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1、数字（医学）图像处理Digital (Medical ) Image Processing罗小刚罗小刚生物工程学院生物工程学院第二章第二章 数字图像处理系统数字图像处理系统第二章数字第二章数字图像像处理系理系统v系统的构成v数字化设备v存储设备v处理设备v输出设备v处理软件医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院2.1系系统的构成的构成v构造特点n面向对象、面向应用v基本成分n硬件、软件v分类n专用、通用医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院硬件硬件结构构 v图像数字化像数字化设备v图像像处理理设备（计算机）算机）v图像像显示示设备v图像存像存储设
2、备医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院图像处理设备 终端输出图像存储输入图像存储图像采集及数字化设备图像显示设备程序库数字图像处理系统的构成图像像处理系理系统构成构成图示示医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院图像像处理系理系统构成构成2p图像采集图像采集：？电信号（电流、电压）p图像数字化设备图像数字化设备：将图像转换成计算机可以处理的数字形式，通常用数字矩阵表示转换结果。p图像处理设备（计算机）图像处理设备（计算机）：包括硬件设备和软件两部分，即图像存储设备、CPU、程序库等，其中软件或算法是本课程研究的重点。p图像显示设备图像显示设备：包
3、括永久显示设备和暂时显示设备pCRT、LED等为暂时显示设备p打印机、照片等可永久显示图象p显示设备的性能评价通常由人眼观察的图像效果决定 。医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院图像像处理系理系统性能主要衡量指性能主要衡量指标v图像分辨率像分辨率 ：“空空间分辨率分辨率”，图像处理系统具有的分辨图像细节的能力，线对/数字图像的点阵数般来说，n高分辨率的不应低于1024768点阵，中分辨率的为512512或576768点阵，低分辨率的则为256256点阵。v图像分解力像分解力：是指图像系统对图像明暗程度或色彩的分解能力，bit数表示，bit数越高，性能越好n衡量指标：标
4、称值/实际值两种n标称值指系统A/D取的bit数n实际值则指系统实际所达到的bit位数，实际值常用有效bit位数表示 。医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院指指标5v硬件指硬件指标:处理功能n图像的代数运算、逻辑运算、直方图统计、卷积、FFT、二值化以及图像的形态学运算等。n功能参数。v主机功能主机功能：主要指软件的功能和环境n包括处理功能、处理速度。n主机处理还涉及软件环境（DOS/Windows/Unix），以及编程语言、库函数、菜单形式等。医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院现状与状与趋势v大量的工作集中在算法和应用软件的研制上，将涌现
5、更多的应用系统v图像硬件系统的发展则集中在高速图像处理系统和各种专业系统的研制医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院2.2 图像数字化设备v图像数字化器的组成v图像数字化器的性能v数字照相机v摄像机v扫描仪医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院2.2.1图像数字化器的功能像数字化器的功能v采样n把图像划分为若干图像元素（像素），并给出它们各自的存储地址；v量化n度量每一像素的灰度，并把连续的度量结果量化为整数；v信息保存n将图像量化结果写入存储设备。医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院图像数字化器医学医学图像像处理理讲义
6、重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院图像数字化器的像数字化器的组成成v采采样孔孔（Sampling aperture）：v图像像扫描机构描机构：v光光传感器：感器：v量化器量化器：v输出存出存储体体医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院2.2.2图像数字化器的性能v像素大小像素大小v图像大小像大小v被被测对象的局部特征象的局部特征v线性度性度v灰度灰度级v噪声噪声医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院2.2.3数字照相机（数码相机）镜头、感光器件（CCD或CMOS）、MPU（微处理器）、内置存储器、LCD（液晶显示器）、PC卡（可移动存储器）和
7、接口（计算机接口、电视机接口）等部分组成 数码相机的立体剖面图医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院面阵CCD示意图医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院图像存像存储v压缩、存储n压缩由系统内置的微处理器来完成。n压缩处理与存储图像所用的时间不可忽略，因此在使用数码相机时可以明显感到较长的等待时间。n图像格式的种类繁多，JPEG格式。医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院存存储器器v内置存储器n半导体存储器，安装在相机内部，用于临时存储图像，接口传送。 v可移动存储器nCompactFlash卡（CF）nSmartMedi
8、a卡（SSFDC）nATA Flash 医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院数数码相机相机输出出v接口n计算机通讯接口n串行接口、并行接口、USB接口和SCSI接口。n若使用红外线接口，则要为计算机安装相应的红外接收器及其驱动程序n连接电视机的视频接口n连接打印机的接口医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院、彩色、彩色图像像获取取v同时摄像方式v依次摄像方式医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院（1）同）同时摄像方式像方式v三管摄像机。n分光镜把被摄物体分为红、绿、蓝三种基色，n三支摄像管同时摄取红、绿、蓝三幅图像。v三
9、基色同时摄取的方式，广播级的电视领域，高性能的氧化铅摄像管。v缺点是系统体积大，造价高。 医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院（2）依次）依次摄像方式像方式v又称“时间分割方式”，按照时间的顺序依次摄取红、绿、蓝三基色。v单管彩色摄像机，只用一支彩色摄像管来完成彩色图像的光电转换，“单管机”。v优点：体积小、重量轻、制造成本低、彩色重合性好、调整维修简便等。v缺点：是灵敏度、分解力和信噪比较低v多于工业、教学和家庭医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院2.2.6图像采集卡v对视频信号解码、数字化的专用设备 v安装在计算机中 v图像采集卡的结构决
10、定了图像系统的硬件结构。v硬件结构主要有面向图像帧存和面向计算机内存两种方式。医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院1、面向、面向图像像帧存的存的图像卡像卡结构构视频源数字化设备图像帧存微机接口微机图像显示监视器面向图像帧存的图像硬件系统结构医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院2.3 数字图像存储设备v（1）用于处理时的短期快速存储n计算机内存，另一种是帧存v（2）关系到快速调用的在线存储n主要考虑速度，常采用磁盘v（3）大容量的档案存储n主要考虑存储容量，一般采用磁带、光盘v存储的容量以字节（B）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB
11、）、太字节（TB）为单位医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院2.4 数字图像处理设备v通用计算机系统有以下四类：vApple Macintoshn包括其内置的操作系统软件及用户接口；vIBM PC兼容机n使用磁盘操作系统（DOS，Microsoft Windows系列)；v图形工作站n使用UNIX操作系统，或 X WINDOWS环境；v大型计算机系统n拥有大量的资源并被许多用户通过远程工作站共享。v各系统也通过网络共享资源和数据。医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院2.5图像输出设备v图像的显示方式n永久性系统，改变了记录媒体的光吸收特性，留
12、下图像的硬拷贝，如照片、胶片、打印纸等。n暂时显示设备，在图像显示器上留下瞬间的影像，如图像监视器、投影仪等。v图像显示系统最重要的显示特性n图像的大小、光度分辨率和空间分辨率、高低频响应特性和噪声特性。医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院2.5.2永久显示设备v将图像永久记录在纸张或胶片上的设备n胶片记录器、激光打印机、喷墨打印机、热蜡转移打印机、颜料升华打印机等n“图像记录设备”或“硬拷贝设备”。n采用半调（halftone）技术，通过改变排列成规则图案的小黑点的大小来仿真多种灰度级，提高图片的质量。n另一种提高显示质量的常用技术称为“抖动”（dither）医学医
13、学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院2.6 图像处理软件v高级程序nC程序n本课程采用Matlab实现算法n提供了专门的图像输入输出函数，对图像的访问很简单。n强大的图像处理工具包，对以后的工程实践以及科研很有帮助。vPhotoshop等图像处理软件没有二次开发功能，不能用于专业领域的应用开发医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院常常见图像存像存储格式格式英文名称 类型说明Tagged image file format*.TIFDOS,UNIX 及Macintosh图像Encapsulated PostScript*.EPS出版业使用格式Graph
14、ical interchange format*.GIFCompuSever图形格式Bit-Mapped format*.BMPMicrosoft Windows标准格式Macintosh *.PICTApple Macintosh 图像Presentation manager*.BMPIBM OS/2 位图格式医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院图像文件主要特征像文件主要特征v（1）描述图像的高度、宽度以及各种物理特征的数据；v（2）彩色定义：每点bit数(决定颜色的数量)、彩色平面数，非真彩色图像要提供一个调色板；v（3）描述图像的位图数据体：将该图像由一个数据矩阵描述出来，该矩阵的结构由图像的高、宽及每点bit数决定。如果图像采用了压缩，每行数据都用特定压缩算法压缩过，使用前需解码。医学医学图像像处理理讲义重重庆大大学学生物工程生物工程学学院院
