生物醫(yī)學(xué)圖像處理課件

偽彩色與假彩色處理偽彩色處理。假彩色處理。要點(diǎn)：

偽彩色與假彩色處理偽彩色(pseudocolor)處理：把黑白圖象處理成偽彩色圖象。假彩色(falsecolor)處理：把真實(shí)的自然彩色圖象或遙感多光譜圖象處理成假彩色圖象。實(shí)例原始圖象招貼畫化16級(jí)亮度招貼畫化4級(jí)亮度招貼畫化3級(jí)亮度招貼畫化2級(jí)亮度偽彩色處理人眼只能區(qū)分40多種不同等級(jí)的灰度，卻能區(qū)分幾千種不同色度、不同亮度的色彩。偽彩色處理就是把黑白圖象的灰度值映射成相應(yīng)的彩色。（一）灰度分層法偽彩色處理（二）灰度變換法偽彩色處理灰度變換法示意圖TG(·)f(x,y)TR(·)TB(·)R(x,y)G(x,y)B(x,y)偽彩色處理灰度變換曲線LLL/43L/4L/20GBR假彩色處理把真實(shí)的自然彩色圖象或遙感多光譜圖象處理成假彩色圖象。用途：（1）景物映射成奇異彩色，比本色更引人注目。假彩色處理用途：（2）適應(yīng)人眼對(duì)顏色的靈敏度，提高鑒別能力。如人眼對(duì)綠色亮度響應(yīng)最靈敏，可把細(xì)小物體映射成綠色。人眼對(duì)藍(lán)光的強(qiáng)弱對(duì)比靈敏度最大?？砂鸭?xì)節(jié)豐富的物體映射成深淺與亮度不一的藍(lán)色。假彩色處理假彩色處理用途：（3）遙感多光譜圖象處理成假彩色，以獲得更多信息。表示：真彩色圖象處理成假彩色圖象：假彩色處理例：假彩色處理表示：遙感四波段圖象處理成假彩色圖象：實(shí)例FLASH注意一種武器噴出的彩條MotorActivation-RightIndexFingerMovement1Hz 2Hz 3Hz%

100755025Schlaug,etal,1995,HarvardMedicalSchoolandBethIsraelHospitalMultispectralTissueClassificationT1T2

3DHistogramSegmentedImage看見(jiàn)聲音看見(jiàn)聲音假彩色處理用計(jì)算機(jī)上口紅原圖代數(shù)運(yùn)算迭加相減：DSA、運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)。相乘：提取或刪掉圖象某部分。相除：遙感多光譜圖象相除抵消入射分量i(x,y)。實(shí)例相加M=1M=2M=4M=16Addition:averagingfornoisereduction相加相加相加相加相加相加相加F0108401曹立基作品相加相加相加相加對(duì)準(zhǔn)drag鈕按住鼠標(biāo)左鍵移動(dòng)相減p.109相減相減相減相減相減相減DSAX-rayimageobtainedbeforeandafterinjectionofdyeintoarteries.Dyeaffectsappearanceofbloodvesselsbutnotsurroundingtissues.Subtractingpre-andpost-injectionimagesenhancesbloodvesselsrelativetotissues.(ImagecourtesyofD.W.Holdsworth,RRI.)相減DSA相減DSA相減：檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體相減相乘相乘相乘Multiplication:maskingusedtozerooutareasthatyoudon’twanttouseincalculationsx(a)Magneticresonancevelocityimagethroughthehumanneck.Multiplyingbythemaskin(b)isolatespixelscorrespondingtooneofthecarotidarteries.Averagingpixelvaluesinsidethemaskedregionandmultiplyingbytheareaofthemaskyieldstheaveragebloodflow.(ImagecourtesyofD.A.Steinman,RRI.)(a)(b)相乘相除Division:imageformationisoftenamultiplicativeprocess:needtoeliminateI(x,y)forbettervisualizationandprocessing(e.g.,thresholding)BlackbloodMRimagethroughneckofasubject.Therolloffinimageintensitycanbemodelledasamultiplicativeprocess.(ImagecourtesyofD.A.Steinman,RRI.)相除(a)BlackbloodMRimagethroughneckofasubject.(b)Imageafterdividingoutestimatedrollofffunction.(ImagecourtesyofD.A.Steinman,RRI.)(a)(b)Division(cont’d):estimateI(x,y)anddivideitoutmanyproceduresforestimatingI(x,y);willcoveronelater(homomorphicfiltering)Matlab相除Matlab相除魔術(shù)中的相加相減坦克消失圖象融合ImagefusionPage347龍SphinxadidasF0108201劉丹作品F0108201劉丹作品MicroCD?點(diǎn)擊圖片播放視頻圖象經(jīng)轉(zhuǎn)換或傳輸后，質(zhì)量可能下降，難免有些模糊。圖象銳化目的：加強(qiáng)圖象輪廓，使圖象看起來(lái)比較清晰。圖象銳化圖象輪廓是灰度陡然變化的部分，包含著豐富的空間高頻成分。把高頻分量相對(duì)突出，顯然可使輪廓清晰。高頻加強(qiáng)濾波器使高頻分量相對(duì)突出，而低頻分量和甚高頻分量則相對(duì)抑制。高頻加強(qiáng)濾波器理想高頻加強(qiáng)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)可表示成：高頻加強(qiáng)濾波器它由三種濾波器構(gòu)成：（1）（2）高頻加強(qiáng)濾波器（3）高頻加強(qiáng)濾波器高頻加強(qiáng)濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)三維圖高頻加強(qiáng)濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)剖面圖Dl0Dh0高頻加強(qiáng)濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)分解全通濾波器高頻加強(qiáng)濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)分解高通濾波器Dh0高頻加強(qiáng)濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)分解低通濾波器Dl0F(u,v)Hl(u,v)Ha(u,v)Hh(u,v)G(u,v)高頻加強(qiáng)濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)分解幾種常見(jiàn)的高通濾波器（1）理想高通濾波器理想高通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)三維圖理想高通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)剖面圖（2）巴特沃思高通濾波器3階巴特沃思高通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)三維圖3階巴特沃思高通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)剖面圖（3）指數(shù)形高通濾波器3階指數(shù)形高通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)三維圖3階指數(shù)形高通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)剖面圖（4）梯形高通濾波器梯形高通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)三維圖梯形高通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)剖面圖D1D0考察正弦函數(shù)，它的微分。微分后頻率不變，幅度上升2πa倍。2.3.2微分法空間頻率愈高，幅度增加就愈大。這表明微分是可以加強(qiáng)高頻成分的，從而使圖象輪廓變清晰。

最常用的微分方法是梯度法。設(shè)圖象函數(shù)為f(x,y)，它的梯度(Gradient)是一個(gè)向量，定義為：微分法

在(x,y)點(diǎn)處的梯度，方向是f(x,y)在這點(diǎn)變化率最大的方向，而其長(zhǎng)度（記G[f(x,y)]）則等于f(x,y)

的最大變化率，即微分法

為方便起見(jiàn)，以后把梯度長(zhǎng)度也簡(jiǎn)稱為梯度。對(duì)數(shù)字圖象，用差分來(lái)近似微分。兩種常用差分算法（1）典型梯度算法微分法（2）羅伯茨（Roberts）梯度算法微分法羅伯茨梯度算法典型梯度算法

上述二算法運(yùn)算較費(fèi)時(shí)。為更適合計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用絕對(duì)差分算法：微分法及注：對(duì)NxN數(shù)字圖象，不可能在最后一行(x=N)和最后一列(y=N)象素上計(jì)算梯度值。一種補(bǔ)救辦法：用前一行(x=N-1)和前一列(y=N-1)對(duì)應(yīng)象素的梯度值。微分法

某象素上的梯度值是該象素與相鄰象素的灰度差值的單調(diào)遞增函數(shù)。圖象輪廓上，象素灰度有陡然變化，梯度值很大。圖象灰度變化平緩區(qū)域，梯度值很小。等灰度區(qū)域，梯度值為零。微分法哪一個(gè)梯度大？pp.110-111

一旦計(jì)算梯度的算法確定，有許多方法使圖象輪廓突出。微分法

輪廓比較突出，灰度平緩變化部分，梯度小，很黑。

（1）微分法

T：門限值、閾值(threshold)，非負(fù)。適當(dāng)選擇T，既突出輪廓，又不破壞背景。

（2）背景保留微分法

LG：指定的輪廓灰度值。

（3）背景保留，輪廓取單一灰度值。微分法

LB：指定的背景灰度值。

（4）輪廓保留，背景取單一灰度值。微分法

LG：指定的輪廓灰度值。

LB：指定的背景灰度值。

（5）輪廓、背景分別取單一灰度值，即二值化。只對(duì)輪廓感興趣。2.3.3反銳化掩模法基本算法如下：圖象通過(guò)低通濾波器后，高頻成分受到抑制，圖象變得模糊。換言之，模糊圖象中高頻成分已被削弱。反銳化掩模法

會(huì)使的低頻成分損失很多，而高頻成分較完整地被保留下來(lái)。

當(dāng)疊加C倍的到后，就提升了高頻成分，而低頻成分幾乎不受影響。反銳化掩模法可用簡(jiǎn)單局部平均法求得，鄰域取3x3，掩模為MaskMask反銳化掩模法取C=9，式(2-5)的掩模為實(shí)例USMUSMUSMUSMUSMUSM查找邊緣查找邊緣查找邊緣查找邊緣查找邊緣照亮邊緣照亮邊緣照亮邊緣照亮邊緣照亮邊緣TermsImagesharpening:圖象銳化Contour:輪廓Edge:邊界，邊緣Boundary:邊界Deblurring:去模糊Highfrequencyenhancementfilter:高頻加強(qiáng)濾波器TermsDifferentiation:微分Gradientvector:梯度向量Gradientmagnitude:梯度值，梯度Background:背景Object:物體Scene:景物，場(chǎng)景Unsharpmasking:反銳化掩模TermsOvershoot:過(guò)沖Ring:振鈴Stepfunction:階躍函數(shù)Unitstepfunction:單位階躍函數(shù)Rectangularpulse:矩形脈沖Triangularpulse:三角形脈沖Gaussianfunction:高斯函數(shù)同態(tài)濾波

照度,反射系數(shù)。

若物體受到照度明暗不勻的時(shí)候，圖象上對(duì)應(yīng)照度暗的部分，其細(xì)節(jié)就較難辨別。同態(tài)濾波的目的：消除不均勻照度的影響而又不損失圖象細(xì)節(jié)。同態(tài)濾波依據(jù)：圖象的灰度由照射分量和反射分量合成。反射分量反映圖象內(nèi)容，隨圖象細(xì)節(jié)不同在空間上作快速變化。照射分量在空間上通常均具有緩慢變化的性質(zhì)。照射分量的頻譜落在空間低頻區(qū)域，反射分量的頻譜落在空間高頻區(qū)域。同態(tài)濾波步驟：（1）（2）同態(tài)濾波步驟：（3）壓縮i(x,y)分量的變化范圍，削弱I(u,v)，增強(qiáng)r(x,y)分量的對(duì)比度，提升R(u,v)，增強(qiáng)細(xì)節(jié)。確定H(u,v)。同態(tài)濾波確定H(u,v)rLrH同態(tài)濾波步驟：（4）同態(tài)濾波步驟：（5）lnFFTH(u,v)FFT-1expf(x,y)g(x,y)同態(tài)濾波流程圖實(shí)例幾何運(yùn)算平移旋轉(zhuǎn)放大縮小反轉(zhuǎn)延展幾何變形實(shí)例平移，旋轉(zhuǎn)三維的平移點(diǎn)擊圖片播放視頻PROBLEMSOLUTIONf(x’,y’)g(x,

y

)NearestneighbourBilinearBicubic,...NearestNeighbour(Zeroorder):Example:Fromwhichinputpixel(1,2,3or4)wouldyougetthegrayleveloftheoutputpixel?12341Interpolationmethods:f(x’,y’)g(x,

y

)Bilinear(First-Order)Interpolation:Graylevelatnon-integercoordinatesfoundbyinterpolatingvaluesoffour(4)neighbouringpixelsusingbilinearfunction.xyg(x,y)f(x’,y’)BilinearvsNearestNeighbour:OriginalNearestNeighbourBilinear幾何運(yùn)算線性內(nèi)插雙線性內(nèi)插雙線性內(nèi)插P118Eq.(2)雙線性方程雙線性內(nèi)插p.118上海交大學(xué)生作品透視F0108201張丹楓作品透視透視透視點(diǎn)擊圖片播放FLASH可按Alt+F4退出FLASHE.g.,imagewarping近朱者赤點(diǎn)擊圖片播放視頻變形的臉變形的狗嘴點(diǎn)擊圖片播放視頻幾何運(yùn)算幾何校正用于校正：透視失真枕形失真桶形失真GeometriccalibrationE.g.,barreldistortion(shownbelow);pin-cushiondistortionCorrectbyimagingaknowngridpatternanddesigningawarpingfunctionbasedonknownpatternandimagedpattern.ImagerectificationE.g.,polarscansinultrasound:convertfrom(r,

)coordinatesystemto(x,y)

rImagerectification(cont’d)Originalimage:Afterrectification:幾何校正P118Eq.(19)雙線性空間變換方程f(x’,y’)g(x,

y

)g(x,

y

)Gray-LevelInterpolation(1)ForwardMapping-computenewcoordinates-then“spread”grayleveloverfourneighbouringpixelsusinginterpolation(2)BackwardMappingE.g.,fortranslation-(i,

j)couldingeneralfallbetweennon-integercoordinates-obtaingray-levelatcoordinates(i,

j)usinginterpolationf(x’,y’)g(x,

y

)ManyinputpixelsmaymapoutsideborderofoutputimageEachoutputpixelmaybeaddressedmanytimes,withmanyinputpixelscontributingtofinalgraylevel(esp.fordemagnification)Forwardmappingiswasteful:f(x’,y’)g(x,

y

)Backwardmappingismorepractical:Inbackwardmapping,graylevelofeachoutputpixelisdeterminedbyoneinterpolationstepbetweenexactly4inputpixelsf(x’,y’)g(x,

y

)Backwardmappingismorepractical,althoughcalculatinginverseoperationmaybedifficult.p.122p.126p.127p.128p.123ControlPointpp.120-121平移放大變換公式旋轉(zhuǎn)Theaspectoftheorganmodel'sdeformation

ControlPointDataFusionSystemforSupportingtheSurgery

Timesequentialimageofwalking

ControlPoint—PositionMarker4-dimensionalmusculoskeletalmodel

點(diǎn)擊圖片播放視頻一個(gè)廣告的制作過(guò)程控制點(diǎn)的運(yùn)用怎樣讓骷髏動(dòng)得更逼真？點(diǎn)擊圖片播放FLASH可按Alt+F4退出FLASH點(diǎn)擊圖片播放FLASH可按Alt+F4退出FLASH點(diǎn)擊圖片播放FLASH可按Alt+F4退出FLASH幾何變換之大集成圖象配準(zhǔn)沒(méi)配準(zhǔn)的后果欲蓋彌彰的配準(zhǔn)ImageregistrationE.g.,mayimageatumorattwodifferentinstantsintimeandmaywanttocheckifitisgrowing.E.g.,Surveyingland:Image1showsanareaofMojavedesert;2showsadjacentarea;3formedbyregisteringoverlappingregionsandstitchingimagestogether.123MultispectralTissueClassificationT1T2

3DHistogramSegmentedImage配準(zhǔn)配準(zhǔn)點(diǎn)擊圖片播放FLASH可按Alt+F4退出FLASH圖象變形(Imagemorphing)p.137Figure8-17點(diǎn)擊圖片播放視頻ImagemorphingNote,wearewarpingfromoneimagetoadifferentimage.ComparewithEinsteinexample.

-usedinmotionpictures&animation反過(guò)來(lái)變換，豈不更好？點(diǎn)擊圖片播放視頻點(diǎn)擊圖片播放視頻哭笑不得的表情是怎樣生成的？點(diǎn)擊圖片播放視頻返老還童不是夢(mèng)（在屏幕上）成長(zhǎng)制圖學(xué)應(yīng)用對(duì)準(zhǔn)地球按住鼠標(biāo)左鍵移動(dòng)點(diǎn)擊圖片播放FLASH可按Alt+F4退出FLASHTermsGeometriccorrection,Geometriccalibration:幾何校正Spatialtransformation:空間變換Interpolation:內(nèi)插，插值Nearestneighborinterpolation:最近鄰點(diǎn)內(nèi)插Bilinearinterpolation:雙線性內(nèi)插Extrapolation:外插TermsZoomin:放大Zoomout:縮小Hyperbolicparaboloid:雙曲拋物面Imagerectification:圖象矯正Imageregistration:圖象定位，圖象配準(zhǔn)Cartography:制圖學(xué)Projection:投影小波變換及應(yīng)用實(shí)例鯊魚會(huì)小波分析？FLASH鼠標(biāo)指向圖像，按右鍵，選“播放”

基Base磚 十進(jìn)制分子 對(duì)數(shù)的底原子 指數(shù)的底元素 時(shí)鐘細(xì)胞 年月日堿基 單位字母 算盤珠交響樂(lè)樂(lè)器 美羅城玻璃FourierTransformFourier’sFourierTransformp.202小波變換可同時(shí)得到空間域與頻域信息傅立葉變換與小波變換IFT:IWT:傅立葉變換與小波變換FT:WT:TheContinuousWaveletTransformScalingTheDiscreteWaveletTransform離散小波變換

Mallatalgorithm馬拉算法

Herringbonealgorithm魚骨算法基小波舉例基小波舉例基小波舉例基小波舉例基小波舉例鏡象濾波器一維連續(xù)小波變換舉例一維連續(xù)小波變換舉例離散小波變換壓縮或去噪原理系數(shù)值百分比TT3T3The2DDiscreteWaveletTransform二維離散小波變換

馬拉算法

分辨率640x480分辨率320x240分辨率160x120分辨率80x60分辨率640x480分辨率320x240分辨率160x120分辨率80x60Pyramid離散小波變換點(diǎn)擊圖片播放視頻人眼視覺(jué)特性之一從粗到細(xì)觀察二維離散小波變換舉例二