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医学图像处理与分析 北京大学医药卫生分析中心 杨建茹 2010.3.15 第一节 图像处理概述 1.图像（image）的定义 象 ，像 图像的定义 ＊图像是指景物在某种介质上的再现。 ＊图像是人们对客观世界的景象、事物的观察，以及对人们的思维、想像的一种描述与记录。 ＊凡是能为人类视觉系统所感知的信息形式或人们心中的有形想像统称为图像。 ＊图像是对客观存在的物体的一种相似性的生动模仿或描述。是物体的一种不完全、不精确，但在某种意义上是适当的表示。 图像 是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。 注：图像是人类从外界获得信息的主要来源。 各种观测系统的使用是人类视觉延续的原因。(显微镜、望远镜、CT等) 2.图像分类 总体而言分为：宏观、微观 表面、内部 按色调不同分：无色调的黑白图像 　有色调的彩色图像 按亮度等级分：二值图像 　　　　　　多值图像 按其内容的活动程度分：静态图像 　　动态图像 按所占空间维数不同分：二维平面图像 多维立体图像 按人眼观察的程度分：可见图像 　　　不可见图像 连续图像——离散图像 模拟图像——数字图像 3.模拟图像与数字图像 ①模拟图像 a. 定义：图像是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。 b. 存在形式：常见的各种照片、 图片、海报、广告画等均属模拟图像.医学中的图像包括组织胚胎学、病理学、细胞学、遗传学、分子生物学、放射学、超声、X线、CT、磁共振、PET、电子显微术和热像等图像。如果把图形（如心电图、脑电图等）都包括进去，则几乎医学基础研究和临床诊断就离不开图像（形）了。 函数表示：f (x,y,λ,t) x,y —— 表示图像在某点的坐标 f (x,y) —— 表示图像在(x,y)点的强度（亮度） ②数字图像 a. 定义：将模拟图像变换成为计算机能够处理的数字矩阵或数组被称为数字图像。 b. 存在形式：必须以数字格式存储 c. 函数表示： 4．图像处理与分析 图像处理主要包括：图像变换、图像增强、图像恢复、图像重建、图像压缩和图像编码等 图像分析主要包括：图像分割、目标的表达和描述等 图像处理与分析的主要内容： ①改善图像的质量“图像→图像” 模糊图像　 经图像增强、消除噪声 清晰图像 使图像的质量得到改善　 图像处理：从图像到图像的变换。以完善图像的视觉效果为目标 ②描述图像的目标特征“图像→描述” 目标：把对图像中感兴趣的某些区域称为目标。 图像　 经图像分割获取目标 对图像中 并进行特征参数的测量　 某些特征的描述 图像分析：从图像到特征描述的变换。着重对图像中感兴趣的目标进行特征提取 ③三维结构的重建 “描述→图像” 对一个立体结构按一定的方向，一定的间隔，连续切出二维断面，通过对二维图像的描述，再返推出三维图像。 CT就是图像重建处理的典型应用实例。 第二节 图像处理与分析系统的组成 1．硬件组成—主要包括四个部分： ①输入系统:主要用于把图像的光信号转换为模拟电信号，即光电转换。 主要包括：显微镜 　　　　　宏观器 CCD摄像头 　　　　 解剖镜 (小鼠的椎骨、牙) CCD（Charge coupled Device ）电荷耦合器件 CCD 可以将照射在其上的光信号转换为对应的电信号。 ②图像采集系统--图像采集卡 ③计算机 ④输出系统：主要包括：显示器、打印机、显微照相、软盘、硬盘、光盘、U盘等 2.软件的主要功能 第三节　图像数字化原理 对一幅黑白、静止的图像可用二维图像函数 f(x,y) 表示，它表示的是一幅模拟图像，即连续图像，计算机无法接收和处理这种空间分布和亮度取值为连续分布的图像。为了在计算机上处理，必须将模拟图像转换成数字图像。 1.图像数字化 图像数字化就是指把一幅灰度随空间位置作连续变化的图像变换成一幅离散的数字图像的过程。包括两个方面：空间采样、灰度量化 空间采样：从广义讲，指空间坐标的数字化。 是将在空间上连续的图像转换成离散的采样点（即像素）集的操作。由于图像是二维分布的信息，所以采样是在x轴和y轴两个方向上进行。以一定间隔将图像在水平方向和垂直方向上分割成若干