医学图像增强处理技术分析

毕业论文中文标题医学图像增强处理技术分析英文标题Analysisofmedicalimageenhancementtechnology本科毕业论文－2－医学图像增强处理技术分析摘要现代数字图像处理技术发展迅速，在各个行业领域都有非常重要的应用，而医学图像处理方向的技术进步及其应用更是对目前的医学病理研究、远程医疗会诊有着极其重大的意义。针对目前常见的医学图像处理的图像增强方向的技术，灰度变换法、空域滤波去噪法、频域滤波去噪法、小波分析法，本文对这几种医学图像增强方法的原理、技术特点进行了分析，并利用各个技术方法在matlab上对x线医学图像进行了图像增强仿真实验，对比了它们在不同医学图像上的技术效果，得出了各项技术于不同图像处理上的优劣点。关键词：医学图像增强方法matlabx线本科毕业论文－3－目录第一章医学图像学.......................................51.1医学图像分析与数字图像处理的联系.............................51.2医学图像成像分类..............................................61.2.1CT.......................................................61.2.2核磁共振成像.............................................61.2.3超声成像.................................................61.3医学图像处理的意义...........................................7第二章医学图像噪声的产生与克服.........................72.1图像分类.....................................................82.1.1黑白图像（二值图像）.....................................82.1.2灰度图像.................................................82.1.3RGB图像.................................................82.2噪声的产生与分类.............................................82.3图像噪声的克服方法...........................................9第三章常用的几种医学图像增强方法.......................93.1空间域处理..................................................103.1.1灰度变换法..............................................103.1.2直方图均衡法............................................123.1.3空域滤波去噪法..........................................141.平滑线性空间滤波器........................................162.非线性中值空间滤波........................................17本科毕业论文－4－3.2频域滤波去噪法..............................................183.2.1二维离散傅里叶变换......................................183.2.2滤波过程................................................193.3小波变换分析法...............................错误!未定义书签。本科毕业论文－5－第一章医学图像学1.1医学图像分析与数字图像处理的联系医学图像是一种特殊图像，对诊断病情以及正确解释病理有十分重要的意义，但原始的图像可能会模糊，或者是对比度较低、视觉效果较差，而医学图像处理的目标就是修改图像的属性，使其更合适给定的任务，也方便医学观察的特定需求，医学图像处理已经发展为现在医学领域的一项重要临床诊断辅助手段。20世纪70年代，X线图像在临床广泛应用，医生借助学习得到的知识和实践积累的经验，解读病人的X线照片所反映的解剖结构和病生理信息。但是，这种人工解读方式，往往依赖于医生个人的经验、知识和情绪，且效率较低。数字图像处理是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术，早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像。提高图像的视感质量，如进行图像的亮度、彩色变换，增强、抑制某些成分，对图像进行几何变换等，以改善图像的质量。医学临床需求越来越高，针对原始的医学图像的诊断容易出现偏差，对于医学图像精准分析技术的期盼也日渐高涨。就这样，随着计算机的发展和数字化仪器的出现，计算机技术的逐步成熟也提供了相当的计算能力，数字图像处理与医学诊断的结合应用——医学图像处理，伴运而生。研究者开展了计算机辅助诊断的初步研究，他们开始把X线胶片的模拟图像转变为数字图像存储和传输，试图在一定程度上辅助医生判读医学图像，排除人为主观因素，提高诊断准确性和效率。而无论是原始的解读x线照片医诊手段，还是新近的医学图像分析会诊技术的应用，他们都需要运用到数字图像处理技术来对图像进行合乎人意的处理。本科毕业论文－6－1.2医学图像成像分类1.2.1CTCT是在一定厚度的层面对人身体部位用x射线束进行扫描的技术，在X射线发射透过该层面，检测器接受到透射射线后，将其转变为可见光，再由光电转换变为电信号，经模拟/数字转换器转为数字后，输入计算机处理，它的工作程序是这样的：根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的差异，使用灵敏度极高的检测仪器对人体进行测量，然后将测量获取的数据输入计算机，数据在计算机进行处理后，就可转化为人体被检查部位的断面或立体的图像，进而发现体内任何部位的细小病变。CT图像是由一定数目由黑到白不同灰度的像素按矩阵排列所构成。这些像素反映的是相应体素的X线吸收系数。与传统的x线图像相比，CT的密度分辨率高，即有高的密度分辨率。比如人体软体组织的密度差虽然很小，对x射线的吸收率接近于水，但也能形成对比而成像。这是CT成像的显著优点。1.2.2核磁共振成像MRI是生物磁自旋成像技术的一种，该技术主要是利用原子核自旋运动的这一特点，在外加磁场的作用下，经射频的脉冲激后从而产生信号，经过探测器的相关检测后输入到计算机中，经过一系列的处理转换后在屏幕上成像。1.2.3超声成像超声是在正常人耳能听到的声波以外的、频率在20000Hz以上的一种声波。根据超声的物理特性以及人体器官组织对超声的声学性质的不同反映，超声检查手段利用不同组织的声波吸收特性，经计算机显示出反应人体组织的图像波形，从而进行疾病诊断的检查。超声成像检测的发展经历了使用超声检测器官构成超声层面图像技术的发展以及实时超声技术的发展过程。超声诊断的设备较CT或MRI设备廉价，与计算机断层技术一样，同样可获得人体器官的任意断层图像，并且可以观察到运动器官的活动情况，具有成像速度快，诊断及时，无痛苦与危本科毕业论文－7－险，属于非损伤性检查，因此，超声检测在医学影像学中具有十分重要的作用。但其缺陷在于图像的对比度和空间分辨力没有CT和MRI高。1.3医学图像处理的意义医学图像处理是指对一幅数字图像施加一系列操作以达到预期结果的过程。这些操作包括了所有与图像有关的技术，例如图像的采集和获取、图像的存储和传输、图像的变换、图像的增强、图像的重建、图像的参数测量等等。医学图像处理是顺应医疗实践而产生并逐渐发展起来的实用性科学，通过对原始图片处理再实际观测，利用各种认知手段获取有关人体和疾病的信息，是医学图像处理发展的重要基础。人类获取信息的70%以上都来自于视觉信息，视觉方式获取信息也是医学研究和诊断的主要信息来源，数字医学图像的处理技术以及计算机的分析处理，对提高医疗水平拥有着不言而喻的重要作用。当代医学，无论是基础的医学研究理论、或是临床以及远程会诊治疗很大程度上都依赖于医学图像技术。可以很肯定的说，伴随着现代科学技术的进一步发展，医学图像技术对医学产生的影响和推动将越来越大。第二章医学图像噪声的产生与克服首先，由各种成像手段获取的医学图像都是数字图像。数字图像，是以二维数字组形式表示的图像，是由模拟图像数字化得到的、以像素为基本元素的、可以用数字计算机或数字电路存储和处理的图像。这里，我们首先了解一下数字图像的分类，然后再对其产生的噪声进行分析介绍。本科毕业论文－8－2.1图像分类2.1.1黑白图像（二值图像）黑白图像也就是一般的二值图像，它的图像中，每个像素非黑即白，没有任何中间过渡灰阶的存在。因此，黑白图像的像素值也可以直接使用二进制数0或是1来表示。一般意义上的文字图案或线条图形都是二值图像。2.1.2灰度图像灰度图像是指每一个像素的信息，是由一个量化灰度级来表示的图像，0-255之间表示不同的灰度级，分别代表从0（黑）到255（白）的不同亮度值，显现为灰色值。2.1.3RGB图像RGB图像即真彩色图像，是指每个图象的信息由R(红)、G（绿）、B（蓝）三种原色构成的彩色图像。各种图像在其产生、收集、转化、传输的过程中，会或多或少的受到各种干扰因素的影响而形成不需要的噪声，这些存在使得图像的质量恶化，会影响到图像处理过程各个环节的输出及其图像分析效果。因此，对图像噪声的认识、去噪处理方法的分析显得十分重要。2.2噪声的产生与分类根据噪声与信号的关系，可分为加性噪声与乘性噪声：加性噪声一般是指信号在某个环节与噪声形成了相加关系，噪声的存在不以信号的产生或是转移而改变，加性噪声与图像信号g(x,y)无关，含噪图像f(x,y)可以表示成f(x,y)=g(x,y)+n(x,y).信道噪声以及扫描图像时产生的噪声都是加性噪声。在实际图像处理过程中，只能是减小加性噪声的影响，而不能完全消除加性噪声。本科毕业论文－9－乘性噪声一般是由信道不理想而造成的，它们与信号成相乘关系，信号在噪声也在，信号消失，噪声也消失。如果噪声和信号成正比，则含噪图像f（x,y）可以表示成：f(x,y)=g(x,y)+n(x,y)*g(x,y)根据噪声所服从的分布可以分为高斯噪声、泊松噪声和颗粒噪声等：（1）高斯噪声是一类随机噪声，是最为普遍的一类噪声。含高斯噪声的图像，往往对比度较低、层次感比较差，并且图像边缘显得十分模糊。（2）泊松分布噪声一般可以认为是椒盐噪声，椒盐噪声是指使某个像素或某个区域表现出较大或较小灰度值的噪声。（3）颗粒噪声可以认为是一种白噪声过程，在密度域中是高斯分布加性白噪声，而在强度域中为乘性噪声。2.3图像噪声的克服方法针对含不同性质的噪声污染的图像应该采用不同的图像处理方法，一般来说，图像滤波方法的选择取决于噪声和图像的关系。图像去噪增强一般分为空域滤波法和频域滤波法。空域滤波法是直接针对图像的组成要素—像素进行处理的。而频域滤波法是指将图像变换至频率域再对图像中的变换系数进行滤波处理，得到适合变换系数后，再将其进行逆变换得到滤波后的图像。第三章常用的几种医学图像增强方法本科毕业论文－10－3.1空间域处理空间域指图像平面本身，空间域图像处理方法直接以图像中的像素操作为基础。这里研究的空间域处理可由下式表示：g(x,y)=T[f(x,y)]其中，f(x,y)是输入图像，g(x,y)是处理后的图像，T是点（x,y）的邻域上定义的关于