均值的一个像素，亦即用一个亦即用一个mn的像素矩阵来表达一幅图像，的像素矩阵来表达一幅图像，m与与n称为图像的分辨率。显然分辨率越高，图像失真越称为图像的分辨率。显然分辨率越高，图像失真越小。也是因为计算机中只能用有限长度的二进制位来小。也是因为计算机中只能用有限长度的二进制位来表示颜色的缘故，每个像素点的颜色只能是所有可表表示颜色的缘故，每个像素点的颜色只能是所有可表达的颜色中的一种，这个过程称
4、为图像颜色的离散化。达的颜色中的一种，这个过程称为图像颜色的离散化。颜色数越多，用以表示颜色的位数越长，图像颜色就颜色数越多，用以表示颜色的位数越长，图像颜色就越逼真。越逼真。第3页，共56页，编辑于2022年，星期六二、二、数数字字图图象象处处理理本节内容本节内容:|1、图像媒体、图像媒体|2、图像数字化、图像数字化|3、数字图像处理的优点、数字图像处理的优点|4、数字图像的表示方式、数字图像的表示方式|5、数字图像处理、数字图像处理|6、医学数字图像处理的应用、医学数字图像处理的应用 第4页，共56页，编辑于2022年，星期六图像媒体|分辨率分辨率分辨率分辨率表示图像垂直与水平方向的像素的
5、点数像素的点数像素的点数像素的点数。若假定图像的尺寸大小是固定的，而点的大小是可变的，则分辨率表示了图像致密的程度，通常用每英寸的点数每英寸的点数每英寸的点数每英寸的点数dpidpi（dot per inch）来衡量来衡量来衡量来衡量。数字化图像中，分辨率的大小直接影响图像的品质，分辨率越高，图像越清晰，所产生的文件也就越大，在工作中所需的内存和CPU处理时间也就越高，所以在制作图像时，不同品质的图像就需设定适当的分辨率，才能最经济有效地制作出作品。另外，图像的尺寸大小图像的尺寸大小图像的尺寸大小图像的尺寸大小、图像的分辨率和图像文件大小三者之间有着很密切的关系，一个分辨率相同的图像，如果尺寸
6、不同，它的文件大小也不同，尺寸越大所保存的文件也就越大。因此修改了前二者的参数就直接决定了第三者的参数因此修改了前二者的参数就直接决定了第三者的参数因此修改了前二者的参数就直接决定了第三者的参数因此修改了前二者的参数就直接决定了第三者的参数。用像素点阵表示图像是最自然的方式，因为图像最终需用像素点阵表示图像是最自然的方式，因为图像最终需用像素点阵表示图像是最自然的方式，因为图像最终需用像素点阵表示图像是最自然的方式，因为图像最终需要在屏幕上显示，而屏幕也是由离散的点阵组成的。常用要在屏幕上显示，而屏幕也是由离散的点阵组成的。常用要在屏幕上显示，而屏幕也是由离散的点阵组成的。常用要在屏幕上显示，
7、而屏幕也是由离散的点阵组成的。常用“分辨率分辨率分辨率分辨率”和和和和“颜色数颜色数颜色数颜色数”两参数描述图像的特性。两参数描述图像的特性。两参数描述图像的特性。两参数描述图像的特性。第5页，共56页，编辑于2022年，星期六 颜色数颜色数颜色数颜色数是是是是指一幅图像指一幅图像指一幅图像指一幅图像最多能表达最多能表达最多能表达最多能表达的不同的颜的不同的颜的不同的颜的不同的颜色数目，它色数目，它色数目，它色数目，它取决于描述取决于描述取决于描述取决于描述每个像素点每个像素点每个像素点每个像素点所用的二进所用的二进所用的二进所用的二进制位数，见制位数，见制位数，见制位数，见表表表表2-12-
8、1。位数位数颜色数颜色数位数位数颜色数颜色数1 12 28 82562562 24 4161665536655364 4161624241677721616777216 每个像素点所用的二进制位数又称为图像的位数。通常把24位及更高位的图像称为真彩色的，因为其颜色之多已可以表达所有细微的颜色差别了。常用的表示颜色的方法是：将该颜色分解成三基色红、绿、蓝（R，G，B）用不同亮度的这三种基色组合在一起，可以生成所有的颜色。若用24个二进制位来表示一个颜色，则可将颜色表示为各占8位的红、绿、蓝亮度数据，每种基色的变化范围为0255。0表示最暗，255表示最亮。由于将每个分量都看作是亮度信号，故025
9、5个变化称为256个灰度等级。第6页，共56页，编辑于2022年，星期六图像数字化 在屏幕上以一定的宽度（即抽样间距）分别在水平和在屏幕上以一定的宽度（即抽样间距）分别在水平和垂直方向上将图像分割成，称为象素点的细小区域。垂直方向上将图像分割成，称为象素点的细小区域。分割的越细，象素点越多，分割的越细，象素点越多，图像就越清晰。抽样的结图像就越清晰。抽样的结果将使图像变成每行有果将使图像变成每行有M个象素点，个象素点，每列有每列有N 个象素。个象素。整幅图像将产生整幅图像将产生M*N个象素组成的离散的象素点集。个象素组成的离散的象素点集。第7页，共56页，编辑于2022年，星期六 光学图像、照
10、片以及人的眼睛看到的一切光学图像、照片以及人的眼睛看到的一切景物，都是模拟图像，景物，都是模拟图像，这类图像无法直接用计这类图像无法直接用计算机处理。为了使图像能在电子计算机中作处算机处理。为了使图像能在电子计算机中作处理运算，必须将模拟图像转化为离散数字所表理运算，必须将模拟图像转化为离散数字所表示的图像，即所谓的数字图像。示的图像，即所谓的数字图像。将模拟图像转将模拟图像转化为数字图像的过程称为图像数字化。这一过化为数字图像的过程称为图像数字化。这一过程是图像处理技术的基础，一般图像数字化包程是图像处理技术的基础，一般图像数字化包括下列两个步骤：括下列两个步骤：图图象象数数字字化化过过程程
11、第8页，共56页，编辑于2022年，星期六1.1.抽抽样样 将二维空间图像上的连续亮度住处（即将二维空间图像上的连续亮度住处（即灰度）转化成离散的抽样点（即象素点）灰度）转化成离散的抽样点（即象素点）具体做法如图具体做法如图1 1所示：所示：图图象象数数字字化化第9页，共56页，编辑于2022年，星期六2.2.量量 化化|量量化化就就是是把把抽抽样样后后每每一一个个象象素素点点的的亮亮度度值值离离散散化化使使其其成成为为有有限限个个整整数数值值（一一般般为为0-2560-256个个灰灰度度值值）。把把一一个个象象素素点点，由由黑黑色色渐渐变变为为灰灰色色渐渐变变为为白白色色的的连连续续变变化化
12、的的亮亮度度值值量量化化为为0256 0256 个个灰灰度度值值，（每每个个象象素素用用一一个个字字节节来来储储存存量量化化后后的的信信息息，即即8Bit8Bit）,量量化化后后的的灰灰度度值值即即反反映映了了对对应应象象素素点点的亮度明暗值。的亮度明暗值。|经过抽样、量化后，经过抽样、量化后，一幅黑白模拟图像就会一幅黑白模拟图像就会离散化成为离散化成为M*NM*N个字节的数字图像，即变成适个字节的数字图像，即变成适用于电子计算机处理的数字图像。在图像数用于电子计算机处理的数字图像。在图像数字化过程中把原来连续变化的亮度信息变成字化过程中把原来连续变化的亮度信息变成离散的数字信息，二者间是有差
13、别的，即在离散的数字信息，二者间是有差别的，即在数字化过程中会带来一定的误差。数字化过程中会带来一定的误差。第10页，共56页，编辑于2022年，星期六 但但是是由由于于人人的的眼眼睛睛对对空空间间分分辨辨率率都都是是有有限限的的，因因此此只只要要恰恰当当地地选选取取抽抽样样间间隔隔与与量量化化的的灰灰度度级级数数，上上述述误误差差是是可可以以忽忽略略不不计计的的。数数字字图图像像在在处处理理上上有有许许多多明明显显的的优点。见对照表优点。见对照表1：表表表表1 1 图像处理方式比较图像处理方式比较图像处理方式比较图像处理方式比较 图像方式图像方式 处理速度处理速度 灵活性能灵活性能 精度精度
14、 再现性再现性 光学光学 快快 中中 中中 中中 照片照片 快快 差差 差差 差差 录像录像 快快 中中 差差 中中 数字数字 慢慢 好好 高高 好好第11页，共56页，编辑于2022年，星期六（1 1）再再再再现现现现性性性性好好好好，数数字字图图像像不不会会因因存存储储、传传输输方方式式、复复制制而而产产生生图图像像质质量量的的退退化化，从从而而能能准准确地再现出来；确地再现出来；（2 2）精精精精度度度度高高高高，目目前前可可以以将将一一幅幅模模拟拟图图像像数数字字化化为为（8/mm个个象象素素点点）任任意意在在的的二二维维数数组组，每每个个象象素素的的亮亮度度值值可可以以量量化化为为1
15、2Bit（2048灰灰度度级），即图像数字化精度可以足够高；级），即图像数字化精度可以足够高；（3 3）灵灵灵灵活活活活性性性性大大大大，任任意意一一种种模模拟拟图图像像的的处处理理方方法法，一一般般都都只只能能对对图图象象做做有有限限的的若若干干种种处处理理，如如光光学学处处理理，而而数数字字图图像像处处理理不不仅仅能能完完成成线线性性运运算算，也也可可完完成成非非线线性性运运算算，及及一一切切可可以以用用数数字字公公式式或或逻逻辑辑表表达达式式来来表表达达的的图图像像做做数数字字处理运算。处理运算。数数字字图图像像处处理理的的优优点点第12页，共56页，编辑于2022年，星期六数数字字图图
16、像像的的表表示示方方式式|数字化后的一幅黑白图像，可以用数字化后的一幅黑白图像，可以用MNMN个字节来表示。对电个字节来表示。对电子计算机来说，可以用数学公式子计算机来说，可以用数学公式f f（XiXi，YjYj）来表示。数组）来表示。数组f f（XiXi，YjYj）中）中i=1i=1，2 2，3m3m，j=1j=1，2 2，3 3，nn。式中。式中f f（XiXi，YjYj）值代表图像中（）值代表图像中（XiXi，YjYj）点处象素的灰度值。）点处象素的灰度值。|在现实生活中有多种多样的图像，根据各类图像灰度层次的多少、在现实生活中有多种多样的图像，根据各类图像灰度层次的多少、光谱轴及时间轴
17、上的组合方式的不同，其数字化后的描述形式如光谱轴及时间轴上的组合方式的不同，其数字化后的描述形式如表表2-42-4所示。所示。图像数字化后描述形式备注二值图像f（X，Y）=1或0文字、线条图、指纹等黑白图像0f（X，Y）2n-1黑白图像，一般n=68彩色图像|fi（X，Y）|i=R，G，B以三基色表示的彩色图像光谱图像|fi（X，Y）|i=1，2m遥感图像，m=68或更大立体图像fl（X，Y），fr（X，Y）左右视点得到同物体的图像对动态图像|ft（X，Y）|t=t1，t2tr.动态图像，动画制做等第13页，共56页，编辑于2022年，星期六表示方法 由上表可见，尽管图像类别不同，视觉不同，由
18、上表可见，尽管图像类别不同，视觉不同，对应的实际物理背景也不同，但在电子计算机内部对应的实际物理背景也不同，但在电子计算机内部都是二维数组的集合。因此研究数字图像处理，最都是二维数组的集合。因此研究数字图像处理，最基本的就是研究一个二维数组在计算机内部的表示基本的就是研究一个二维数组在计算机内部的表示方法。方法。根据不同种类数字图像的数组集合特点的不同，根据不同种类数字图像的数组集合特点的不同，数字图像在数字图像在计算机内部的表示方法计算机内部的表示方法计算机内部的表示方法计算机内部的表示方法主要有下列几主要有下列几种：种：第14页，共56页，编辑于2022年，星期六(1)(1)单单波波段段数
19、数字字图图像像 黑白图像属于单波段图像，一个二维黑白图像属于单波段图像，一个二维 数组是描述这类图像的基本方法。计算机内储存二数组是描述这类图像的基本方法。计算机内储存二维数组的基本方法是以一维数组的形式来储存二维维数组的基本方法是以一维数组的形式来储存二维数组的。数组的。一、单波段数字图像 第15页，共56页，编辑于2022年，星期六(2)(2)多多波波段段数数字字图图像像|由红、绿、蓝三基色表示的彩色图像及由红、绿、蓝三基色表示的彩色图像及遥感图像均属多波段图像。这类图像由遥感图像均属多波段图像。这类图像由多个二维数组来描述，在计算机内用一多个二维数组来描述，在计算机内用一维数组储存信息时
20、，常用下列三种方式：维数组储存信息时，常用下列三种方式：图图2-3A2-3A、图、图2-32-3、图、图2-3C 2-3C）图2-3B 按各波段依次存储第16页，共56页，编辑于2022年，星期六|图2-3A按各波段的同一扫描行依次存储|A 按每个波段依次储存图像数据，每一种颜色为一个波段（颜色通道），一般用于彩色图像的数字化信息存储，在扫描图像时 常采用三次扫描方式。如图2-3A。|B 按各波段的同一扫描行依次存储图像数据。如图2-3B。图2-3A 按每个波段依次储存第17页，共56页，编辑于2022年，星期六|C 按各波段的同一象素点依次存储图像数据，在扫描图像时采用的一次扫描技术，就是按
21、象素点采样存储。如图2-3C。图2-3C 按各波段的同一扫 描行依次存储第18页，共56页，编辑于2022年，星期六(3)(3)二二值值图图像像|二值图像是黑白图像的一种特殊情况。每个象素只有二个灰度值，即每个象素只用一位二进制表示（1或0）。一切文字和工程图均可经数字化后用二值图的形式来表示。为节省储存空间，常用如下方式储存常用如下方式储存常用如下方式储存常用如下方式储存：合并储存合并储存 一般储存单元是字节，而二值图像仅用一位二一般储存单元是字节，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进制码来表示即可。采用的方法是将相邻的8 8个象素个象素点值合并储存在一个字节中，以每
22、个象素占用该字点值合并储存在一个字节中，以每个象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点是显示或处理时，必须先把每个字节展开成8 8个象个象素，增加了处理的计算量。素，增加了处理的计算量。第19页，共56页，编辑于2022年，星期六 线图像压缩储存线图像压缩储存 线图像是一种特殊的二值图，这类图像由于线条只占全图少量象素，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：座标序列结构：座标序列结构：座标序列结构：座标序列结构：即由图中线段某一端头（非封闭线）或任意象素点（封闭线
23、）的坐标开始，连续记录与之连通的象素点坐标，这种方法实际上仅记录了图像上有黑色（值为1）的象素点X，Y坐标值，而隐含着其它坐标点的值均为0。第20页，共56页，编辑于2022年，星期六|用这种储存方式时，存储的每个象素点坐标（X，Y）所需的位数与图像大小有关。例如，某一幅图像为512512象素，为表示该图上的任意坐标值，则需29=18位二进制码。若象素序列全长为n，则共需2n9位即可储存二值图像。如图2-4所示。图2-4座标序列结构 座标序列结构：座标序列结构：第21页，共56页，编辑于2022年，星期六坐标序列增量结构：坐标序列增量结构：|线图像的坐标序列储存结构中，相邻两个象素坐标（x1，
24、y1）与（x2，y2）之间的变化增量只能是（x1x2=0或1），（y1y2=0或1），用该序列中前一坐标的增量来表示时，则X或Y分别可以用两位二进制码表示，即每个增量仅用4位二进制码描述。以图2-4为例，用坐标增量表示时，可以用（3，6）（1，1）（1，0）（1，1）（1，1）（1，0）（1，0）（1，1）（0，1）（1，1）序列表示。若仍设全图像为象素点，则个象素序列增量所占存储空间由坐标序列的位，降到（）位。对图2-4中，10的情况下，由2910=180位降到 4（101）54位；第22页，共56页，编辑于2022年，星期六链码结构：链码结构：|链码是对坐标序列增量结构的进一步改进与紧缩。
25、对一个连通的象素序列来说，与某一象素连通的后续象素只可能07中的一个。因此任一后续象素均可用07，8个值中的一个来表示，即用三位二进制码表示（如图2-5所示）。与坐标序列增量结构相比，每一后续链码值由来4位码降到3位码即用八进制数就可表示，以图表2-4为例，可用（3，6），7，0，1，1，0，0，1，2，3的链码表示。用了29+（n1）3=45个字节就 可以储存，进一步减少了存储量，提 高了数据处理的效率。图2-5链码结构第23页，共56页，编辑于2022年，星期六 （1 1）图图图图像像像像质质质质量量量量改改改改善善善善：力力图图把把图图像像上上的的畸畸变变及及噪噪声声信信息息去去掉掉，便
26、便图图像像更更清清晰晰，以以便便准准确确目目视视判判读读和和解解释释。具具体体技技术术措措施施大大致致包包括括4类类：锐锐锐锐化化化化技技技技术术术术：是是突突出出图图像像上上的的灰灰度度突突变变的的各各类类边边缘缘处处增增大大对对比比度度，便便图图像像轮轮廓廓更更清清晰晰；平平平平滑滑滑滑技技技技术术术术：是是一一种种抑抑制制噪噪声声而而达达到到改改善善图图像像质质量量的的措措施施；复复复复原原原原技技技技术术术术：是是根根据据引引起起图图像像质质量量下下降降的的原原因因而而采采取取的的一一种种恢恢复复图图像像本本来来面面目目的的处处理理措措施施；校校校校正正正正技技技技术术术术；采采取取几
27、几何何校校正正措措施施，去去掉掉图图像像上上的的几几何何失失真真。上上述述各各类类改改善善图图像像质质量量的的具具体体原原理理、方方法法、算算法法及及程程序序已已经经比比较较规规范范化化，是是各各类类图图像像处处理理的的基基本内容。本内容。数数字字图图像像处处理理第24页，共56页，编辑于2022年，星期六（2 2）图像）图像）图像）图像分析：分析：分析：分析：人人类类研研究究图图像像的的目目的的是是为为提提取取图图像像中中的的有有用用信信息息。图图像像分分析析一一般般包包括括：边边缘缘与与线线条条的的检检测测、图图像像区区域域分分割割、形形状状特特征征测测量量、图图像像纹纹理理分分析析、图图
28、像像匹匹配配等等技技术术内内容容。这这些些方方法法一一般般已已被被各类图像处理软件包所采用。各类图像处理软件包所采用。（3）图像）图像重建：重建：它它主主要要包包括括CTCT中中投投影影图图像像的的三三维维重重建建，和和应应用用于于测量左、右视图像对，生成立体图像的技术。测量左、右视图像对，生成立体图像的技术。目目前前已已是是成成熟熟的的实实用用图图像像处处理理技技术术。普普遍遍应应用用于于象象全全息息摄摄影影，卫卫星星遥遥感感侦侦察察（地地理理、地地貌貌、气气象象等等）图图像像的的三三维维重重建建。在在医医学学领领域域中中医医学学影影像像的的三三维图像重建也是热门的技术话题之一。维图像重建也
29、是热门的技术话题之一。第25页，共56页，编辑于2022年，星期六（4）图像）图像数据压缩：数据压缩：由由于于图图像像经经数数字字化化后后，所所产产生生的的数数据据信信息息量量非非常常大大，尤尤其其是是彩彩色色动动态态图图像像的的数数据据量量更更是是大大的的惊惊人人。如如何何保保存存及及处处理理这这些些数数据据，甚甚至至成成为为数数字字图图像像处处理理技技术术的的瓶瓶颈颈，也也是是技技术术上上的的难难题题。90年年代代，CCITT（国国际际电电报报与与电电话话咨咨询询委委员员会会）与与ISO（国国际际标标准准化化组组织织）先先后后推推出出了了静静态态图图像像压压缩缩标标准准JPEG和和视视频频
30、图图像像压压缩缩标标准准MPEG。给给出出了了反反映映目目前前科科技技水水平平的的图图像像压压缩缩方方法法，在在多多媒媒体体电电脑脑中中已已有有广广泛泛应应用用，如如CD、VCD、DVD。但目前的技术还不能令人满意。但目前的技术还不能令人满意。第26页，共56页，编辑于2022年，星期六医医学学数数字字影影像像处处理理的的应应用用 医学图像处理的主要技术方法与作用大致有以医学图像处理的主要技术方法与作用大致有以下几个方面；下几个方面；（1）黑白图像的灰阶处理：黑白图像的灰阶处理：黑白图像的灰阶处理：黑白图像的灰阶处理：医学图像中有很多是属于单色灰阶图像，如X线片、同位素图像、电镜图像、超声波图
31、像等均属于黑白（正负片）图像。对此类图像处理的主要方法是提高图像的灰度层次，使弱灰阶信号增强，图像就会更加清晰，有利于人工的准确目视判读，从而提高了图像的使用价值及诊断正确率。现在此类图像处理技术已相当成熟，尤其是在新的医学影像诊断设备中大都采用了完善的图像处理技术。第27页，共56页，编辑于2022年，星期六（2 2 2 2）彩色图像的频谱处理：彩色图像的频谱处理：彩色图像的频谱处理：彩色图像的频谱处理：|彩色能真切地表现物体的质感与性状，颜色是光谱在人眼中的一种客观反映。所以说彩色图像处理的关键就是对全光谱的处理，旨在真实地再现和还原物体的本来颜色的微小变化对于正确诊断具有举足轻重的意义。
32、可见颜色在医学图像中的重要性。彩色图像处理的主要技术方法是RGB（红绿蓝）三基色的分路全频谱处理，彩色图像处理技术相对要复杂的多，通常采用的处理方法有：锐化、钝化、过滤、直方图分析、各个颜色通道的灰度与色饱和度处理等等。|目前临床医学影像设备有彩色超声多谱勒和病理图像计算机真彩色处理系统等，都采用了先进的计算机彩色图像处理技术，以其丰富的功能，准确的分析计算和更加清晰的细节成像，受到青睐。第28页，共56页，编辑于2022年，星期六（3 3）图像信息资料的储存：图像信息资料的储存：图像信息资料的储存：图像信息资料的储存：|数字图像处理的最终目的，是提取及利用有价值的图像。因为医学图像，尤其是彩
33、色图像经数字化后得到的数据量是十分庞大的，如何把这些图像信息储存起来就成为重要的技术处理问题。主要技术包括：快速压缩储存图像数据、快速还原图像数据（解压缩）、各种数字图像的制式转换。|目前计算机用于此类处理的软件很多，如ARJ、WINZIP等，处理效果都非常好。由于以图像处理为主的多媒体技术的发展，光盘CD-ROM的出现为海量数据储存提供了可能。第29页，共56页，编辑于2022年，星期六（4 4）实时图像信息的传输：实时图像信息的传输：实时图像信息的传输：实时图像信息的传输：|由于计算机网络的发展，信息高速公路的逐步实现及电话通讯的普及，医学图像信息的远距离传送，为诊断疑难病症，抢救危重病人
34、，可及时得到异地专家的指导，实现医学影像异地会诊或监控成为可能。主要技术问题在于临床医学图像的实时采集与计算机网络的建立和使用。|随着Internet网络的发展和普及，网上医学影像信息服务网站也越来越多，为实现远程医疗诊治和会诊提供了良好的技术条件和宽松的上网环境，甚至可以和全球的同行们就某一感兴趣的问题进行网上的交流和探讨。（5 5）InternetInternetInternetInternet与医学图像信息的传输：与医学图像信息的传输：与医学图像信息的传输：与医学图像信息的传输：第30页，共56页，编辑于2022年，星期六（6 6）图像自动识别：图像自动识别：图像自动识别：图像自动识别：
35、|医学图像自动识别具有广泛的发展前景和重大意义，尤其在图像诊断检测过程中已有许多应用了计算机智能图像识别处理系统，如血球自动分类计数、癌细胞自动识别系统等。|图像识别技术是图像处理中的高难技术，是一门集医学、电子、物理、计算机软硬件等多学科多门类的综合科学技术。图像自动识别处理，因其具有较高的人工智能（专家知识）成分及计算机特有的优势，可以快速、准确的捕获目标，自动分析处理，并得到有用的图像信息，因此实用价值非常高。第31页，共56页，编辑于2022年，星期六（7 7 7 7）远程医学（远程医学（远程医学（远程医学（TelemedicineTelemedicineTelemedicineTel
36、emedicine）：）：）：）：|就是使用远程通讯和计算机多媒体技术提供医学信息和医疗服务。|远程医学（telemedicine）就其功能而言大致可分成三种类型远程医学教育（teleeducation）、远程会诊（teleconsultation）、远程诊断（telediagnosis）。|所谓远程医学教育就是通过计算机网络或电信网络进行医学教学。与其他远程教学稍有不同的是这种系统要有能力提供清晰的、无失真的各种医学影像学资料。它既可以是网上一对一授课，也可以作为一个医学教育服务器或一个Medweb服务器，以一点对多点的通信方式传播医学知识。第32页，共56页，编辑于2022年，星期六|远程
37、会诊远程会诊是远程医学的重点，它是一种两地或多地医生交互式共享病人诊断信息，特别是放射学图像、超声图像、病理检查、心电图、血压等多种报告的分析诊断通过远程传输信息，最终诊断报告由本地医生提出。异地专家只是提供参考意见，以协助本地医生做出正确诊断。|远程诊断远程诊断是远程医学的最高类型。它在分享医学影像及其他各种诊断信息的同时，最终诊断报告要由远在异地的专家签署，责任重大。因此，在涉及到图像质量的数据采集、压缩、传送、解压缩、处理和显示的各个技术环节都不可有差错，以免造成图像质量的明显损失，从而作出错误诊断。在当前技术水平下，要想使数字化的医学影像数据在各个环节都毫无损失是做不到的，因此，世界各
38、国对远程诊断都十分慎重。第33页，共56页，编辑于2022年，星期六三三、医医学学影影像像发发展展趋趋向向|近近30年来医学影像学发展迅速，自放射学发展成为诊年来医学影像学发展迅速，自放射学发展成为诊治兼备的现代医学影像学，开创了本学科的新纪元。治兼备的现代医学影像学，开创了本学科的新纪元。步入新世纪，知识经济的兴起，即以知识为基础的经步入新世纪，知识经济的兴起，即以知识为基础的经济时代，知识和科技的创新、传播、应用和普及，以济时代，知识和科技的创新、传播、应用和普及，以及知识的全球化和可持续发展将成为人类经济和社会及知识的全球化和可持续发展将成为人类经济和社会发展的主流。作为生命科学的重要组
39、成部分，发展的主流。作为生命科学的重要组成部分，医学科医学科学包括医学影像学的发展，将具有以下特征：学包括医学影像学的发展，将具有以下特征：|（1）随生命科学的发展，基础科学尤其是分子生物科学、）随生命科学的发展，基础科学尤其是分子生物科学、生物技术、基因工程的进展，将深入和影响临床医学含生物技术、基因工程的进展，将深入和影响临床医学含影像的进程。例如：生理功能，代谢成像和基因治疗等影像的进程。例如：生理功能，代谢成像和基因治疗等已经并将进一步深入影像学诊治及其基础研究领域；已经并将进一步深入影像学诊治及其基础研究领域；第34页，共56页，编辑于2022年，星期六医医学学影影像像发发展展特特征
40、：征：|（2）随信息科学的发展，由于PACS系统、智能型计算机和工作站、计算机辅助诊断和治疗等的进展和实用化，“网络影像学（network imaging）”将会到来；|（3）随微机、微电子技术（micromachine/electronics）的发展，新的影像和介入器械、器具，CT/MR新技术如图像采集和显示、三维仿真成像、器官/疾病特异性对比剂的开发、MR频谱成像的结合，以及新一代治疗导管/内支架传送装置的开发、应用，影像诊断和介入治疗将进一步向广深发展；|（4）随社会经济和人民生活水平的提高，人口老龄化，医疗服务体系（Health Care System）的转变，人们对安全、有效而微创/
41、无创性诊治方法及需求将会不断提高。第35页，共56页，编辑于2022年，星期六四、四、医医 学学 图图 象象 的的 采采 集集 数字化图像信息采集包括两个方面任务，一是数字化图像信息采集包括两个方面任务，一是数字化图像信息采集包括两个方面任务，一是数字化图像信息采集包括两个方面任务，一是数字化图像的形成，一是数字化图像文件的采集。数字化图像的形成，一是数字化图像文件的采集。数字化图像的形成，一是数字化图像文件的采集。数字化图像的形成，一是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
42、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射线照相平面胶片数字化处理则包括上述两方面任务。本节内容:1、采集集成系统设计 2、系统硬件配置第36页，共56页，编辑于2022年，星期六1 1、采采集集集集成成系系统统设设计计|常规X射线照相平面胶片数字化（包括其它硬拷贝图像信息）设备主要有视频分帧摄像机（Video-frame grabbers）、数字化仪（Digitizers）及对数字模式影像（CT、MRI、超声、核医学影像）的采集等几种。|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射线系统。第37页，共56页，编辑于20
43、22年，星期六2 2、系系统统硬硬件件配配置置|包括X-CT、MRI、PET和SPET在内的断层扫描成像模式，利用利用计算机高速运算处理能力，在计算机高速运算处理能力，在X射线等激发源作用下围绕人射线等激发源作用下围绕人体做断层或螺旋扫描，可在一个呼吸周期内采集几幅以至体做断层或螺旋扫描，可在一个呼吸周期内采集几幅以至几十幅断层投影信息几十幅断层投影信息，这些投影信息经计算机处理重构后，可在主机监视器上显示重构的断层模拟图像，然后采用多幅（模拟）摄影机摄录在感光胶片上。对这些投影信息进行进一步计算机处理，可获得任意位置的断层图像，甚至可重构成三维（3-D）彩色图像。|这类数字化成像系统形成的数
44、字图像信息可采用激光胶片激光胶片激光胶片激光胶片打印机打印机打印机打印机及其和成像系统之间的接口-扫描输入设备（Scan Input Device，SID）来采集。SID同数字成像系统主机相连，将重构的数字图像信息读入，并按一定的格式形成图像数据文件，存入硬盘或光盘存储设备，同时驱动激光胶片打印机用激光将数字图像的像素矩阵“打印”在感光胶片上。第38页，共56页，编辑于2022年，星期六五、五、五、五、非非非非医医医医学学学学诊诊诊诊断断断断图图图图象象象象的的的的获获获获取取取取方方方方法法法法|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
45、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以下5种：第39页，共56页，编辑于2022年，星期六影像资料常用的获取方法|（1）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，并存储成AVI、MPG、MOV等数字化影像格式文件。|（2）形形色色的多媒体素材库光盘是获取影像资料的主要途径之一，光盘中往往都含有多种影像资料，常见的影像资料格式有：AVI、MPG、MOV、FLC、FLI、DIR、DAT等。|（3）通过VCD、DVD等视盘获得，采用超级解霸等软件可以把VCD视盘上的
46、某个片段采集下来，存储成AVI、MPEG等影像格式文件。|（4）通过各种图像、视频编辑软件制作数字影像资料，缺点是需要熟悉软件的使用方法，制作周期长。|（5）有些多媒体软件和光盘中没有现成的影像资料文件，可以采用动态屏幕捕捉软件对我们感兴趣的内容进行捕捉，最后存储成AVI、MPG、MOV等影像格式文件供日后调用。第40页，共56页，编辑于2022年，星期六六、六、六、六、多多多多媒媒媒媒体体体体体体体体数数数数据据据据压压压压缩缩缩缩与与与与解解解解缩缩缩缩|假设播放的图像是640480的幅面，选择显示色彩为24位真彩色，那么一帧画面的大小为6404803=0.9MB（兆字节），按一秒钟25帧
47、画面计算，每秒的数据量0.9MB25帧/秒为22.5MB，一张650MB的CD-ROM盘片可以储存650MB22.5MB/秒小于30秒的活动图像，即使按320240的幅面计算，也只能存储不到2分钟的图像。可见，从存储容量来看，不压缩图像是不行的。另一方面，如果要让计算机播放这样的活动图像，那么计算机从外存到内存的数据传输率必须达到22.5MB以上（按320240的幅面计算也需要约5.6bps），才能保证画面被连续的播放，而这个数据的传输率已大大超出了硬盘的能力，即使把没有压缩的电影存储在CD-ROM上，也无法足够快地把这些数据传到计算机内存中去播放，所以从数据传输率来看，也必须把图像压缩。在多
48、媒体技术中数据压缩是必不可少的。第41页，共56页，编辑于2022年，星期六|如果原来有一个文件A的大小为100KB，有一个经对A处理后生成的文件B的大小为50KB。假如B所表达的信息与A一样（当然B里的信息需用某种方法解压缩才能恢复出原先的信息），那么就称B为文件A经压缩后产生的文件，其压缩比为21。按压缩后的信息与按压缩后的信息与按压缩后的信息与按压缩后的信息与原信息间的关系来划分，有两大类不同的压缩原信息间的关系来划分，有两大类不同的压缩原信息间的关系来划分，有两大类不同的压缩原信息间的关系来划分，有两大类不同的压缩方法，有损压缩与无损压缩方法，有损压缩与无损压缩方法，有损压缩与无损压缩
49、方法，有损压缩与无损压缩。无损压缩是指在压无损压缩是指在压缩过程中不丢失任何信息的压缩方法，即压缩后缩过程中不丢失任何信息的压缩方法，即压缩后的信息经解码后可百分之百地恢复出原来的信息的信息经解码后可百分之百地恢复出原来的信息。有损压缩则在压缩过程中会丢失一些不重要信有损压缩则在压缩过程中会丢失一些不重要信有损压缩则在压缩过程中会丢失一些不重要信有损压缩则在压缩过程中会丢失一些不重要信息的压缩息的压缩息的压缩息的压缩。第42页，共56页，编辑于2022年，星期六信信 息息 的的 压压 缩缩|信息可以被无损压缩信息可以被无损压缩信息可以被无损压缩信息可以被无损压缩，是因为原始信息里存在着信息相关
50、性。信息可以被有损压缩是因为原始信息里的某些成份对人来说是不重要的，或者是人所不敏感的。多媒体信息的数据压缩的目的是获得较小的存储容量和较高的传输速率。|无损压缩方法无损压缩方法无损压缩方法无损压缩方法是大多数多媒体的有损压缩方法的重要组成部分，在信息论中，是用熵来解释相关性的。简单地说，熵是热力学中的一个概念，本身是系统状态的函数，可以用来度量系统有序与无序的程度，是系统失去信息多少的量度。一样东西越有序，熵就越高，反之则越低。信息量也可以用熵信息量也可以用熵信息量也可以用熵信息量也可以用熵值来衡量，熵越低则信息量越丰富，所以一段无序的序列数据值来衡量，熵越低则信息量越丰富，所以一段无序的序