山东一医大医学数字图像处理复习课件

医学数字图像处理 医学院信息科学系2/120 主要参考书：1 1、医学数字图像处理、医学数字图像处理 本教材本教材2 2、医学图像处理、医学图像处理 章鲁等章鲁等 上海科学技术出版社上海科学技术出版社3 3、数字图像处理、数字图像处理 朱志刚等译朱志刚等译 电子工业出版社电子工业出版社4 4、图象工程、图象工程 章毓晋章毓晋 清华大学出版社清华大学出版社 5 5、DIGITAL IMAGE PROCESSING Kenneth R.DIGITAL IMAGE PROCESSING Kenneth R.CastlemanCastleman Prentice-Hall Inc.(Prentice-Hall Inc.(美国，清华大学出版社美国，清华大学出版社)6 6、Image Processing Analysis and Machine Vision Milan Image Processing Analysis and Machine Vision Milan Sconka Sconka THOMSON BROOKS/COLETHOMSON BROOKS/COLE（美国，人民邮电出版社）美国，人民邮电出版社）7 7、Visual Basic.NET Visual Basic.NET 图形图像编程与实例祥解图形图像编程与实例祥解 李兰友等李兰友等 电子工业出电子工业出版社版社8 8、Visual C+Visual C+图像处理开发与实例图像处理开发与实例 李兰友等李兰友等 电子工业出版社电子工业出版社9 9、Visual Basic 6 Visual Basic 6 图像处理开发与实例图像处理开发与实例 李兰友等李兰友等 电子工业出版社电子工业出版社3/120主要内容l数字图像的形成l数字图像的统计特征l图像的格式文件l图像的处理方法（增强、变换、分割）4/120第1章 本章要点1有关图象和象素的基本概念2图象技术的三个层次：图象处 理、图象分析和图象理解3 图象表示方法和邻域的概念4 图象显示设备和技术5 图象存储器和图象文件格式6 视觉基础和亮度知觉7 颜色视觉和色度学5/120第2章 图象采集技术 2.1采集装置和性能指标2.2成象变换和坐标变换2.3*摄象机校准2.4*立体图采集2.5*深度图采集2.6采样和量化 6/120第2章 2.1采集装置和性能指标w 采集装置 辐射敏感器件数字化器件w 采集装置示例 X光透视成象仪固态阵 7/120第2章 2.1采集装置和性能指标w（电荷耦合器件）线扫描器面扫描器w传感器 光敏二极管型无源象素结构光敏二极管型有源象素结构光栅型有源象素结构 8/120第2章 2.1采集装置和性能指标w 采集装置性能 (1)线性响应(2)灵敏度(3)信噪比(4)阴影（不均匀度）(5)快门速度(6)读取速率9/120第2章 2.1采集装置和性能指标w 灰度图采集流程 空间分辨率幅度分辨率w 感光单元的分布 图象浮散填充系数10/120第2章 2.2成象变换和坐标变换w 投影成象w 成象过程 世界坐标系统XYZ摄象机坐标系统xyz图象平面坐标系统xyw 成象变换w 齐次坐标 11/120第2章 2.2成象变换和坐标变换w 透视变换w 坐标变换 平移变换尺度变换旋转变换级连反变换 12/120第2章 2.3*摄象机校准w 坐标不重合时的投影成象w 成象变换分解 从世界坐标到摄象机坐标从摄象机坐标到图象平面坐标内部参数外部参数13/120第2章 2.3*摄象机校准w 摄象机校准 作用方法原理计算公式具体步骤14/120第2章 2.4*立体图采集w 3-D信息w 立体成象 光源采集器景物w 不同立体成象方式的特点 15/120第2章 2.4*立体图采集w 双目成象模型视差景物深度 16/120第2章 2.5*深度图采集w 深度图w 深度信息获取方法基于飞行时间的深度图获取基于幅度调制波相位差的深度图获取w 结构光获取深度信息系统结构深度与成象高度 17/120第2章 2.6采样和量化w 数字图象 空间离散化：采样幅度离散化：量化w 表达图象所需的数据量空间分辨率幅度分辨率计算公式 18/120第2章 2.6采样和量化w 图象质量与数据量 采样级数的影响量化级数的影响两者的综合作用 19/120第2章 本章要点1图象采集装置所包含的器件和性能指标2成象变换和坐标变换的公式3摄象机校准的原理和步骤4立体图采集的原理和双目成象的方法5几种直接获取深度图象的方法6图象离散化中的采样和量化 20/120第3章 图象变换技术 3.1傅里叶变换3.2傅里叶变换的性质3.3*快速傅里叶变换3.4 沃尔什变换3.5 哈达玛变换3.6离散余弦变换3.7*小波变换3.8*霍特林变换21/120第3章 3.1 傅里叶变换w 变换域处理w 傅里叶变换f(x)f(0)，f(1)，f(2)，f(N 1)22/120第3章 3.1 傅里叶变换w 频谱w 相位角w 功率谱 23/120第3章 3.1 傅里叶变换w 傅里叶变换 24/120第3章 3.2 傅里叶变换的性质w 分离性 25/120第3章 3.2 傅里叶变换的性质w 平移性 26/120第3章 3.2 傅里叶变换的性质w 周期性和共扼对称性 27/120第3章 3.2 傅里叶变换的性质w 旋转性质 w 分配律 28/120第3章 3.2 傅里叶变换的性质w 尺度变换 w 平均值 29/120第3章 3.2 傅里叶变换的性质w 卷积定理 30/120第3章 3.2 傅里叶变换的性质w 离散卷积 31/120第3章 3.2 傅里叶变换的性质w 卷积 32/120第3章 3.3*快速傅里叶变换w 算法原理傅里叶变换：乘法N次，加法N-1次重复使用expj2ux/N快速傅里叶变换：乘法N log2N次加法(N-1)log2(N-1)次33/120第3章 3.4 沃尔什变换w 可分离变换正变换和正向变换核反变换和反向变换核 34/120第3章 3.4 沃尔什变换w 可分离变换正变换和正向变换核反变换和反向变换核 35/120第3章 3.4 沃尔什变换w 可分离变换性质可分离对称 36/120第3章 3.4 沃尔什变换w 可分离变换矩阵表达 37/120第3章 3.4 沃尔什变换w 沃尔什变换正变换和正向变换核反变换和反向变换核 38/120第3章 3.4 沃尔什变换w 沃尔什变换正变换和正向变换核反变换和反向变换核 39/120第3章 3.5 哈达玛变换w 哈达玛变换正变换和正向变换核反变换和反向变换核 40/120第3章 3.5 哈达玛变换w 阶（序）列中符号变换的次数41/120第3章 3.5 哈达玛变换w 哈达玛变换正变换和正向变换核反变换和反向变换核 42/120第3章 3.5 哈达玛变换w 哈达玛矩阵的迭代43/120第3章 3.6 离散余弦变换w 离散余弦变换44/120第3章 3.6 离散余弦变换w 离散余弦变换45/120第3章 3.7*小波变换w 小波实函数g(t)，其傅里叶变换满足w 小波基函数（积分核）46/120第3章 3.7*小波变换w 小波变换对 47/120第3章 3.7*小波变换w 小波变换特点时间-频率都局部化w 小波分解多级分解可递归进行48/120第3章 3.8*霍特林变换w 霍特林变换基于图象统计特性（特征值变换、主分量变换、离散KL变换）把输入图象看作一组随机矢量求取特征矢量进行变换解除图象数据相关49/120第3章 本章要点1傅里叶变换的定义和变换公式及频谱显示2傅里叶变换的一些重要性质3快速傅里叶变换的算法原理4可分离变换的概念和沃尔什变换的特点5与沃尔什变换密切相关的哈达玛变换的特点6国际标准中得到广泛应用的离散余弦变换7近年得到广泛重视的小波变换8基于图象统计特性的霍特林变换50/120第4章 图象增强技术 4.1图象灰度映射4.2直方图均衡化4.3*直方图规定化4.4图象间算术和逻辑运算4.5空域滤波4.6频域低通滤波4.7频域高通滤波4.8*频域带通滤波和带阻滤波4.9*彩色图象增强51/120第4章 4.1 图象灰度映射w 图象增强技术改善视觉效果w映射：改变象素灰度(1)图象求反(2)增强对比度(3)压缩动态范围52/120第4章 4.2 直方图均衡化w 直方图均衡化借助直方图变换实现灰度映射w 直方图1-D的离散函数提供了原图的灰度值分布情况图象的视觉效果和其直方图有对应关系改变直方图的形状可改善视觉效果53/120第4章 4.2 直方图均衡化w 均衡化基本思想变换原始图的直方图为均匀分布增加象素灰度值的动态范围从而增强图象整体对比度w 增强函数(1)单值单增函数(2)变换前后灰度值动态范围一致54/120第4章 4.2 直方图均衡化w 累积直方图w 直方图均衡化计算直方图图示计算列表效果55/120第4章 4.3*直方图规定化w 直方图规定化借助直方图变换实现规定的灰度映射w 直方图规定化步骤(1)对原始直方图进行灰度均衡化(2)规定需要的直方图，计算能使规定直方图均衡化的变换(3)将原始直方图对应映射到规定直方图56/120第4章 4.3*直方图规定化w 直方图规定化计算直方图图示w 对应规则单映射规则组映射规则误差比较57/120第4章 4.4 图象间算术和逻辑运算w 图象间运算算术运算一般用于灰度图象逻辑运算只用于二值图象w 邻域运算可借助模板实现58/120第4章 4.5 空域滤波w 空域滤波图象空间，邻域操作w 空域滤波方法分类 线性 非线性 平滑 锐化59/120第4章 4.5 空域滤波w 模板卷积图象空间，邻域操作w 空域滤波方法 线性平滑滤波 非线性平滑滤波 线性锐化滤波 非线性锐化滤波60/120第4章 4.6 频域低通滤波w 频域增强原理变换空间w 频域增强方法 计算图象的变换 在频域滤波 反变换回图象空间61/120第4章 4.6 频域低通滤波w 理想低通滤波器 w 巴特沃斯低通滤波器 62/120第4章 4.7 频域高通滤波w 理想高通滤波器 w 巴特沃斯高通滤波器 63/120第4章 4.8*频域带通和带阻滤波w 理想带阻滤波器64/120第4章 4.8*频域带通和带阻滤波w 放射对称的理想带阻滤波器65/120第4章 4.8*频域带通和带阻滤波w n 阶放射对称的巴特沃斯带阻滤波器w 带通滤波器66/120第4章 4.9*彩色图象增强w 伪彩色增强(1)亮度切割(2)从灰度到彩色的变换(3)频域滤波67/120第4章 4.9*彩色图象增强w 真彩色增强基本步骤：(1)将R，G，B分量图转化为H，S，I分量图(2)利用对灰度图增强的方法增强其中的某个分量图(3)再将结果转换为R，G，B分量图68/120第4章 本章要点1图象增强的基本概念和灰度映射增强的方法2图象直方图的计算和累积直方图增强的方法3直方图规定化原理和组映射增强优点4图象间的算术运算和逻辑运算5空域滤波的原理和方法6频域滤波的原理和频域低通滤波的方式方法7频域高通滤波的方式方法8频域带通滤波和带阻滤波的方式方法9图象彩色增强和彩色图象增强的方式方法69/120第5章 图象编码技术 5.1数据冗余和压缩5.2图象保真度5.3无失真编码定理5.4哈夫曼编码5.5*算术编码5.6*位平面编码5.7无损预测编码5.8有损预测编码5.9变换编码70/120第5章 5.1 数据冗余和压缩w 图象编码数据和信息数据压缩图象编解码过程 压缩率71/120第5章 5.1 数据冗余和压缩w 数据冗余(1)象素相关冗余空间冗余，几何冗余(2)编码冗余与概率特性有关(3)心理视觉冗余与主观感觉有关72/120第5章 5.2 图象保真度w 图象保真度信息保存型信息损失型描述解码图象相对于原始图象的偏离程度对信息损失的测度73/120第5章 5.2 图象保真度w 客观保真度准则用编码输入图与解码输出图的某个确定函数表示损失的信息量便于计算或测量w 主观保真度准则用主观的方法来测量图象的质量应用不方便74/120第5章 5.3 无失真编码定理w 信息信