醫(yī)學(xué)圖像處理第二章數(shù)字圖像基礎(chǔ)

醫(yī)學(xué)圖像處理第二章數(shù)字圖像基礎(chǔ)第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月教學(xué)基本要求：2.1視覺感知要素；2.2圖像感知和獲取；2.3圖像取樣和量化；2.4像素間的一些基本關(guān)系；*第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月教學(xué)基本要求：2.1視覺感知要素；2.2圖像感知和獲取；2.3圖像取樣和量化；2.4像素間的一些基本關(guān)系；*第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月眼睛的形狀近似于一個圓球，平均直徑大約20mm有三層膜包圍著眼睛虹膜：2mm~8mm，其作用是控制入光量視網(wǎng)膜：圖像視覺，表面的光接收器分為兩類，即錐狀體和桿狀體。錐狀體數(shù)目600萬~700萬，負責(zé)顏色和細節(jié)識別，錐狀視覺又稱白晝視覺；桿狀體數(shù)目約7500萬~15000萬，無彩色感覺，稱夜視覺?？砂阎醒氚伎醋饕粋€1.5mm×1.5mm的方形傳感器陣列。*第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月眼睛的晶狀體和普通光學(xué)透鏡之間的主要差別在于前者的適應(yīng)性強。當(dāng)晶狀體的折射能力由最小變到最大時，晶狀體的聚焦中心與視網(wǎng)膜間的距離由17mm縮小到14mm，因此可以很容易計算出圖像在視網(wǎng)膜成像的大小。(P29)*2.55mm第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的主觀亮度并非簡單的光強函數(shù)，下面是一些有趣的例子：“馬赫帶，MachBand”（P32）*第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的主觀亮度并非簡單的光強函數(shù)，下面是一些有趣的例子：瞬時對比現(xiàn)象(P32)*第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的主觀亮度并非簡單的光強函數(shù)，下面是一些有趣的例子：視覺錯覺(P33)*第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的主觀亮度并非簡單的光強函數(shù)，下面是一些有趣的例子：視覺錯覺*第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的主觀亮度并非簡單的光強函數(shù)，下面是一些有趣的例子：視覺錯覺*第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的主觀亮度并非簡單的光強函數(shù)，下面是一些有趣的例子：視覺錯覺*第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的主觀亮度并非簡單的光強函數(shù)，下面是一些有趣的例子：視覺錯覺*第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的主觀亮度并非簡單的光強函數(shù)，下面是一些有趣的例子：視覺錯覺－柵格火花錯覺*第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的主觀亮度并非簡單的光強函數(shù)，下面是一些有趣的例子：視覺錯覺*第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的主觀亮度并非簡單的光強函數(shù)，下面是一些有趣的例子：視覺錯覺－埃斯切爾的不可能的盒子*第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月教學(xué)基本要求：2.1視覺感知要素；2.2圖像感知和獲取；2.3圖像取樣和量化；2.4像素間的一些基本關(guān)系；*第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月*第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月*傳感器原理：

通過對特殊類型檢測能源敏感的傳感器材料將輸入量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷海瑐鞲衅鞯捻憫?yīng)是輸出電壓波形。三種主要傳感器裝置單元成像傳感器：用單個傳感器獲取場景成像；線成像傳感器：用帶狀傳感器獲取場景成像；陣列成像傳感器：用傳感器陣列獲取場景成像第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月*單元成像傳感器：如光敏二級管通過x-y方向二維運動來得到二維圖像。(P37)第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月*線成像傳感器：如平板掃描儀線性移動每增加一個單位輸出一個圖像行；只需一維運動就能得到二維圖像。(P38)第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月*陣列成像傳感器：如CCD（Charge-coupledDevice，電荷耦合元件）圖像傳感器。不需要運動就能形成圖像。第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月教學(xué)基本要求：2.1視覺感知要素；2.2圖像感知和獲取；2.3圖像取樣和量化；2.4像素間的一些基本關(guān)系；*第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月圖像數(shù)字化：將模擬圖像經(jīng)過離散化之后，得到用數(shù)字表示的圖像。圖像的數(shù)字化包括采樣和量化兩個過程。采樣：是將在空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成離散的采樣點（即像素）集的操作。即：空間坐標(biāo)的離散化。量化：把采樣后所得的各像素的灰度值從模擬量到離散量的轉(zhuǎn)換稱為圖像灰度的量化。即：灰度的離散化。*第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月*第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月*第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月采樣：Sampling，實際上采樣方式由產(chǎn)生圖像的傳感器裝置決定：P40量化：Quantization，由灰度級決定*第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月采樣和量化的結(jié)果是一個實際矩陣。一幅有M行和N列的數(shù)字圖像表示如下：離散坐標(biāo)用整數(shù)表示，原點的坐標(biāo)值是（0,0）*第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月*第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字圖像的質(zhì)量在很大程序上取決于采樣和量化中所用的采樣數(shù)和灰度級?？臻g分辨率是圖像中可辨別的最小細節(jié)，采樣值是決定一幅圖像空間分辨率的主要參數(shù)。灰度分辨率指在灰度級別中可分辨的最小變化，由量化的等級決定，灰度級通常是2的整數(shù)次冥。通常把大小為M×N，灰度為L級的數(shù)字圖像稱為空間分辨率為M×N像素、灰度級分辨率為L級的數(shù)字圖像。*第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月*1024*1024512*512256*256128*1286432第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1024*1024512*512256*256128*12864*6432*32第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)：從上面的圖中我們可以看出，在圖像尺寸不變的情況下，空間分辨率高的圖像比空間分辨率低的圖像包含的像素多，像素點較小，因而圖像更清晰。如果圖像出現(xiàn)棋盤格則說明采樣數(shù)目不夠。*第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月*第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月*256灰度級16灰度級8灰度級4灰度級第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)：從上面的圖中我們可以看出，在空間分辨率不變的情況下，灰度級高的圖像比灰度級低的圖像質(zhì)量更好。如果圖像出現(xiàn)偽輪廓則說明灰度級數(shù)不夠。*第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)限定數(shù)字圖像的大小時,為了得到質(zhì)量較好的圖像，一般可采用如下原則：對緩變的圖像，應(yīng)該細量化，粗采樣，以避免假輪廓。對細節(jié)豐富的圖像，應(yīng)細采樣，粗量化，以避免模糊。*第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月放大－過采樣步驟一：創(chuàng)立新的像素位置（在原圖像上放一個虛構(gòu)的柵格）步驟二：對新位置賦灰度值（兩種最常用的插值方法：最近鄰域插值、雙線性內(nèi)插）*第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月最近領(lǐng)域插值(x′,y′)點的灰度值等于離它最近的像素的灰度值；優(yōu)點：算法簡單、快捷缺點：存大較大誤差*(x,y)(x,y+1)(x+1,y)(x+1,y+1)(x′,y′)第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月雙線性內(nèi)插*(x,y)(x,y+1)(x+1,y)(x+1,y+1)(x′,y′)第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月縮小－欠采樣步驟同放大*第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月整數(shù)倍放大可通過簡單的像素復(fù)制完成；*第41頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月整數(shù)倍縮小可通過簡單的像素刪除完成；*第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月教學(xué)基本要求：2.1視覺感知要素；2.2圖像感知和獲?。?.3圖像取樣和量化；2.4像素間的一些基本關(guān)系；*第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月如果一幅圖像用f(x,y)表示，特殊像素用小寫字母（p或q）表示：p的4鄰域

坐標(biāo)為(x,y)的像素p有4個水平和垂直方向上的相鄰像素，坐標(biāo)分別為：(x+1,y),(x-1,y),(x,y+1),(x,y-1)，這個像素集稱為p的4鄰域，用N4(p)表示。*第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月p的4個對角鄰像素

坐標(biāo)分別為：(x+1,y+1),(x-1,y-1),(x-1,y+1),(x-1,y-1)，用ND(p)表示。p的8鄰域N4(p)+ND(p)*第45頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月為了確定兩個像素是否連通，必須確定（1）它們是否相鄰（2）它們的灰度值是否滿足特定的相似性準則。設(shè)V是用于定義鄰接性的灰度值集合。4鄰接：如果q在N4(p)中，具有V中數(shù)值的兩個像素p和q是4鄰接的。8鄰接：如果q在N8(p)中，具有V中數(shù)值的兩個像素p和q是8鄰接的。

*第46頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月m鄰接(又稱混合鄰接)：如果q在N4(p)中，或者q在ND(p)中且集合N4(p)∩N4(q)沒有V值的像素，則具有V值的像素p和q是m鄰接的。

混合鄰接的引入是為了消除采用8鄰接常常發(fā)生的二義性。*第47頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月從具有坐標(biāo)(x,y)的像素p到具有坐標(biāo)(s,t)的像素q的通路是特定的像素序列，其坐標(biāo)為：并且像素(xi,yi)和(xi-1,yi-1)是鄰接的。有3種類型的通路：4通路、8通路、m通路*第48頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月隨堂練習(xí)：以下p-q通路各是什么通路？*第49頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月給定2個像素p、q，坐標(biāo)分別為(x，y)，(s，t)：歐氏距離根據(jù)這個距離量度，與(x，y)的距離小于或等于某個值d的