二數(shù)字圖象處理教學(xué)課件

1、二、 數(shù) 字 圖 象 處 理 三、 醫(yī) 學(xué) 圖 象 發(fā) 展 趨 向 四、 醫(yī) 學(xué) 圖 象 的 采 集 五、 非醫(yī)學(xué)診斷圖象的獲取方法六、 多媒體體數(shù)據(jù)壓縮與解縮一、 模 擬 圖 象 與 數(shù) 字 圖 象第四章數(shù)應(yīng)字用圖技像術(shù)處基理礎(chǔ)與 醫(yī)學(xué)圖像可粗分為模擬圖像和數(shù)字圖像兩類。常規(guī)X射線成像技術(shù)以“熒光屏膠片”組合來采集、儲存圖像，屬模擬圖像。以計算機(jī)斷層掃描技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的X-CT、MRI、PET和SPECT等是對X射線或其它激發(fā)源激發(fā)出來帶有體內(nèi)信息的信號（投影）進(jìn)行數(shù)字化圖像信息采集和處理，用投影-卷積-反投影方法根據(jù)投影數(shù)據(jù)單準(zhǔn)則或多準(zhǔn)則來重構(gòu)的圖像。由于這類斷層掃描成像系統(tǒng)的主機(jī)存儲

2、容量有限，最終仍然要以膠片等硬拷貝來載帶并儲存重構(gòu)的模擬圖像。因此這類醫(yī)學(xué)圖像成像技術(shù)一般稱之為本質(zhì)上的數(shù)字圖像技術(shù)。 一、模 擬 圖 象 與 數(shù) 字 圖 象二、數(shù)字圖象處理計算機(jī)在圖象是以數(shù)字的方式存儲與工作的，它把圖像按行與列分割成mn個網(wǎng)格，然后每個網(wǎng)格的圖像表示為該網(wǎng)格的顏色平均值的一個像素，亦即用一個mn的像素矩陣來表達(dá)一幅圖像，m與n稱為圖像的分辨率。顯然分辨率越高，圖像失真越小。也是因?yàn)橛嬎銠C(jī)中只能用有限長度的二進(jìn)制位來表示顏色的緣故，每個像素點(diǎn)的顏色只能是所有可表達(dá)的顏色中的一種，這個過程稱為圖像顏色的離散化。顏色數(shù)越多，用以表示顏色的位數(shù)越長，圖像顏色就越逼真。 二、數(shù)字圖象

3、處理本節(jié)內(nèi)容:1、圖像媒體2、圖像數(shù)字化3、數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)4、數(shù)字圖像的表示方式5、數(shù)字圖像處理6、醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像處理的應(yīng)用 顏色數(shù)是指一幅圖像最多能表達(dá)的不同的顏色數(shù)目，它取決于描述每個像素點(diǎn)所用的二進(jìn)制位數(shù)，見表2-1。 位數(shù)顏色數(shù)位數(shù)顏色數(shù)1282562416655364162416777216 每個像素點(diǎn)所用的二進(jìn)制位數(shù)又稱為圖像的位數(shù)。通常把24位及更高位的圖像稱為真彩色的，因?yàn)槠漕伾嘁芽梢员磉_(dá)所有細(xì)微的顏色差別了。 常用的表示顏色的方法是：將該顏色分解成三基色紅、綠、藍(lán)（R，G，B）用不同亮度的這三種基色組合在一起，可以生成所有的顏色。若用24個二進(jìn)制位來表示一個顏色，則可將

4、顏色表示為各占8位的紅、綠、藍(lán)亮度數(shù)據(jù)，每種基色的變化范圍為0255。0表示最暗，255表示最亮。由于將每個分量都看作是亮度信號，故0255個變化稱為256個灰度等級。圖像數(shù)字化 在屏幕上以一定的寬度（即抽樣間距）分別在水平和垂直方向上將圖像分割成，稱為象素點(diǎn)的細(xì)小區(qū)域。分割的越細(xì)，象素點(diǎn)越多， 圖像就越清晰。抽樣的結(jié)果將使圖像變成每行有M個象素點(diǎn)， 每列有N 個象素。 整幅圖像將產(chǎn)生M*N個象素組成的離散的象素點(diǎn)集。1. 抽樣 將二維空間圖像上的連續(xù)亮度住處（即灰度）轉(zhuǎn)化成離散的抽樣點(diǎn)（即象素點(diǎn)）具體做法如圖1所示：圖象數(shù)字化2. 量 化 量化就是把抽樣后每一個象素點(diǎn)的亮度值離散化使其成為有

5、限個整數(shù)值（一般為0-256個灰度值）。把一個象素點(diǎn)，由黑色漸變?yōu)榛疑珴u變?yōu)榘咨倪B續(xù)變化的亮度值量化為0256 個灰度值，（每個象素用一個字節(jié)來儲存量化后的信息，即8Bit）,量化后的灰度值即反映了對應(yīng)象素點(diǎn)的亮度明暗值。 經(jīng)過抽樣、量化后， 一幅黑白模擬圖像就會離散化成為M*N個字節(jié)的數(shù)字圖像，即變成適用于電子計算機(jī)處理的數(shù)字圖像。在圖像數(shù)字化過程中把原來連續(xù)變化的亮度信息變成離散的數(shù)字信息，二者間是有差別的，即在數(shù)字化過程中會帶來一定的誤差。 但是由于人的眼睛對空間分辨率都是有限的，因此只要恰當(dāng)?shù)剡x取抽樣間隔與量化的灰度級數(shù)，上述誤差是可以忽略不計的。 數(shù)字圖像在處理上有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)。

6、見對照表1： 表1 圖像處理方式比較 圖像方式 處理速度 靈活性能 精度 再現(xiàn)性 光學(xué) 快 中 中 中 照片 快 差 差 差 錄像 快 中 差 中 數(shù)字 慢 好 高 好（1）再現(xiàn)性好，數(shù)字圖像不會因存儲、傳輸方式、復(fù)制而產(chǎn)生圖像質(zhì)量的退化，從而能準(zhǔn)確地再現(xiàn)出來；（2）精度高，目前可以將一幅模擬圖像數(shù)字化為（8/ mm個象素點(diǎn)）任意在的二維數(shù)組，每個象素的亮度值可以量化為12Bit（2048灰度級），即圖像數(shù)字化精度可以足夠高；（3）靈活性大，任意一種模擬圖像的處理方法，一般都只能對圖象做有限的若干種處理，如光學(xué)處理，而數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運(yùn)算，也可完成非線性運(yùn)算，及一切可以用數(shù)字公式或邏

7、輯表達(dá)式來表達(dá)的圖像做數(shù)字處理運(yùn)算。數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字圖像的表示方式 數(shù)字化后的一幅黑白圖像，可以用MN個字節(jié)來表示。對電子計算機(jī)來說，可以用數(shù)學(xué)公式f（Xi，Yj）來表示。數(shù)組f（Xi，Yj）中i=1，2，3m，j=1，2，3，n。式中f（Xi，Yj）值代表圖像中（Xi，Yj）點(diǎn)處象素的灰度值。在現(xiàn)實(shí)生活中有多種多樣的圖像，根據(jù)各類圖像灰度層次的多少、光譜軸及時間軸上的組合方式的不同，其數(shù)字化后的描述形式如表2-4所示。圖像數(shù)字化后描述形式備注二值圖像f（X，Y）=1或0文字、線條圖、指紋等黑白圖像0f（X，Y）2n-1黑白圖像，一般n=68彩色圖像|fi（X，Y）| i=R，G，B以三

8、基色表示的彩色圖像光譜圖像|fi（X，Y）| i=1，2m遙感圖像，m=68或更大立體圖像fl（X，Y），fr（X，Y）左右視點(diǎn)得到同物體的圖像對動態(tài)圖像|ft（X，Y）| t=t1，t2tr.動態(tài)圖像，動畫制做等表示方法 由上表可見，盡管圖像類別不同，視覺不同，對應(yīng)的實(shí)際物理背景也不同，但在電子計算機(jī)內(nèi)部都是二維數(shù)組的集合。因此研究數(shù)字圖像處理，最基本的就是研究一個二維數(shù)組在計算機(jī)內(nèi)部的表示方法。 根據(jù)不同種類數(shù)字圖像的數(shù)組集合特點(diǎn)的不同，數(shù)字圖像在計算機(jī)內(nèi)部的表示方法主要有下列幾種： (2)多波段數(shù)字圖像由紅、綠、藍(lán)三基色表示的彩色圖像及遙感圖像均屬多波段圖像。這類圖像由多個二維數(shù)組來描述

9、，在計算機(jī)內(nèi)用一維數(shù)組儲存信息時，常用下列三種方式：圖2-3A、圖2-3、圖2-3C ）圖2-3B 按各波段依次存儲圖2-3A按各波段的同一掃描行依次存儲A 按每個波段依次儲存圖像數(shù)據(jù)，每一種顏色為一個波段（顏色通道），一般用于彩色圖像的數(shù)字化信息存儲，在掃描圖像時 常采用三次掃描方式。如圖2-3A。B 按各波段的同一掃描行依次存儲圖像數(shù)據(jù)。如圖2-3B。圖2-3A 按每個波段依次儲存(3)二值圖像二值圖像是黑白圖像的一種特殊情況。每個象素只有二個灰度值，即每個象素只用一位二進(jìn)制表示（1或0）。一切文字和工程圖均可經(jīng)數(shù)字化后用二值圖的形式來表示。為節(jié)省儲存空間，常用如下方式儲存： 合并儲存 一

10、般儲存單元是字節(jié)，而二值圖像僅用一位二進(jìn)制碼來表示即可。采用的方法是將相鄰的8個象素點(diǎn)值合并儲存在一個字節(jié)中，以每個象素占用該字節(jié)一個位的方式來表示。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省儲存空間，缺點(diǎn)是顯示或處理時，必須先把每個字節(jié)展開成8個象素，增加了處理的計算量。 線圖像壓縮儲存 線圖像是一種特殊的二值圖，這類圖像由于線條只占全圖少量象素，因此可以采用更緊湊的數(shù)據(jù)壓縮結(jié)構(gòu)來儲存。經(jīng)常選用下面三種結(jié)構(gòu)來儲存： 座標(biāo)序列結(jié)構(gòu)：即由圖中線段某一端頭（非封閉線）或任意象素點(diǎn)（封閉線）的坐標(biāo)開始，連續(xù)記錄與之連通的象素點(diǎn)坐標(biāo)，這種方法實(shí)際上僅記錄了圖像上有黑色（值為1）的象素點(diǎn)X，Y坐標(biāo)值，而隱含著其它坐標(biāo)點(diǎn)的值均為0。 用

11、這種儲存方式時，存儲的每個象素點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y）所需的位數(shù)與圖像大小有關(guān)。例如，某一幅圖像為512512象素，為表示該圖上的任意坐標(biāo)值，則需29=18位二進(jìn)制碼。若象素序列全長為n，則共需2n9位即可儲存二值圖像。如圖2-4所示。圖2-4座標(biāo)序列結(jié)構(gòu) 座標(biāo)序列結(jié)構(gòu)：坐標(biāo)序列增量結(jié)構(gòu)：線圖像的坐標(biāo)序列儲存結(jié)構(gòu)中，相鄰兩個象素坐標(biāo)（x1，y1）與（x2，y2）之間的變化增量只能是（x1x2=0或1），（y1y2=0或1），用該序列中前一坐標(biāo)的增量來表示時，則X或Y分別可以用兩位二進(jìn)制碼表示，即每個增量僅用4位二進(jìn)制碼描述。以圖2-4為例，用坐標(biāo)增量表示時，可以用（3，6）（1，1）（1，0）（1，1

12、）（1，1）（1，0）（1，0）（1，1）（0，1）（1，1）序列表示。若仍設(shè)全圖像為象素點(diǎn)，則個象素序列增量所占存儲空間由坐標(biāo)序列的位，降到（）位。 對圖2-4中，10的情況下，由2910 = 180位降到 4 （101）54位； 鏈碼結(jié)構(gòu)：鏈碼是對坐標(biāo)序列增量結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改進(jìn)與緊縮。對一個連通的象素序列來說，與某一象素連通的后續(xù)象素只可能07中的一個。因此任一后續(xù)象素均可用07，8個值中的一個來表示，即用三位二進(jìn)制碼表示（如圖2-5所示）。與坐標(biāo)序列增量結(jié)構(gòu)相比，每一后續(xù)鏈碼值由來4位碼降到3位碼即用八進(jìn)制數(shù)就可表示，以圖表2-4為例， 可用（3，6），7，0，1，1，0，0， 1，2，3

13、的鏈碼表示。 用了29+（n1）3=45個字節(jié)就 可以儲存，進(jìn)一步減少了存儲量，提 高了數(shù)據(jù)處理的效率。 圖2-5鏈碼結(jié)構(gòu) （1）圖像質(zhì)量改善：力圖把圖像上的畸變及噪聲信息去掉，便圖像更清晰，以便準(zhǔn)確目視判讀和解釋。具體技術(shù)措施大致包括4類：銳化技術(shù)：是突出圖像上的灰度突變的各類邊緣處增大對比度，便圖像輪廓更清晰；平滑技術(shù)：是一種抑制噪聲而達(dá)到改善圖像質(zhì)量的措施；復(fù)原技術(shù)：是根據(jù)引起圖像質(zhì)量下降的原因而采取的一種恢復(fù)圖像本來面目的處理措施；校正技術(shù)；采取幾何校正措施，去掉圖像上的幾何失真。上述各類改善圖像質(zhì)量的具體原理、方法、算法及程序已經(jīng)比較規(guī)范化，是各類圖像處理的基本內(nèi)容。數(shù)字圖像處理（4

14、）圖像數(shù)據(jù)壓縮： 由于圖像經(jīng)數(shù)字化后，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息量非常大，尤其是彩色動態(tài)圖像的數(shù)據(jù)量更是大的驚人。如何保存及處理這些數(shù)據(jù)，甚至成為數(shù)字圖像處理技術(shù)的瓶頸，也是技術(shù)上的難題。90年代，CCITT（國際電報與電話咨詢委員會）與ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）先后推出了靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG和視頻圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG。給出了反映目前科技水平的圖像壓縮方法，在多媒體電腦中已有廣泛應(yīng)用，如CD、VCD、DVD。但目前的技術(shù)還不能令人滿意。醫(yī)學(xué)數(shù)字影像處理的應(yīng)用 醫(yī)學(xué)圖像處理的主要技術(shù)方法與作用大致有以下幾個方面；（1）黑白圖像的灰階處理：醫(yī)學(xué)圖像中有很多是屬于單色灰階圖像，如X線片、同位素圖像、電鏡圖像

15、、超聲波圖像等均屬于黑白（正負(fù)片）圖像。對此類圖像處理的主要方法是提高圖像的灰度層次，使弱灰階信號增強(qiáng)，圖像就會更加清晰，有利于人工的準(zhǔn)確目視判讀，從而提高了圖像的使用價值及診斷正確率。現(xiàn)在此類圖像處理技術(shù)已相當(dāng)成熟，尤其是在新的醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備中大都采用了完善的圖像處理技術(shù)。（3）圖像信息資料的儲存：數(shù)字圖像處理的最終目的，是提取及利用有價值的圖像。因?yàn)獒t(yī)學(xué)圖像，尤其是彩色圖像經(jīng)數(shù)字化后得到的數(shù)據(jù)量是十分龐大的，如何把這些圖像信息儲存起來就成為重要的技術(shù)處理問題。主要技術(shù)包括：快速壓縮儲存圖像數(shù)據(jù)、快速還原圖像數(shù)據(jù)（解壓縮）、各種數(shù)字圖像的制式轉(zhuǎn)換。目前計算機(jī)用于此類處理的軟件很多，如ARJ

16、、WINZIP等，處理效果都非常好。由于以圖像處理為主的多媒體技術(shù)的發(fā)展，光盤CD-ROM的出現(xiàn)為海量數(shù)據(jù)儲存提供了可能。 （4）實(shí)時圖像信息的傳輸：由于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，信息高速公路的逐步實(shí)現(xiàn)及電話通訊的普及，醫(yī)學(xué)圖像信息的遠(yuǎn)距離傳送，為診斷疑難病癥，搶救危重病人，可及時得到異地專家的指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像異地會診或監(jiān)控成為可能。主要技術(shù)問題在于臨床醫(yī)學(xué)圖像的實(shí)時采集與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立和使用。隨著Internet網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及，網(wǎng)上醫(yī)學(xué)影像信息服務(wù)網(wǎng)站也越來越多，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療診治和會診提供了良好的技術(shù)條件和寬松的上網(wǎng)環(huán)境，甚至可以和全球的同行們就某一感興趣的問題進(jìn)行網(wǎng)上的交流和探討。 （5）

17、Internet與醫(yī)學(xué)圖像信息的傳輸：（6）圖像自動識別：醫(yī)學(xué)圖像自動識別具有廣泛的發(fā)展前景和重大意義，尤其在圖像診斷檢測過程中已有許多應(yīng)用了計算機(jī)智能圖像識別處理系統(tǒng)，如血球自動分類計數(shù)、癌細(xì)胞自動識別系統(tǒng)等。圖像識別技術(shù)是圖像處理中的高難技術(shù)，是一門集醫(yī)學(xué)、電子、物理、計算機(jī)軟硬件等多學(xué)科多門類的綜合科學(xué)技術(shù)。圖像自動識別處理，因其具有較高的人工智能（專家知識）成分及計算機(jī)特有的優(yōu)勢，可以快速、準(zhǔn)確的捕獲目標(biāo)，自動分析處理，并得到有用的圖像信息，因此實(shí)用價值非常高。 （7）遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)（Telemedicine）：就是使用遠(yuǎn)程通訊和計算機(jī)多媒體技術(shù)提供醫(yī)學(xué)信息和醫(yī)療服務(wù)。遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)（teleme

18、dicine）就其功能而言大致可分成三種類型遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)教育（teleeducation）、遠(yuǎn)程會診（teleconsultation）、遠(yuǎn)程診斷（telediagnosis）。所謂遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)教育就是通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或電信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行醫(yī)學(xué)教學(xué)。與其他遠(yuǎn)程教學(xué)稍有不同的是這種系統(tǒng)要有能力提供清晰的、無失真的各種醫(yī)學(xué)影像學(xué)資料。它既可以是網(wǎng)上一對一授課，也可以作為一個醫(yī)學(xué)教育服務(wù)器或一個Medweb服務(wù)器，以一點(diǎn)對多點(diǎn)的通信方式傳播醫(yī)學(xué)知識。遠(yuǎn)程會診是遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)的重點(diǎn)，它是一種兩地或多地醫(yī)生交互式共享病人診斷信息，特別是放射學(xué)圖像、超聲圖像、病理檢查、心電圖、血壓等多種報告的分析診斷通過遠(yuǎn)程傳輸信息，最終診斷報

19、告由本地醫(yī)生提出。異地專家只是提供參考意見，以協(xié)助本地醫(yī)生做出正確診斷。遠(yuǎn)程診斷是遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)的最高類型。它在分享醫(yī)學(xué)影像及其他各種診斷信息的同時，最終診斷報告要由遠(yuǎn)在異地的專家簽署，責(zé)任重大。因此，在涉及到圖像質(zhì)量的數(shù)據(jù)采集、壓縮、傳送、解壓縮、處理和顯示的各個技術(shù)環(huán)節(jié)都不可有差錯，以免造成圖像質(zhì)量的明顯損失，從而作出錯誤診斷。在當(dāng)前技術(shù)水平下，要想使數(shù)字化的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)在各個環(huán)節(jié)都毫無損失是做不到的，因此，世界各國對遠(yuǎn)程診斷都十分慎重。三、醫(yī)學(xué)影像發(fā)展趨向近30年來醫(yī)學(xué)影像學(xué)發(fā)展迅速，自放射學(xué)發(fā)展成為診治兼?zhèn)涞默F(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)，開創(chuàng)了本學(xué)科的新紀(jì)元。步入新世紀(jì)，知識經(jīng)濟(jì)的興起，即以知識為基礎(chǔ)的經(jīng)

20、濟(jì)時代，知識和科技的創(chuàng)新、傳播、應(yīng)用和普及，以及知識的全球化和可持續(xù)發(fā)展將成為人類經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的主流。作為生命科學(xué)的重要組成部分，醫(yī)學(xué)科學(xué)包括醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展，將具有以下特征：（1）隨生命科學(xué)的發(fā)展，基礎(chǔ)科學(xué)尤其是分子生物科學(xué)、生物技術(shù)、基因工程的進(jìn)展，將深入和影響臨床醫(yī)學(xué)含影像的進(jìn)程。例如：生理功能，代謝成像和基因治療等已經(jīng)并將進(jìn)一步深入影像學(xué)診治及其基礎(chǔ)研究領(lǐng)域；醫(yī)學(xué)影像發(fā)展特征：（2）隨信息科學(xué)的發(fā)展，由于PACS系統(tǒng)、智能型計算機(jī)和工作站、計算機(jī)輔助診斷和治療等的進(jìn)展和實(shí)用化，“網(wǎng)絡(luò)影像學(xué)（network imaging）”將會到來；（3）隨微機(jī)、微電子技術(shù)（micromachine

21、/electronics）的發(fā)展，新的影像和介入器械、器具，CT/MR新技術(shù)如圖像采集和顯示、三維仿真成像、器官/疾病特異性對比劑的開發(fā)、MR頻譜成像的結(jié)合，以及新一代治療導(dǎo)管/內(nèi)支架傳送裝置的開發(fā)、應(yīng)用，影像診斷和介入治療將進(jìn)一步向廣深發(fā)展；（4）隨社會經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的提高，人口老齡化，醫(yī)療服務(wù)體系（Health Care System）的轉(zhuǎn)變，人們對安全、有效而微創(chuàng)/無創(chuàng)性診治方法及需求將會不斷提高。 四、醫(yī) 學(xué) 圖 象 的 采 集 數(shù)字化圖像信息采集包括兩個方面任務(wù)，一是數(shù)字化圖像的形成，一是數(shù)字化圖像文件的采集。對各類成像系統(tǒng)（包括B超和彩超）來說，前者已由系統(tǒng)本身完成，數(shù)字化圖像

22、信息采集的任務(wù)只是通過采集接口模塊或設(shè)備將數(shù)字化圖像信息從主機(jī)中取出，并構(gòu)成數(shù)據(jù)文件存儲到存儲設(shè)備中去，供顯示或傳輸。對常規(guī)X射線照相平面膠片數(shù)字化處理則包括上述兩方面任務(wù)。 本節(jié)內(nèi)容: 1、采集集成系統(tǒng)設(shè)計 2、系統(tǒng)硬件配置1、采集集成系統(tǒng)設(shè)計常規(guī)X射線照相平面膠片數(shù)字化（包括其它硬拷貝圖像信息）設(shè)備主要有視頻分幀攝像機(jī)（Video-frame grabbers）、數(shù)字化儀（Digitizers）及對數(shù)字模式影像（CT、MRI、超聲、核醫(yī)學(xué)影像）的采集等幾種。目前可提供的數(shù)字化儀有三類：即激光數(shù)字化儀、電荷耦合器件（CCD）數(shù)字化儀和計算放射學(xué)、熒光板X射線系統(tǒng)。2、系統(tǒng)硬件配置包括X-CT

23、、MRI、PET和SPET在內(nèi)的斷層掃描成像模式，利用計算機(jī)高速運(yùn)算處理能力，在X射線等激發(fā)源作用下圍繞人體做斷層或螺旋掃描，可在一個呼吸周期內(nèi)采集幾幅以至幾十幅斷層投影信息，這些投影信息經(jīng)計算機(jī)處理重構(gòu)后，可在主機(jī)監(jiān)視器上顯示重構(gòu)的斷層模擬圖像，然后采用多幅（模擬）攝影機(jī)攝錄在感光膠片上。對這些投影信息進(jìn)行進(jìn)一步計算機(jī)處理，可獲得任意位置的斷層圖像，甚至可重構(gòu)成三維（3-D）彩色圖像。這類數(shù)字化成像系統(tǒng)形成的數(shù)字圖像信息可采用激光膠片打印機(jī)及其和成像系統(tǒng)之間的接口-掃描輸入設(shè)備（Scan Input Device，SID）來采集。SID同數(shù)字成像系統(tǒng)主機(jī)相連，將重構(gòu)的數(shù)字圖像信息讀入，并按一

24、定的格式形成圖像數(shù)據(jù)文件，存入硬盤或光盤存儲設(shè)備，同時驅(qū)動激光膠片打印機(jī)用激光將數(shù)字圖像的像素矩陣“打印”在感光膠片上。 五、 非醫(yī)學(xué)診斷圖象的獲取方法實(shí)際上，在醫(yī)院尚有很多不屬于醫(yī)學(xué)影像（診斷用），而主要用于醫(yī)生相互間交流的影像資料，如CAI教學(xué)資料等。對這類非醫(yī)學(xué)診斷影像資料的獲取也是一門重要的學(xué)問，這類影像資料常用的獲取方法包括以下5種：影像資料常用的獲取方法（1）采用視頻捕捉卡直接進(jìn)行視頻資料的采集，這是最有效和快捷的方法。通過視頻捕捉卡和相應(yīng)的軟件就可以把電視、錄像等視頻信號采集下來，并存儲成AVI、MPG、MOV等數(shù)字化影像格式文件。（2）形形色色的多媒體素材庫光盤是獲取影像資料的

25、主要途徑之一，光盤中往往都含有多種影像資料，常見的影像資料格式有：AVI、MPG、MOV、FLC、FLI、DIR、DAT等。（3）通過VCD、DVD等視盤獲得，采用超級解霸等軟件可以把VCD視盤上的某個片段采集下來，存儲成AVI、MPEG等影像格式文件。（4）通過各種圖像、視頻編輯軟件制作數(shù)字影像資料，缺點(diǎn)是需要熟悉軟件的使用方法，制作周期長。（5）有些多媒體軟件和光盤中沒有現(xiàn)成的影像資料文件，可以采用動態(tài)屏幕捕捉軟件對我們感興趣的內(nèi)容進(jìn)行捕捉，最后存儲成AVI、MPG、MOV等影像格式文件供日后調(diào)用。六、多媒體體數(shù)據(jù)壓縮與解縮假設(shè)播放的圖像是640480的幅面，選擇顯示色彩為24位真彩色，那

26、么一幀畫面的大小為6404803=0.9MB（兆字節(jié)），按一秒鐘25幀畫面計算，每秒的數(shù)據(jù)量0.9MB25幀/秒為22.5MB，一張650MB的CD-ROM盤片可以儲存650MB22.5MB/秒小于30秒的活動圖像，即使按320240的幅面計算，也只能存儲不到2分鐘的圖像?？梢?，從存儲容量來看，不壓縮圖像是不行的。另一方面，如果要讓計算機(jī)播放這樣的活動圖像，那么計算機(jī)從外存到內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸率必須達(dá)到22.5MB以上（按320240的幅面計算也需要約5.6bps），才能保證畫面被連續(xù)的播放，而這個數(shù)據(jù)的傳輸率已大大超出了硬盤的能力，即使把沒有壓縮的電影存儲在CD-ROM上，也無法足夠快地把這些數(shù)

27、據(jù)傳到計算機(jī)內(nèi)存中去播放，所以從數(shù)據(jù)傳輸率來看，也必須把圖像壓縮。在多媒體技術(shù)中數(shù)據(jù)壓縮是必不可少的。如果原來有一個文件A的大小為100KB，有一個經(jīng)對A處理后生成的文件B的大小為50KB。假如B所表達(dá)的信息與A一樣（當(dāng)然B里的信息需用某種方法解壓縮才能恢復(fù)出原先的信息），那么就稱B為文件A經(jīng)壓縮后產(chǎn)生的文件，其壓縮比為21。按壓縮后的信息與原信息間的關(guān)系來劃分，有兩大類不同的壓縮方法，有損壓縮與無損壓縮。無損壓縮是指在壓縮過程中不丟失任何信息的壓縮方法，即壓縮后的信息經(jīng)解碼后可百分之百地恢復(fù)出原來的信息。有損壓縮則在壓縮過程中會丟失一些不重要信息的壓縮。信 息 的 壓 縮信息可以被無損壓縮，

28、是因?yàn)樵夹畔⒗锎嬖谥畔⑾嚓P(guān)性。信息可以被有損壓縮是因?yàn)樵夹畔⒗锏哪承┏煞輰θ藖碚f是不重要的，或者是人所不敏感的。多媒體信息的數(shù)據(jù)壓縮的目的是獲得較小的存儲容量和較高的傳輸速率。無損壓縮方法是大多數(shù)多媒體的有損壓縮方法的重要組成部分，在信息論中，是用熵來解釋相關(guān)性的。簡單地說，熵是熱力學(xué)中的一個概念，本身是系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)，可以用來度量系統(tǒng)有序與無序的程度，是系統(tǒng)失去信息多少的量度。一樣?xùn)|西越有序，熵就越高，反之則越低。信息量也可以用熵值來衡量，熵越低則信息量越豐富，所以一段無序的序列數(shù)據(jù)的信息多于一段有序數(shù)據(jù)的信息量。信息的相關(guān)性減少了信息所包容的信息量，所以從理論上來說，可以用另一個更短

29、的但沒有相關(guān)性的信息來表達(dá)同樣多的信息量，這就是壓縮的理論依據(jù)。 無損壓縮的基本方法計算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)無損壓縮的最基本方法是Huffman編碼，用Huffman編碼必須進(jìn)行頻率統(tǒng)計分析，再構(gòu)造編碼表，而對一個大的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行全部的概率統(tǒng)計需要耗費(fèi)大量的運(yùn)算時間，Huffman是比較慢的壓縮，它比較適合于概率特性基本固定的數(shù)據(jù)文件。這時，可以用一個早已預(yù)先構(gòu)造好的編碼表進(jìn)行編碼，以避免每次都對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行概率統(tǒng)計。當(dāng)然這時它的壓縮效率就完全取決于原先設(shè)定的概率分布是否符合當(dāng)前被壓縮的數(shù)據(jù)文件。無損壓縮的基本方法除了Huffman編碼以外，還有很多其他的無損壓縮編碼方法。如著名的LZW壓縮方法（它是

30、ARI、LHA、PKZIP等壓縮軟件的理論基礎(chǔ)，適用于對計算機(jī)磁盤文件的壓縮）和算術(shù)編碼。后者的特點(diǎn)是不需要事先構(gòu)造編碼表，其編碼過程是自適應(yīng)的，即能邊編碼邊按數(shù)據(jù)文件的特性自動調(diào)整編碼方案。無損壓縮都是基于信息的統(tǒng)計學(xué)特征，又稱為統(tǒng)計編碼或熵編碼。本節(jié)主要內(nèi)容1、圖像壓縮2 、圖像壓縮及解壓標(biāo)準(zhǔn)1、圖像壓縮圖像在計算機(jī)中是以數(shù)字的方式表示的（圖像文件一般總是比較大的）。由于圖像在計算機(jī)里表現(xiàn)為數(shù)據(jù)，因而也可以用前面所提到的數(shù)據(jù)的無損壓縮的方法進(jìn)行壓縮。其壓縮的效率取決于圖像數(shù)據(jù)的相關(guān)性。圖像數(shù)據(jù)的相關(guān)性表現(xiàn)在相鄰的平面區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)的亮度及顏色值相近。正是這些相關(guān)性使圖像的壓縮有了可能。一種對

31、圖像進(jìn)行無損壓縮的最簡單的方法稱為行程編碼，這也是計算機(jī)中常用的圖像壓縮方法之一。Huffman、LHA等等無損壓縮方法都能用于圖像壓縮。圖像無損壓縮的壓縮率在210之間，比較純的圖像，尤其是計算機(jī)產(chǎn)生的圖形具有較高的壓縮率，照片的壓縮率則比較低，通常只在23之間。二三倍的壓縮率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足醫(yī)學(xué)臨床需要的。因?yàn)檩^高的壓縮率就意味著一個多媒體應(yīng)用軟件可以附帶更多的圖像，或者通過網(wǎng)絡(luò)傳遞一幅圖像時的通信代價更小，故對高壓縮率的追求是無止境的。從實(shí)際需求來看，對靜態(tài)圖像的壓縮率至少應(yīng)在10以上才能基本滿足應(yīng)用要求，而且壓縮率越高越好。為了達(dá)到高的壓縮率，就必須采取有損壓縮的方法，即犧牲圖像的細(xì)節(jié)來

32、換取更好的壓縮效率。顯然犧牲更多的細(xì)節(jié)會帶來更高的壓縮率，而不同目的的圖像，其允許的細(xì)節(jié)損失也是不同的。一個通用有損的壓縮方法應(yīng)能調(diào)整不同壓縮率，以適應(yīng)不同目的的需求。有很多種實(shí)現(xiàn)圖像的有損壓縮的方法，其基本思想都是基于某種類似于二維頻譜分析的變換，現(xiàn)來看看一維的情形。 由于計算機(jī)只能用有限位二進(jìn)制來表達(dá)數(shù)據(jù)，所以量化是計算機(jī)技術(shù)最基本的手段。量化本身并沒有達(dá)到壓縮的目的，但量化為進(jìn)一步壓縮創(chuàng)造了條件。對量化后信息的進(jìn)一步壓縮就可以采用無損的統(tǒng)計編碼，因?yàn)榇藭r信息里充滿了相關(guān)性，故可獲得非常高的壓縮率。動態(tài)圖像除了它每一幀的靜態(tài)圖像內(nèi)的相關(guān)性外，還存在著很大的幀間相關(guān)性，因?yàn)橥ǔＯ噜弮蓭g的

33、畫面差異是相當(dāng)小的。動態(tài)圖像的這種相鄰畫面的相似性使得它可以被高比率地壓縮。把相鄰兩幀相減所有相同的部分被減去了，只有不同的部分被保留了下來，依此類推?？梢园言瓌討B(tài)圖像幀序列中的每相鄰兩幀間作一個減法，用這個新的序列來代替原來的幀序列（當(dāng)然第一幀是要保留的），再對新序列的每一幀可用靜態(tài)圖像的壓縮方法進(jìn)行壓縮。 動態(tài)圖像解壓縮當(dāng)解壓縮時，可先解出第一幀，然后解出第二個差異幀把它加上第一幀就獲得了原來的第二幀，解出第三個差異幀，再加上剛剛得到的第二幀即獲得了原來的第三幀。依此類推，可解出所有原來的幀。即：用差異幀來代替原先的幀以揭示幀間相關(guān)性，用靜態(tài)圖像壓縮的方法來進(jìn)行真正的壓縮。 2 、圖像壓縮

34、及解壓標(biāo)準(zhǔn)用有損壓縮的方法壓縮后的圖像文件，可用某一種格式保存，如欲觀看圖像，需經(jīng)過一套解壓縮的過程，或者說需要專門的解壓縮的軟件，而不同的壓縮方法，哪怕只是細(xì)微的格式差異，必然會帶來一個問題，即甲壓縮的圖像乙無法觀看，除非乙也有甲的解壓縮軟件，這樣給壓縮圖像的傳播帶來了困難。徹底解決的方法是：使大家都采用一個共同的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，只要有一個標(biāo)準(zhǔn)解壓縮軟件就可以解壓縮所有遵從這個標(biāo)準(zhǔn)的壓縮圖像，這就大大方便了壓縮圖像的傳播。靜態(tài)圖象壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG（聯(lián)合圖片專家小組）就是這樣一個圖像壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)。JPEG標(biāo)準(zhǔn)同時包括了無損的和有損的壓縮方法，無損壓縮應(yīng)用于對圖像要求特別高的場合，有損壓縮適用于一般的情況。JPEG壓縮方法是靜態(tài)圖像壓縮的主要方法，通常JPEG壓縮能達(dá)到4.5倍至50倍的壓縮比率，壓縮效果的一個最常用的標(biāo)準(zhǔn)是平均每個像素點(diǎn)的位數(shù)（B/P），顯然此數(shù)字越小，表示壓縮比率越高。動態(tài)圖象壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG-1，1992年11月被定為國際標(biāo)準(zhǔn)。目標(biāo)是在