影像圖象信息壓縮 第五章

1、第五章 影像圖像信息壓縮n圖像信息壓縮方法分類n圖像變換編碼、預(yù)測編碼與矢量編碼n圖像信息壓縮的現(xiàn)代方法n醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)1一 圖像信息壓縮方法分類n什么是圖像信息壓縮？n在保證圖像質(zhì)量和滿足任務(wù)要求的條件下，減少原始圖像數(shù)據(jù)量的處理過程。2 數(shù)字圖像數(shù)據(jù)量大，圖像的傳輸和存儲困難。占用資源多，花費(fèi)高。 如一幅512512的灰度圖象的比特?cái)?shù)為 5125128= 再如一部90分鐘的彩色電影，每秒放映24幀。把它數(shù)字化，每幀 512512象素，每象素的 、 、 三分量分別占8 bit，總比特?cái)?shù)為圖像壓縮的必要性圖像壓縮的必要性 90 x60 x24x3x512x512x8bit=。 如一張CD光盤

2、可存600兆字節(jié)數(shù)據(jù)，這部電影光圖像（還有聲音）就需要張CD光盤用來存儲。3u 一般原始圖像中存在很大的冗余度。u 用戶通常允許圖像失真。u 當(dāng)信道的分辨率不及原始圖像的分辨率時，降低輸入的原始圖像的分辨率對輸出圖像分辨率影響不大。u 用戶對原始圖像的信號不全都感興趣，可用特征提取和圖像識別的方法，丟掉大量無用的信息。提取有用的信息，使必須傳輸和存儲的圖像數(shù)據(jù)大大減少。 圖像壓縮可能性圖像壓縮可能性4常見的數(shù)據(jù)冗余冗余：信息中存在著多余的數(shù)據(jù)。 例：“你的朋友張三將于明天晚上8點(diǎn)整在重慶大學(xué)民主湖等你” “你的朋友張三將于明天晚上8點(diǎn)在民主湖等你” “張三于明晚8點(diǎn)在民主湖等你”5 數(shù)字圖像的

3、冗余主要表現(xiàn)編碼冗余；像素冗余；視覺心理冗余。數(shù)據(jù)圖像冗余6n(1) 編碼冗余： 一個圖像的灰度級編碼，使用了多于實(shí)際需要的編碼符號，就稱該圖像包含了編碼冗余。例：如果用8位表示該圖像的像素，該圖像存在著編碼冗余，該圖像的像素只有兩個灰度，用一位即可表示。7n(2) 像素冗余： 圖像內(nèi)部相鄰像素之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性所造成的冗余。u任何給定的像素值，原理上都可以由其鄰域像素值預(yù)測。u原始圖像越有規(guī)則，各像素之間的相關(guān)性越強(qiáng)，可能壓縮的數(shù)據(jù)越多。8n(3)視覺冗余：n人眼不能感知或不敏感的那部分圖像信息稱為視覺冗余。 例：人的視覺特性最多可辨認(rèn)出216種顏色，而彩色圖像一般每個像素用24位表示，則

4、可表示出224種顏色。24位顏色8位顏色9一 圖像信息壓縮方法分類n圖像信息壓縮的幾個概念n壓縮比Cn圖像壓縮前與壓縮后所占的比特?cái)?shù)分別為B和Bd，壓縮比定義為： C=B/Bd10一 圖像信息壓縮方法分類n圖像信息壓縮的幾個概念n信源編碼n信號變換量化統(tǒng)計(jì)編碼后的輸出碼。n以提高通信有效性為目的的編碼。n通過壓縮信源的冗余度來實(shí)現(xiàn)。n采用的一般方法:n壓縮每個信源符號的平均比特?cái)?shù)或信源的碼率。11一 圖像信息壓縮方法分類n圖像信息壓縮的幾個概念n信道編碼n按一定規(guī)則加入差錯校正碼，進(jìn)行誤碼防護(hù)。以提高信息傳輸?shù)目煽啃詾槟康牡木幋a。n通過增加信源的冗余度來實(shí)現(xiàn)。n采用的一般方法是增大碼率/帶寬。

5、與信源編碼正好相反。12圖像壓縮技術(shù)無損壓縮：壓縮過程是可逆的，經(jīng)過解壓縮后的圖像能夠完全恢復(fù)出原來的圖像，信息沒有任何丟失的。有損壓縮：壓縮過程是不可逆的，無法完全恢復(fù)出原圖像，信息有一定的丟失。常用的壓縮編碼方法13圖像壓縮技術(shù)無損壓縮有損壓縮哈夫曼編碼行程編碼算術(shù)編碼有損預(yù)測編碼 變換編碼 其他編碼常用的壓縮編碼方法14一 圖像信息壓縮方法分類圖像壓縮的分類方法有損壓縮無損壓縮2：15：1混合編碼（JPEG MPEG）基于重要性的編碼基于模型編碼（分形編碼）變換編碼預(yù)測編碼（運(yùn)動補(bǔ)償）濾波子采樣矢量量化正交變換子帶變換霍夫曼編碼行程編碼Lempel-Zew編碼算術(shù)編碼15u 將相同的或相

6、近的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)特征歸類，使用較少的數(shù)據(jù)量描述原始數(shù)據(jù)，以達(dá)到減少數(shù)據(jù)量的目的。在減少或去除冗余數(shù)據(jù)的同時，能夠保持原有信息不變。無損壓縮 無損壓縮算法中刪除的是圖像數(shù)據(jù)中冗余的信息，在解壓縮時能精確恢復(fù)原圖像。16無損壓縮17u利用人眼的視覺特性，有針對性地簡化不重要的數(shù)據(jù)，以減少數(shù)據(jù)量。u有損壓縮是通過犧牲圖像的準(zhǔn)確率以實(shí)現(xiàn)較大的壓縮率，如果容許解壓圖像有一定的誤差，則壓縮率可顯著提高。u有損壓縮在壓縮比大于30：1時仍然可重構(gòu)圖像，而如果壓縮比為10:1到20:1，則重構(gòu)的圖像與原圖幾乎沒有差別。有損壓縮18有損壓縮19圖像壓縮模型圖像壓縮模型 一個壓縮過程有編碼器與解碼器兩個主要部分.信

7、道編碼器信源編碼器信道解碼器信源解碼器解碼器解碼器f(m,n)編碼器編碼器信道),(nmf信源編碼器刪除輸入冗余性;信道編碼器增強(qiáng)信源編碼器的抗干擾能力;如果在編碼器與解碼器之間的信道是無噪聲（不易發(fā)生錯誤）的，則信道編碼器與解碼器可省去。 20一 圖像信息壓縮方法分類n圖像信息的壓縮過程映射統(tǒng)計(jì)編碼量化信號輸入編碼輸出條件：允許客觀誤差或主觀察覺圖像損傷盡量減少量化等級。編碼方式應(yīng)與信號或符號的分布特性相適應(yīng)。21 信源編碼器和信源解碼器 信源編碼器:一般情況下，信源編碼器包括順序的3個獨(dú)立的操作：轉(zhuǎn)換器： 減少像素冗余。一般是可逆的。量化器： 根據(jù)保真度準(zhǔn)則調(diào)整變換器輸出數(shù)據(jù)的精度。 減少

8、視覺心理冗余。 不可逆，僅用于有損編碼。符號編碼器： 產(chǎn)生用于表達(dá)量化器輸出的碼本，并根據(jù)碼本進(jìn)行映射輸出。 可逆。 減少編碼冗余。轉(zhuǎn)換器量化器符號編碼器f(x,y)信道22信源解碼器 只包含2個部分：符號解碼器和反向轉(zhuǎn)換器。 符號解碼器反向轉(zhuǎn)換器信道),(yxf23二、 圖像的變換編碼與預(yù)測編碼n圖像信息壓縮實(shí)現(xiàn)手段：n通過編碼實(shí)現(xiàn)n常見編碼n統(tǒng)計(jì)編碼：無失真編碼n霍夫曼編碼、n雙字長編碼、n游程編碼、LZW編碼、算術(shù)編碼等。n變換編碼n預(yù)測編碼24 在變字長編碼中，對于出現(xiàn)概率大的信息符號編以短字長的碼，對于出現(xiàn)概率小的信息符號編以長字長的碼。如果碼字長度嚴(yán)格按照符號出現(xiàn)概率的大小的相反順

9、序排列，則編碼結(jié)果平均碼字長度一定小于按任何其他符號順序排列方式的平均碼字長度。 變字長最佳編碼定理變字長最佳編碼定理25 將信源符號按出現(xiàn)的概率由大到小排列。 將最后兩個符號的概率進(jìn)行合并相加。 重復(fù)以上步驟 、，直至最后概率和為1。 反向逐步向前編碼。每步有兩個分支，各賦予一個二進(jìn)制碼，對概率大的賦予碼元0，對概率小的賦予碼元1?；蛘呦喾础?從樹根到信源 符號節(jié)點(diǎn)記錄相應(yīng)路徑上的碼元，得到該符號編碼。 霍夫曼編碼霍夫曼編碼 霍夫曼編碼方法 26例：信源為 3 . 004. 01 . 006. 04 . 01 . 0654321aaaaaax求其霍夫曼編碼 霍夫曼編碼霍夫曼編碼 霍夫曼編碼方

10、法 27解： 表的形式： 2829最后得到的霍夫曼編碼為：a1=011， a2=1, a3=01010, a4=0100, a5=01011, a6=00樹的形式： 30最后得到的霍夫曼編碼同樣為：a1=011， a2=1, a3=01010, a4=0100, a5=01011, a6=00熵、平均碼長、編碼效率的計(jì)算 bitPaHiPii1435.2log)(612bitLPBiii2 .261975.02.21435.2)(BaH31霍夫曼編碼的解碼 霍夫曼碼是一種可唯一解開的碼，因?yàn)槿魏未a符號串只能以一種方式解碼。因此，對于任何霍夫曼編碼的符號串，都可以通過從左到右的方式對串中每個符號

11、進(jìn)行分析來解碼。 例如，對碼串010100111100，從左到右掃描顯示，第一個有效的碼字為01010，它對應(yīng)a3，然后依次為： 011a1, 1 a2, 1 a2, 00 a6 所以，解碼結(jié)果為：a3a1a2a2a632 霍夫曼編碼的特點(diǎn) 即時碼，即1串碼符號中，每個碼字都是獨(dú)立生成和解碼，可以不考慮其后的符號。 單義可譯：任何碼串都只能以一種方式解碼。 跨字節(jié)存儲，復(fù)雜。 最優(yōu)的變步長碼 。 編碼不唯一性33變換編碼n什么是變換編碼？n變換編碼不是直接對空域圖像信號進(jìn)行編碼，而是將空域圖像信號映射變換到另一個正交矢量空間（變換域或頻域），產(chǎn)生一批變換系數(shù)，然后對這些變換系數(shù)進(jìn)行編碼處理。n

12、變換編碼是一種間接編碼方法。34變換編碼n常見的變換編碼nDCT（離散余弦變換）nDFT(離散傅里葉變換)nWHT（Walsh Hadama 變換）nHrT(Haar 變換)等。35u原理u將空域中的圖像信號，變換到另外一些正交空間中去，用變換系數(shù)來表示原始圖像，并對變換系數(shù)進(jìn)行編碼。u一般來說在變換域里描述要比在空域簡單，圖像的相關(guān)性明顯下降。u變換本身并不帶來數(shù)據(jù)壓縮，但變換圖像的能量大部分只集中于少數(shù)幾個變換系數(shù)上，采用量化和熵編碼則可以有效地壓縮圖像的編碼比特率 。 變換編碼變換編碼36變換編碼原理37變換編碼的基本步驟（1）圖像分塊，用一個可逆線性變換（如傅立葉變換）把圖像映射到變換

13、系數(shù)集合。（2）對該系數(shù)集合進(jìn)行量化和編碼。對于大多數(shù)圖像，重要系數(shù)的數(shù)量是比較少，且圖像失真較小。（3）在接收端對接收到的碼流進(jìn)行解碼，分離出各變換系數(shù)，且對舍去的系數(shù)用“0”來代替，然后求反變換，恢復(fù)各圖像子塊。38變換編碼的基本步驟變換編碼的基本步驟 編碼、解碼流程編碼、解碼流程構(gòu)造子圖象正交變換量化編碼解碼反正交變換合并子圖象變換編碼的一般系統(tǒng)框圖輸入輸出39 圖像信息經(jīng)過變換處理，相鄰像元之間的相關(guān)性明顯下降，有利于圖像的編碼壓縮。 圖像頻譜中的變換系數(shù)，表示圖像在不同空間頻率上的相對幅度，而且某一空間頻率所包含的信息來自整個圖像，頻譜能量主要集中在低頻部分，能量隨頻率的增加而迅速下

14、降， 變換編碼受噪聲干擾的影響較小。 變換編碼的特點(diǎn)4041 變換本身不能直接減少數(shù)碼率，只有通過適當(dāng)?shù)木幋a，才能利用變換來壓縮圖像數(shù)據(jù)。 例，設(shè)一幅8x8的圖像信息如下圖1010101001010101103232000123230110323210012323011010101001010101320000000000000000000000000000000000000000000032032000000000000032064并對其進(jìn)行二維Walsh變換42 上面的例子說明，原始信號的能量分布是相當(dāng)分散的，經(jīng)過變換后卻相當(dāng)集中集中，而且主要集中在少數(shù)的頻率譜上。對極大部分區(qū)域來說，它的

15、譜能量為零。為了達(dá)到數(shù)據(jù)的壓縮，即選出能量集中的區(qū)域進(jìn)行編碼，而放棄不集中的區(qū)域。43變換編碼的基本原理變換編碼的基本原理舉例舉例 原始圖像原始圖像相應(yīng)的相應(yīng)的DCTDCT系數(shù)系數(shù)52 55 61 66 70 61 64 7363 59 66 90 109 85 69 7262 59 68 113 144 104 66 7363 58 71 122 154 106 70 6967 61 68 104 126 88 68 7079 65 60 70 77 68 58 7585 71 64 59 55 61 65 8387 79 69 68 65 76 78 94-415 -29 -6225 55

16、 -20 -1 3 7 -21 -629 11 -7 -6 6-46 8 77 -25 -30 10 7 -5-50 13 35 -15 -9 6 0 3 11 -8 -13 -2 -1 1 -4 1-10 1 3 -3 -1 0 2 -1-4 -1 2 -1 2 -3 1 -2-1 -1 -1 -2 -1-1 0 -144 正交變換正交變換 45正交變換的物理意義正交變換的物理意義 圖像數(shù)據(jù)正交變換后不改變信源的熵值，變換前后圖像的信息量沒有損失，完全可以通過對應(yīng)的逆變換得到原來的圖像數(shù)據(jù)。 經(jīng)過正交變換后，數(shù)據(jù)的分布規(guī)律發(fā)生了很大的改變，像素之間的相關(guān)性下降，變換系數(shù)向新坐標(biāo)系中的少數(shù)坐標(biāo)

17、集中，一般集中于少數(shù)的直流或低頻分量的坐標(biāo)點(diǎn)。 變換編碼將統(tǒng)計(jì)上高度相關(guān)的像素所構(gòu)成的矩陣通過正交變換，變成統(tǒng)計(jì)上彼此較為獨(dú)立、甚至達(dá)到完全獨(dú)立的變換系數(shù)矩陣，以達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的。 46實(shí)現(xiàn)變換壓縮算法的主要問題實(shí)現(xiàn)變換壓縮算法的主要問題n變換的選擇變換的選擇n子圖尺寸的選擇子圖尺寸的選擇n量化和編碼量化和編碼47 變換的選擇 1、可以選擇的變換1）K-L變換(KLT)2）離散傅立葉變換（DFT） 3）離散余弦變換（DCT） 4）Walsh-Hadamard變換（WHT） 5）小波變換48子圖尺寸的選擇子圖尺寸的選擇子圖尺寸的選擇有兩個原則：1) 如果n是子圖的維數(shù)，n應(yīng)該是2的整數(shù)次方。為

18、便于降低計(jì)算復(fù)雜度。2) n一般選為8x8或16x16。由實(shí)踐得到： 隨著n的增加，塊效應(yīng)相應(yīng)減少。49主要問題三：量化和編碼主要問題三：量化和編碼u系數(shù)選擇u區(qū)域法：選擇能量集中的區(qū)域進(jìn)行編碼,舍棄能量為零和零星能量區(qū)域,從而達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的。u閾值法：是按變換系數(shù)的幅度進(jìn)行編碼。它將變換系數(shù)與門限值相比較,大于門限的給予編碼,否則舍棄。u所選系數(shù)的量化和編碼50 下圖是1616圖像數(shù)據(jù)陣列51 下圖是原點(diǎn)在中心、與前圖相對應(yīng)的傅里葉變換域頻譜52 下圖是原點(diǎn)在中心、與前圖相對應(yīng)的傅里葉變換域頻譜53右圖(a)為88圖像子塊的灰度分布,經(jīng)沃爾什變換后,變換系數(shù)分布如圖 (b)示。54量化和

19、編碼量化和編碼l量化將帶小數(shù)的系數(shù)變成整數(shù)，并使大數(shù)值變換成小數(shù)值。l量化處理導(dǎo)致有損壓縮。l量化后的數(shù)值就可分配碼字，分配的原則是：方差大的系數(shù)分配長碼字，方差小的系數(shù)分配短碼字。55 一般來說，圖像變換的編碼壓縮按下列步驟進(jìn)行： （1）確定圖像矩陣的階數(shù) （2）確定變換矩陣 （3）計(jì)算變換域 （4）保留較大的那些系數(shù)，并對保留系數(shù)進(jìn)行量化編碼，構(gòu)成壓縮后的新矩陣 （5）按新矩陣傳輸那些系數(shù)不為零的數(shù)值，并在接收端用反變換求得原始圖像的值。 總結(jié)56n由于圖像和客觀景物的千變?nèi)f化，為了達(dá)到較高的壓縮比，還可以把變換編碼同其它形式的編碼（如預(yù)測編碼）結(jié)合起來的編碼，稱為混合編碼。57DCTDC

20、T變換編碼的基本步驟變換編碼的基本步驟 DCT變換編碼方法：DCT變換DCT逆變換原圖像除以量化矩陣取整1）編碼過程：2）解碼過程：壓縮圖像取整壓縮圖像解壓圖像5892. 011. 027. 065. 000. 150. 050. 150. 238. 058. 165. 027. 00 .1145 .1185 .1195 .1201D29221714241613141914121216101116C000000000000712118D例：例：56606159586059625759596157586059F原圖像為：DCT變換除以量化矩陣，取整59DCT變換編碼原圖解壓圖60 1）基本沒有塊

21、效應(yīng). 2）信息封裝能力強(qiáng)，把最多的信息封裝在最少的系數(shù)中.DCT已被國際標(biāo)準(zhǔn)采納，作成芯片。其優(yōu)點(diǎn)：61 預(yù)測編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼（Predictive Coding)，就是根據(jù)已經(jīng)編碼的相鄰像素值預(yù)測當(dāng)前的像素值，對實(shí)際值與預(yù)測值的差值(預(yù)測誤差)進(jìn)行編碼。當(dāng)預(yù)測比較準(zhǔn)確，誤差較小時，即可達(dá)到編碼壓縮的目的。62三、數(shù)字圖像的常見格式三、數(shù)字圖像的常見格式n常見的數(shù)字圖像：nJPEG圖像格式、nTIFF圖像格式、nMPEG圖像格式、nDICOM醫(yī)學(xué)影像文件格式等。63三、數(shù)字圖像的常見格式三、數(shù)字圖像的常見格式nJPEG圖像格式圖像格式：擴(kuò)展名是JPG，國際標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)圖像壓縮格式。n三種編碼

22、標(biāo)準(zhǔn)：JPEG,JPEG-LS,JPEG2000n主要壓縮的是高頻信息，對色彩的信息保留較好；n適合應(yīng)用在網(wǎng)頁和需要連續(xù)色調(diào)的圖像中。64三、數(shù)字圖像的常見格式三、數(shù)字圖像的常見格式nTIFF圖像格式圖像格式：擴(kuò)展名是TIF，是一種非失真的壓縮格式(最高也只能做到23倍的壓縮比)n能保持原有圖像的顏色及層次，占用空間大。n如一個200萬像素的圖像，差不多要占用6MB的存儲容量，n常被用于較專業(yè)的用途，如書籍出版、海報(bào)等，極少應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)上。65三、數(shù)字圖像的常見格式三、數(shù)字圖像的常見格式nMPEG圖像格式：圖像格式：即運(yùn)動圖像專家組格式，也稱為國際動態(tài)圖像壓縮格式。nVCD、SVCD、DVD大

23、多是這種格式。n采用運(yùn)動圖像壓縮算法的國際標(biāo)準(zhǔn)，采用了有損壓縮方法減少運(yùn)動圖像中的冗余信息。n保留相鄰兩幅畫面絕大多數(shù)相同的部分，而把后續(xù)圖像中和前面圖像有冗余的部分去除，從而達(dá)到壓縮的目的。66三、數(shù)字圖像的常見格式三、數(shù)字圖像的常見格式n醫(yī)學(xué)圖像特點(diǎn)n精度要求高、圖像數(shù)多及數(shù)據(jù)量大。n無損壓縮的壓縮倍數(shù)：1.663.91n有損壓縮倍數(shù)：1020n新壓縮概念：近無損壓縮、ROI壓縮67n醫(yī)學(xué)圖像的分類：n連續(xù)色調(diào)的灰度圖像：X射線n連續(xù)色調(diào)的彩色圖像：顯微切片圖像n連續(xù)色調(diào)的灰度運(yùn)動視頻圖像：超聲n連續(xù)色調(diào)的彩色運(yùn)動視頻圖像：多普勒超聲n離散的灰度或彩色圖像：心電圖n文本文件：診斷報(bào)告68n

24、醫(yī)學(xué)圖像壓縮方法選擇（DICOM標(biāo)準(zhǔn)）n有損壓縮JPEGn無損壓縮JPEG：1.663.91n近無損壓縮：視覺特性和感興趣區(qū)域分布特性69n圖像數(shù)據(jù)壓縮模型兩部分：n建模和編碼建模熵編碼原始圖像數(shù)據(jù)變換圖像數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)比特流70n圖像映射模型：n將圖像轉(zhuǎn)換為動態(tài)范圍小，分布集中的差值圖像。n映射模型越復(fù)雜，可以獲得更高的壓縮比，但壓縮占用的時間越長。71n圖像建模方法：n采用預(yù)測模型n線性預(yù)測：差值脈沖編碼調(diào)制DPCMn非線性預(yù)測n基于變換模型n正交變換、小波變換n采用多分辨率模型72n熵編碼：n原圖像經(jīng)映射模型處理后，得到了分布集中的變換圖像數(shù)據(jù)，選擇合適的熵編碼方法對其進(jìn)行壓縮。熵編碼是無

25、信息損失的。n如霍夫曼編碼、算術(shù)編碼、行程編碼 編碼前：aaaaaaabbbbbbcccccccc 編碼后：7a6b8c73醫(yī)學(xué)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)nJPEG-LS：支持無損/近無損壓縮，對于連續(xù)色調(diào)的灰度圖像具有很好的壓縮效果。nIPEG2000：JPEG2000的壓縮效率更高，且支持圖像的感興趣區(qū)（ROI）壓縮。74動態(tài)圖像的壓縮和解壓縮動態(tài)圖像的壓縮和解壓縮n動態(tài)圖像特點(diǎn)：n幀內(nèi)相關(guān)性n幀間相關(guān)性，相鄰兩幀之間的畫面差異是相當(dāng)小的。n壓縮：n獲取幀差異序列n對幀差異序列的每一幀用靜態(tài)圖像壓縮方法壓縮。n解壓：n先解出第一幀，在解差異幀。75n動態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)主要有：nMPEG-1

26、nMPEG-2nMPEG-3nMPEG-4nPx64nMPEG-776n彩色圖像壓縮的特點(diǎn)是保持顏色的逐漸變化，刪除圖像中顏色的突然變化。利用有損壓縮技術(shù)，某些圖像中的信息被有意地刪除了，這些被刪除的數(shù)據(jù)不能夠完全恢復(fù)。JPEG就是這種壓縮方式。我們知道圖像色彩用HSB色系表示時有三個要素：亮度(B)、色相(H)和色純度(S)，而人眼對于亮度的敏感程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它二者，也就是說，只要亮度不變，稍微改變色相和色純度，人們難以察覺，JPEG壓縮正是利用了這樣的特點(diǎn)，在保存圖像時保留了較多的亮度信息，而將色相和色純度的信息和周圍的像素進(jìn)行合并，合并的比例不同，壓縮的比例也不同，由于信息量減少了，所以

27、壓縮比可以很高。77四、PACS中圖像處理技術(shù)n醫(yī)學(xué)圖像的空間變換n醫(yī)學(xué)圖像的增強(qiáng)技術(shù)n醫(yī)學(xué)圖像特征參數(shù)測量78四、PACS中圖像處理技術(shù)n數(shù)字圖像處理（Digital Image Processing）n又稱為計(jì)算機(jī)圖像處理，它是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行處理的過程。圖像處理的最終目的是改善圖像的質(zhì)量，它以提高圖像的使用價值為目的。79什么是圖象處理與分析？n圖像處理和分析n指用一系列方法去獲取、校正、增強(qiáng)、變換、壓縮可視圖像的技術(shù)，其目的是提高信息的相對量，如增強(qiáng)圖像中的某些部分或提取某些特征，以便提取信息。80PACS中圖像處理技術(shù)n圖像處理目的：n改善圖像質(zhì)量，提高

28、分辨率、去粗取精、增加目視判讀的有用信息。n圖像分析目的n確定診斷目標(biāo)。n圖像后處理，使圖像更加清晰，便于影像醫(yī)生準(zhǔn)確的觀察圖像中病變的組織或器官的形態(tài)變化，定性的評價。81PACS中圖像處理技術(shù)n圖像理解n弄清圖像中有價值信息與病變組織或器官的性質(zhì)、生理、生化、機(jī)能等方面改變程度的定量評價，為診療決策提供科學(xué)依據(jù)。圖像理解圖像分析低大高小處理層次數(shù)據(jù)量圖像處理82數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)n再現(xiàn)性好再現(xiàn)性好n處理精度高處理精度高n處理速度快處理速度快n處理圖像手段靈活處理圖像手段靈活n易存儲易存儲n發(fā)展快發(fā)展快n操作簡單操作簡單n易傳輸易傳輸n安全安全n智能化智能化831、醫(yī)學(xué)圖像

29、的空間變換n圖像的空間變換n用數(shù)字建模的方法來描述圖像的位置、縮放、鏡像等幾何變化的方法，為醫(yī)生從各個方向、采用不同大小圖像進(jìn)行瀏覽和觀察提供有效、便捷的途徑。n圖像旋轉(zhuǎn)n縮放和鏡像841、醫(yī)學(xué)圖像的空間變換n圖像的空間變換數(shù)學(xué)模型n變換矩陣n建立一幅圖像與變換后的圖像中所有點(diǎn)之間映射關(guān)系。33變換矩陣UVw1=XYwT變換矩陣851、醫(yī)學(xué)圖像的空間變換n圖像旋轉(zhuǎn)n縮放和鏡像T=hcoshsin ahsin hcos b 0 0 1 h為放大系數(shù)，a,b為平移量862、醫(yī)學(xué)圖像的增強(qiáng)技術(shù)n圖像增強(qiáng)技術(shù)n采用一些變換技術(shù)來改善圖像的清晰度，將一些重要的內(nèi)容增強(qiáng)突出，同時將一些不重要的內(nèi)容進(jìn)行抑制

30、，以適應(yīng)人眼的觀察和機(jī)器的自動分析。87圖象處理與分析常見方法n(1)圖像恢復(fù)n(2)圖像增強(qiáng)n(3)邊緣檢測 n(4)圖像分割n(5)圖像測量n(6)圖像壓縮n(7)圖像配準(zhǔn)與融合n(8)三維成像88常見的圖像處理方法n開窗顯示技術(shù)n開窗技術(shù)通過軟件的方法在普通顯示器上分段顯示高精度醫(yī)學(xué)圖像的信息。n在不影響視覺效果的前提下，將高精度圖像的灰度級逐段映射為窗寬為256級灰度值，使高精度圖像的各個灰度區(qū)間的細(xì)節(jié)得到充分的顯示。89n灰度變換n亮度和對比度調(diào)節(jié)：n亮度調(diào)節(jié)可以通過增加或減少所有像素點(diǎn)的灰度值來實(shí)現(xiàn)；n對比度調(diào)節(jié)可以通過對比度線性展寬完成。n自動灰度范圍調(diào)節(jié)：實(shí)現(xiàn)圖像的自動灰度變換

31、，增加圖像細(xì)節(jié)區(qū)的灰度動態(tài)范圍來增加對比度，從而達(dá)到增加圖像清晰度的目的。90n圖像的直方圖均衡處理n什么是灰度直方圖？n一幅數(shù)字圖像中像素灰度統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。91n圖像的直方圖均衡處理n什么是灰度直方圖？92n圖像的直方圖均衡處理n什么是灰度直方圖？n對一幅數(shù)字圖像所包含的全體像素的灰度值做統(tǒng)計(jì)，并且用橫坐標(biāo)表示灰度值，縱坐標(biāo)表示圖像中該灰度值的像素?cái)?shù)目，或該灰度值的像素?cái)?shù)目在總的的像素?cái)?shù)目中所占比例，這樣繪制的圖像稱為灰度直方圖。93n圖像的直方圖均衡處理n灰度直方圖是圖像質(zhì)量的表現(xiàn)。n代表圖像明暗程度、細(xì)節(jié)清新度和動態(tài)范圍。9495n圖像的直方圖均衡處理n直方圖的變換n對圖像中起到主要作用的

32、灰度值展寬，對圖像不起主要作用的灰度值進(jìn)行歸并，n使圖像灰度信息分布的盡可能均勻，n增加了像素灰度值的動態(tài)范圍，從而達(dá)到了增強(qiáng)圖像整體對比度、清晰圖像細(xì)節(jié)的目的。96n圖像增強(qiáng)n去掉使圖像質(zhì)量劣化的各種因素，如各類噪聲和畸變等；n改善圖像視覺效果，以便從圖像中提取所包含有用信息。n圖像增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)方法n空間域n頻域：傅立葉變換、傅立葉逆變換97n圖像增強(qiáng)n空間域圖像增強(qiáng)技術(shù)n基于灰度直方圖的變換處理n圖像平滑：去除噪聲，改善質(zhì)量n圖像銳化：增強(qiáng)圖像邊緣，提高視覺效果n偽彩色增強(qiáng)n將灰度圖像映射為偽彩色圖像處理。98n邊緣提?。簄邊緣是圖像中具有不同平均灰度的兩個區(qū)域之間的邊界，邊緣提取是基于圖像中

33、對象與背景之間在灰度特性上存在著某種突變性（或不連續(xù)性）進(jìn)行的一種處理技術(shù)。n圖像邊緣保留了原始圖像中重要的信息，獲得圖像的邊緣輪廓，使圖像簡明清晰，有利于輔助醫(yī)生進(jìn)行診斷。99n圖像測量n測量圖像的幾何特性（面積、形狀、圓周等）、強(qiáng)度特性（灰度分布：均值、標(biāo)準(zhǔn)差等）、顏色特性（顏色、顏色分布）、紋理特征（細(xì)微結(jié)構(gòu)：定量地表示小距離內(nèi)灰度值的變化）。n通過圖像處理技術(shù)獲得盡可能準(zhǔn)確的各種定量信息，可以為醫(yī)生分析和診斷病灶區(qū)癥狀、判斷病情的發(fā)展起到重要的輔助作用。100n圖像恢復(fù)n目的是改進(jìn)圖像質(zhì)量，將圖像中的干擾信息去除。n在圖像獲取時會有一些干擾因素導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。如CT掃描時患者的呼吸、

34、心跳等不僅造成圖像模糊，甚至產(chǎn)生偽像。n通過變換、濾波等算法可以去除干擾。101圖像配準(zhǔn)與融合n圖像分類 -根據(jù)圖像信息內(nèi)涵n解剖結(jié)構(gòu)圖像：高分辨率，提供臟器解剖結(jié)構(gòu)信息。如CT、MRI、B超。n功能結(jié)構(gòu)圖像：分辨率低，提供臟器的功能代謝信息，如PET、SPECT102圖像配準(zhǔn)與融合n圖像配準(zhǔn)基本概念n將一幅圖像上的點(diǎn)映射到另一幅圖像相應(yīng)點(diǎn)的過程。n待配準(zhǔn)的圖像來源n不同時間n不同設(shè)備n從不同角度獲得二維或三維視圖103圖像配準(zhǔn)與融合n圖像配準(zhǔn)基礎(chǔ)n尋找兩副圖像數(shù)據(jù)集之間的幾何變換關(guān)系，與灰度變換關(guān)系，將兩副圖像的坐標(biāo)空間轉(zhuǎn)換到同一個標(biāo)準(zhǔn)空間的過程。n模板配準(zhǔn):n把標(biāo)準(zhǔn)圖形（模板）放在圖像中，

35、觀察其相關(guān)性。如腦外科手術(shù)時手術(shù)器械與病人手術(shù)部位的配準(zhǔn)。n體視化配準(zhǔn)n指來自不同設(shè)備的圖像之間的配準(zhǔn)，或同一設(shè)備不同斷層之間的配準(zhǔn)。104圖像配準(zhǔn)與融合n圖像配準(zhǔn)圖示105106圖像配準(zhǔn)與融合n什么是融合？n將具有不同成像機(jī)理的多個圖像合為一幅新圖像。n各種圖像配準(zhǔn)并構(gòu)成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集。n如病人頭部的某一個體素的X線圖像、MRI圖像、MRS圖像等，通過配準(zhǔn)形成一個新的圖像，包含以上各種圖像的屬性，既病人的計(jì)算機(jī)仿真模型。107n圖像分割n將圖像中具有特殊含義的不同區(qū)域區(qū)分開來，這些區(qū)域互相不交叉，每一區(qū)域滿足特定區(qū)域的一致性。n圖像分割可用特征n灰度、顏色、紋理/局部統(tǒng)計(jì)特征或頻譜特征。1

36、08三維重建n將掃描所獲得的斷層圖像數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)重新構(gòu)建解剖結(jié)構(gòu)的三維圖像，在醫(yī)學(xué)診斷、外科手術(shù)和放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)等方面有重要的臨床價值。109數(shù)字圖像處理系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)輸入圖像輸出圖像110111112113n數(shù)字圖像運(yùn)算：數(shù)字圖像運(yùn)算：數(shù)字圖像運(yùn)算是數(shù)字圖像處理的最基本技術(shù)，包括算術(shù)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算。n算術(shù)運(yùn)算有：加法、減法、乘法運(yùn)算等；n邏輯運(yùn)算有：求反、異或、或、與運(yùn)算等。114加法運(yùn)算：圖像合成、銜接等115減法運(yùn)算：如檢測同一場景兩幅圖像之間的變化在上圖中a為時間1的圖像，b為時間2的圖像，用圖像a和圖像b相減得到的是同一場景在兩幅圖像之間的變化。數(shù)字減影血管造影成像116常見的影像處

37、理系統(tǒng)n圖像處理軟件的選用三要素：n檢索n編輯n刪除無意義的影像，避免不必要的存儲；n把文字說明與相應(yīng)的圖像信息一并存入。n再處理n圖像編輯、對興趣區(qū)做圖像放大、窗位與窗寬調(diào)節(jié)、膠片打印等。117圖像處理系統(tǒng)功能包括n圖像處理功能n自定義顯示圖像的相關(guān)信息，如姓名、年齡、設(shè)備型號等參數(shù)，n提供縮放、移動、鏡像、反相、旋轉(zhuǎn)、濾波、銳化、偽彩、播放、窗寬/窗位調(diào)節(jié)等。n測量功能nROI值、長度、角度、面積等數(shù)據(jù)的測量、標(biāo)注、注釋等功能。118圖像處理系統(tǒng)功能包括n管理功能n支持設(shè)備間影像的傳遞，n同時調(diào)閱病人不同時期、不同影像設(shè)備的影像及報(bào)告功能，n支持DICOM3.0的打印輸出，n支持海量數(shù)據(jù)存

38、儲、遷移管理。119圖像處理系統(tǒng)功能包括n遠(yuǎn)程醫(yī)療功能n支持影像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程發(fā)送和接收。n系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能n支持用戶自定義窗寬/窗位值、顯示文字的大小、放大鏡的放大比例等。120n圖像處理新功能：n影像顯示功能標(biāo)準(zhǔn)化：如調(diào)窗寬/窗位值可通過鼠標(biāo)控制、圖像窗口顯示定位線等n計(jì)算機(jī)輔助功能：自動計(jì)算左右心室容量、射血分?jǐn)?shù)、標(biāo)注血管狹窄、鈣化位置、乳腺癌可疑點(diǎn)、提供PET-CT的標(biāo)準(zhǔn)吸收值等。n其他如多線讀取圖像、高效率用戶界面、用戶可設(shè)置的自動處理和掛片協(xié)議等。121常見醫(yī)學(xué)圖像處理軟件nMaterialise Simplant Pro v11.04 （CT資料轉(zhuǎn)化3D圖像工具）nMerge.eFi

39、lm.Workstation.v2.1.2+用戶手冊 1CD(在醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域排在首位的診斷和處理工具。它可以同時檢查多個圖像,進(jìn)行相互參考,測量,旋轉(zhuǎn),縮放和注釋)nMestREC.v 1CD（提供數(shù)據(jù)處理、可視化和分析高分辨率的核磁共振數(shù)據(jù)的功能）nSante.DICOM.Editor.v1.0.21 （DICOM編輯器，醫(yī)學(xué)用軟件，可以查看，處理以及編輯任何形態(tài)的DICOM圖像的工具）nSante.DICOM.Viewer.Pro.v1.0.21 （DICOM查看器，醫(yī)學(xué)用軟件，可以查看DICOM圖像的工具）122遠(yuǎn)程醫(yī)療n遠(yuǎn)程醫(yī)療概念遠(yuǎn)程醫(yī)療概念n遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展史遠(yuǎn)程醫(yī)療

40、發(fā)展史n遠(yuǎn)程醫(yī)療的應(yīng)用遠(yuǎn)程醫(yī)療的應(yīng)用123遠(yuǎn)程醫(yī)療概念遠(yuǎn)程醫(yī)療概念n利用通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)遠(yuǎn)距離提供醫(yī)學(xué)以及有關(guān)的信息服務(wù)。n包含遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)教育，遠(yuǎn)程會診、遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程治療、遠(yuǎn)程咨詢、遠(yuǎn)程護(hù)理、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)以及遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息服務(wù)。124遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展史遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展史n第一代遠(yuǎn)程醫(yī)療：主要通過電話、電視和衛(wèi)星傳送音頻視頻信號。n第二代遠(yuǎn)程醫(yī)療：主要是通過衛(wèi)星和綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（IDSL）做遠(yuǎn)程咨詢、會診、放射影像傳輸、遠(yuǎn)程會議、軍事醫(yī)學(xué)等。n第三代遠(yuǎn)程醫(yī)療：網(wǎng)絡(luò)傳輸高速，操作平臺簡單，遠(yuǎn)程應(yīng)用軟件多樣化，診療設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。125第一代發(fā)展歷史第一代發(fā)展歷史起源：遠(yuǎn)航船上海員治?。ㄒ唬┢鸩诫A段（20世紀(jì)50年代末至60年代末）美國國家宇航局調(diào)查失重狀態(tài)下宇航員的健康和生理指標(biāo)，建立遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)臺。內(nèi)布拉四加心理研究所與一家州立精神病院雙向遠(yuǎn)程心理咨詢。麻省總醫(yī)院與波士頓國際機(jī)場遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。（二）交流階段（ 20世紀(jì)60年代末至70年代中期）阿拉斯加州用AST-1衛(wèi)星開展遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。電話線遠(yuǎn)距離傳輸診斷及臨床數(shù)據(jù)126革新階段（70年代中后期至90年代初） 美國衛(wèi)星會診系統(tǒng)88年亞美尼亞地震，首次使用國際間遠(yuǎn)程醫(yī)療我國遠(yuǎn)洋貨輪上得急診的船員電報(bào)跨海會診。91年海灣戰(zhàn)爭，使用遠(yuǎn)程醫(yī)療救治士兵。