大连医科大学中山学院宋传鸣医学图像处理辽宁师范大学课件.ppt

1、计算机科学与技术专业课程计算机科学与技术专业课程辽宁师范大学计算机与信息技术学院数字图像处理宋传鸣第二章 图像处理基础Page 2大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理本章要点采样量化分辨率彩色模型图像格式视频制式Page 3大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理图像的离散化连续图像数字图像目的:便于计算机处理空间采样对应的指标:分辨率(Resolution)如:512512 像素(Pixel)幅值量化对应的指标:灰度级(Grey level)256级,28级,8bitPage 4大大连医连医科大科大学学中山中山学

2、学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理图像离散化的示意图二维采样定理(Nyguist 准则)1/x,1/y2倍的图像函数上限频带Page 5大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理一幅图像的灰度分辨率越高,它所能够表现的细节就越细.如果灰度分辨率不够高的话,图像的细节就会丢失,甚至出现图像模糊和马赛克现象图像离散化的示意图Page 6大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理曹冲称象与离散化Page 7大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理640480像素分辨率不同图像的比较

3、Page 8大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理320240像素分辨率不同图像的比较Page 9大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理160120像素分辨率不同图像的比较Page 10大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理8060像素分辨率不同图像的比较Page 11大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理从粗到细的观察分辨率不同图像的比较Page 12大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理图像的

4、色彩在医学图像分析和应用中起着重要作用组织切片的光学照片数字化后就采用彩色图像数据格式,可以较真实地反映组织特性CT、MRI等扫描图像本身是没有颜色的.临床扫描的医学图像多是灰度图像,一般有256个灰度分度或更多.人的肉眼能够直接分辨的灰度等级只有16个左右,但是人眼对色彩的微小变化较为敏感医学上往往用人工方法给这些图像赋予一些颜色,将这些灰度图像转换为彩色图像增强人们对图像的分辨和理解.为了与物体固有的真颜色予以区别,这种人工色彩被称作假彩色或伪彩色彩色编码方法Page 13大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理彩色模型Page 14大大连医连医科大科

5、大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理牛顿的三棱镜实验彩色模型Page 15大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理彩色模型Page 16大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理RGBCMYHSV(HIS)YUVYCrCb彩色模型Page 17大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理尽管彩色图像的色彩多种多样,它们都可分解为三种基本的成分,即可以用红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三种基色的组合表示颜色模型RGBR 波长700 nmG 波长546.

6、1 nmB 波长435.8 nm三基色Page 18大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理颜色模型RGBPage 19大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理CMY-在印刷行业,CMY分别是青色(Cyan),品红(Magenta)和黄色(Yellow)三种油墨色CMY常用于从白光中滤去某种颜色,又被称为补色系统颜色模型CMYPage 20大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理 Hypothetical reflectance functions for blue and yel

7、low paints.Blue paint reflects most light at the short wavelengths and absorbs light of long wavelengths.Yellow paint reflects most light at long wavelengths and absorbs light at short wavelengths.Because blue paint and yellow paint both reflect middle(green appearing)wavelengths when blue and yello

8、w paint are mixed together,the mixture appears green.蓝色+黄色颜料得到绿色Page 21大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理CMY-在印刷行业,CMY分别是青色(Cyan),品红(Magenta)和黄色(Yellow)三种油墨色CMY常用于从白光中滤去某种颜色,又被称为补色系统CMY颜色模型与RGB颜色模型几乎完全相同.差别仅仅在于前者的原点为白,而后者的原点为黑.前者是定义在白色中减去某种颜色来定义一种颜色,而后者是通过从黑色中加入颜色来定义一种颜色颜色模型CMYPage 22大大连医连医科大科大

9、学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理该模型经常为艺术家所使用.这种格式反映了人类观察色彩的方式,同时也有利于图像处理光照明暗给物体颜色带来的直接影响就是亮度分量(V),所以若能将亮度分量从色彩中提取出去,而只用反映色彩本质特性的色度、饱和度来进行聚类分析,会获得比较好的效果.这也正是HSV模型在彩色图像处理和计算机视觉的研究中经常被使用的原因颜色模型HSVPage 23大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理颜色模型HSVPage 24大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理HSV与RGB之间转换

10、关系颜色模型HSVPage 25大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理主要用于彩色电视信号传输标准的彩色传输模型Y黑白亮度分量,U,V彩色信息用以显示彩色图像与RGB之间的转换关系颜色模型YUVBGRVUY10.0515.0615.0436.0287.0147.0114.0587.0299.0Page 26大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理主要用于彩色电视信号传输标准方面,被广泛的应用在电视的色彩显示等领域中 颜色模型YCrCbPage 27大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像

11、处处理理主要用于彩色电视信号传输标准方面,被广泛的应用在电视的色彩显示等领域中 与RGB之间的转换关系颜色模型YCrCb12812816214.18786.93112112203.74797.37966.24553.128481.652561BGRCCYrbPage 28大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理不可见光的用途Page 29大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理不可见光的用途正常拍摄正常拍摄黑白色调黑白色调红外处理红外处理Page 30大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像

12、像处处理理不可见光的用途Page 31大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理不可见光的用途Page 32大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理伪彩色指图像中象素的颜色与原灰度图像中的灰度值有定量的转换关系.典型的有金属色(Metal color)与彩虹色(Rainbow color)两种金属色金属在不同温度下表面颜色不同.铁等金属在温度较低时是暗黑色,在加温后颜色会渐渐变红,继续提高温度,就会变成白炽的颜色.金属色是模拟金属加热过程,将原灰度图像中象素的灰度按数值大小映射为相应的颜色.即低灰度对应黑色,强度高些对应

13、红色,再高对应白色等.伪彩色用金属色表示的人脑用金属色表示的人脑MRMR图像图像Page 33大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理伪彩色指图像中象素的颜色与原灰度图像中的灰度值有定量的转换关系.典型的有金属色(Metal color)与彩虹色(Rainbow color)两种彩虹色与金属色原理一样,只不过颜色与灰度的映射关系不同.彩虹色是将图像灰度模拟可见光光谱中多种颜色转换.顺序不限于赤、橙、黄、绿、青、兰、紫,只要有色彩与灰度值的对应关系即可伪彩色(Pseudo Color)用彩虹色表示的人脑巴金森病治疗前后多巴胺用彩虹色表示的人脑巴金森病治疗前后

14、多巴胺含量分布的例子含量分布的例子.蓝色等较暗的颜色表示多巴胺蓝色等较暗的颜色表示多巴胺浓度较低浓度较低,红、黄等暖色表示多巴胺浓度较高红、黄等暖色表示多巴胺浓度较高Page 34大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理假彩色图像的颜色只是为了突出图像中的感兴趣区或将某一对象与周围区域区分开,会人为地赋予这些区域某种特定的颜色.这种颜色与原灰度图没有定量关系假彩色(False Color)各种颜色只是用来区分不同的脑叶各种颜色只是用来区分不同的脑叶,没有其他含义没有其他含义Page 35大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像

15、处处理理色调值是用网点大小或疏密来表现的画面阶调如印刷复制品所表现的画面阶调 半色调(Halftone)Page 36大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理色调值是用网点大小或疏密来表现的画面阶调如印刷复制品所表现的画面阶调 半色调(Halftone)Page 37大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理Tagged image file format(*.TIF)DOS,UNIX,and Macintosh imagesEncapsulated PostScript(*.EPS)Publishing industr

16、y formatGraphical interchange format(*.GIF)CompuServe graphics formatBit-mapped format(*.BMP)Microsoft Windows format图像文件格式Page 38大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理Presentation manager(*.BMP)IBM OS/2 bit-mapped formatMacintosh(*.PICT)Apple Macintosh imagesJPEG(*.JPG)Joint Photographics Experts

17、GroupMPEG(*.MPG)Motion Picture Experts Group图像文件格式Page 39大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理NTSC(National Television Systems Committee)北美、日本等PAL(Phase Alternation Line)欧洲、中国等SECAM(Systeme Electronique Color Avec Memoire)法国等视频文件格式Page 40大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理CCD:charge-coupled de

18、vices 电荷耦合器件Scanning 扫描Continuous 连续的Discrete 离散的Digitization 数字化Sampling 采样Quantization 量化Band-limited function 带宽有限函数SNR:signal-to-noise ratio 信噪比常用的术语Page 41大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理ADC:analog-to-digital converter 模数转换器Pixel:picture element 像素Gray-scale 灰度Gray level 灰度级Gray-scale re

19、solution 灰度分辨率Resolution 分辨率Sample density 采样密度Pixel spacing 像素间距Contrast 对比度常用的术语Page 42大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理Frame 帧Field 场Line 行，线Interlaced scanning 隔行扫描Frame grabber 帧抓取器常用的术语Page 43大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理BMP图像文件的结构可以分为如下三个部分文件头位图信息数据块图像数据Windows中将BMP图像文件的文件头分成两

20、个数据结构BITMAPFILEHEADER:包含BMP文件的类型、大小和数据位置等信息BITMAPINFOHEADER:包含BMP文件的尺寸定义等信息如果图像文件还需要调色板数据,则将其存放在文件头信息之后BMP图像文件的数据格式Page 44大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理文件头是一个BITMAPFILEHEADER数据结构文件头位图信息数据块BMP图像文件的数据格式文件头Page 45大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理位图信息数据由一个位图信息头和一个颜色表组成位图信息头是一个数据结构BITMAPIN

21、FOHEADER.内含有设备无关点阵位图的尺寸和颜色格式信息BITMAPINFOHEADER数据结构BMP图像文件的数据格式信息头Page 46大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理数据段是可变长的,其长度由位信息头中的 biBitCount 值决定,颜色表中的每一项是一个数据结构 RGBQUAD,项数由 biBitCount 值决定颜色表的数据结构BMP图像文件的数据格式颜色表Page 47大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理数据段是可变长的,其长度由位信息头中的 biBitCount 值决定,颜色表中的每一项

22、是一个数据结构 RGBQUAD,项数由 biBitCount 值决定RGBQUAD的数据结构BMP图像文件的数据格式颜色表Page 48大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理位图数据的长度由图像尺寸、像素的位数和压缩方式等共同决定实际尺寸可由文件头中的第二项“文件大小”减去第五项“数据偏移值”得到注意事项:由于存储的要求,图像的列数须为4的整数倍.否则的话,应在每行的最后增补几个0,使列数为4的整数倍.在使用应用软件或自己编程对已有图像截取时必须注意这一点BMP图像文件的数据格式位图数据Page 49大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣

23、医学图医学图像像处处理理数据格式图例BMP图像文件的数据格式位图数据Page 50大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理24位的彩色位图没有颜色表,每个图像象素对应三个字节,分别代表红、绿、蓝三种颜色成分BMP图像文件的数据格式位图数据Page 51大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理24位的彩色位图的数据格式图例BMP图像文件的数据格式位图数据Page 52大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理2011年Turing奖得主Judea Pearl For fundament

24、al contributions to artificial intelligence through the development of a calculus for probabilistic and causal reasoning.Judea Pearl is a professor of computer science at the University of California,Los Angeles,where he was director of the Cognitive Systems Laboratory.Before joining UCLA in 1970,he

25、 was at RCA Research Laboratories,working on superconductive parametric and storage devices.Previously,he was engaged in advanced memory systems at Electronic Memories,Inc.Pearl is a graduate of the Technion,the Israel Institute of Technology,with a Bachelor of Science degree in Electrical Engineeri

26、ng.In 1965,he received a Masters degree in Physics from Rutgers University,and in the same year was awarded a Ph.D.degree in Electrical Engineering from the Polytechnic Institute of Brooklyn.Page 53大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理2011年Turing奖得主Judea Pearl Among his many awards,Pearl is the re

27、cipient of the 2012 Harvey Prize in Science and Technology from the Technion,and the 2008 Benjamin Franklin Medal in Computers and Cognitive Science from the Franklin Institute.He was presented with the 2003 Allen Newell Award from ACM and the AAAI(Association for the Advancement of Artificial Intel

28、ligence).His groundbreaking book on causality,Causality:Models,Reasoning,and Inference,won the 2001 Lakatos Award from the London School of Economics and Political Science“for an outstanding significant contribution to the philosophy of science.”Pearl is a member of the National Academy of Engineeri

29、ng and a Fellow of AAAI and the Institute for Electrical and Electronic Engineers(IEEE).Page 54大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理2011年Turing奖得主Judea Pearl Judea Pearls work has transformed artificial intelligence(AI)by creating a representational and computational foundation for the processing

30、of information under uncertainty.Pearls work went beyond both the logic-based theoretical orientation of AI and its rule-based technology for expert systems.He identified uncertainty as a core problem faced by intelligent systems and developed an algorithmic interpretation of probability theory as a

31、n effective foundation for the representation and acquisition of knowledge.Focusing on conditional independence as an organizing principle for capturing structural aspects of probability distributions,Pearl showed how graph theory can be used to characterize conditional independence,and invented mes

32、sage-passing algorithms that exploit graphical structure to perform probabilistic reasoning effectively.Page 55大大连医连医科大科大学学中山中山学学院院 宋宋传鸣传鸣医学图医学图像像处处理理2011年Turing奖得主Judea Pearl This breakthrough has had major impact on a wide variety of fields where the restriction to simplified models had severely l

33、imited the scope of probabilistic methods;examples include natural language processing,speech processing,computer vision,robotics,computational biology,and error-control coding.Equally significant is Pearls work on causal reasoning,where he developed a graph-based calculus of interventions that makes it possible to derive causal knowledge from the combined effects of actions and observations.This work has been transformative within AI and computer science,and has had major impact on allied disciplines of economics,philosophy,psychology,sociology,and statistics.