基于Matlab的X線醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)與直方圖處理方法

1、基于Matlab的X線醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)與直方圖處理方法【關(guān)鍵詞】平衡化；規(guī)定化；算法；atlab；圖像增強(qiáng)Xrayedialiageenhaneentandhistgrapressingethdsbasednatlab【Abstrat】AI:Tiprvethequalityfedialiagebyenhaningthelntrastdetails.ETHDS:Tpressingethds,thegraylevelhistgraequalizatinandthegraylevelhistgraregulatin,ereappliedtenhaneanXrayiageandthEirenhaneent

2、effetsereparedbyusingatlabtlbxfuntins.RESULTS:Bytheteansfalgrithhistgraequalizatinrregulatin,thedensegrayleveldistributinftheriginaliagebeaesparse,andtheutputiageasrefined.Theregulatinethdstrengthenedthediffiultlybserveddetails,hiletheequalizatinethdiprvedlessthelaldetailsfiage.NLUSIN:atlabtlbxishel

3、pfulfrsiplifyingtheprgraingandprvidesaplatfrfredialiagepressing.Theregulatinethdisbetterthantheequalizatinethdinpresentingthelaldetailsfedialiages.【Keyrds】equalizatin;regulatin;algriths;atlab;iageenhaneent【摘要】目的：改善醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量，使低比照度的圖像得到增強(qiáng).方法:利用atlab工具箱函數(shù)，采用灰度直方圖平衡化和灰度直方圖規(guī)定化的方法對(duì)一幅X線圖像進(jìn)展增強(qiáng)處理，并比擬它們的增強(qiáng)效果.結(jié)果:

4、用直方圖平衡化和規(guī)定化的算法，將原始圖像密集的灰度分布變得比擬稀疏,處理后的圖像視覺效果得以改善.直方圖平衡化對(duì)于部分細(xì)節(jié)增強(qiáng)不顯著，而直方圖規(guī)定化那么使不易觀察到的細(xì)節(jié)變得明晰.結(jié)論:使用atlab工具箱大大簡化了編程工作，為醫(yī)學(xué)圖像處理提供了一種技術(shù)平臺(tái).直方圖規(guī)定化法處理醫(yī)學(xué)圖像部分細(xì)節(jié)方面好于平衡化.【關(guān)鍵詞】平衡化；規(guī)定化；算法；atlab；圖像增強(qiáng)0引言根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)，研究和開展圖像處理工具，改善醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)1-2.圖像增強(qiáng)就是一種根本的圖像處理技術(shù)，增強(qiáng)的目的是對(duì)圖像進(jìn)展加工，以得到對(duì)醫(yī)務(wù)工作者來說視覺效果更“好更易于診斷的圖像.圖像增強(qiáng)根據(jù)圖像的模糊情況采

5、用了各種特殊的技術(shù)突出圖像整體或部分特征，常用的圖像增強(qiáng)技術(shù)有灰度變換、直方圖處理、平滑濾波高斯平滑，中值濾波、剃度增強(qiáng)、拉普拉斯增強(qiáng)以及頻率域的高通低通濾波等，這些算法運(yùn)算量大、算術(shù)復(fù)雜、處理速度低.針對(duì)這些問題，我們可以在atlab環(huán)境中，利用atlab提供的圖像處理工具箱，簡單快捷地得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)又可得到直觀圖示.其中，atlab工具箱中包括的圖像處理函數(shù)涵蓋了近期研究成果在內(nèi)幾乎所有的技術(shù)方法，都是由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)程度很高的專家編寫的，功能強(qiáng)大，集成在一個(gè)便于用戶使用的交互式環(huán)境之中，是易學(xué)、易用、高效的應(yīng)用工具箱.1材料和方法1.1材料所用圖像從百度(.baidu.)中下載某液氣胸

6、患者胸片，在indsXP環(huán)境下用atlab6.5軟件(athrks公司)進(jìn)展處理.對(duì)患者診斷時(shí)需理解肺臟萎縮的程度，肺內(nèi)病變情況以及有無胸膜粘連、胸腔積液和縱隔移位等，由于原圖表現(xiàn)出低比照度，使圖像中較暗細(xì)節(jié)看不清楚，采用增強(qiáng)處理可使原圖灰度集中的區(qū)域拉開或使灰度分布均勻，從而增大反差，使圖像細(xì)節(jié)明晰.1.2方法1.2.1圖像的預(yù)處理先判斷圖像的格式，由于獲取的圖片為真彩色圖像，既RGB圖像，那么可用rgb2gray()函數(shù)轉(zhuǎn)為灰度圖像.根據(jù)計(jì)算機(jī)的硬件條件將圖像的尺寸適當(dāng)縮小，因?yàn)獒t(yī)學(xué)圖像的數(shù)據(jù)很大，給圖像處理帶來很大的挑戰(zhàn)，為了減少運(yùn)算量同時(shí)加快程序的執(zhí)行速度，利用iresize()在保持

7、長度比不變的前提下把數(shù)據(jù)集整體縮小到原來的3/43.1.2.2直方圖平衡化histgraequalizatin直方圖平衡化是利用直方圖的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)展直方圖的修改，能有效的處理原始圖象的直方圖分布情況，使各灰度級(jí)具有均勻的概率分布，通過調(diào)整圖像灰度值的動(dòng)態(tài)范圍，自動(dòng)地增加整個(gè)圖像的比照度，以致圖像具有較大的反差，大部分細(xì)節(jié)比擬明晰.傳統(tǒng)算法根據(jù)直方圖增強(qiáng)技術(shù)理論：設(shè)原始圖像在x,y處的灰度為f,而改變后的圖像為g,對(duì)于離散圖像，那么對(duì)圖像增強(qiáng)的方法為：g=EH(f).EH(f)為映射函數(shù)，必須滿足兩個(gè)條件其中圖象的象素總數(shù)為n，分L個(gè)灰度等級(jí)：EHf在0fL-1范圍內(nèi)是一個(gè)單值單增函數(shù)；對(duì)于0f

8、L-1有0gL-1.那么直方圖平衡化法的映射函數(shù)為：gk=EH(fk)=ki=0niN=kI=0pf(fi)(k=0,1,2,L-1)0fk1根據(jù)該方程可以由原圖像的各象素灰度值直接得到直方圖平衡化后各象素的灰度值5.由于算術(shù)計(jì)算過程復(fù)雜，本文利用ATLAB的Iagetlbx工具箱中直方圖平衡化histeq()函數(shù)同樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的增強(qiáng)，iread()函數(shù)用于讀入各種圖像文件，ish()函數(shù)用于顯示圖像,ihist()函數(shù)用于顯示直方圖.在andind窗口執(zhí)行如下命令:lear,lseallQ=ireadD:/zhang.jpg);=rgb2gray(Q);I=iresize(,0.75);

9、J=histeq(I);ish(I);figure,ish(J);figure,ihist(I);figure,ihist(J);1.2.3直方圖規(guī)定化(histgraregulatin)臨床診斷中很多情況下對(duì)部分組織細(xì)節(jié)感興趣，直方圖規(guī)定化可以根據(jù)實(shí)際需要6靈敏地選擇某個(gè)灰度值范圍，增強(qiáng)該灰度值范圍內(nèi)的比照度，使直方圖成為某個(gè)特定形狀，可獲得比直方圖平衡化更好的效果.傳統(tǒng)算法如下：同平衡化方法，先對(duì)原始圖像平衡化：gk=EHf(fi)=ki=0pf(fi)(k=0,1,-1)這里設(shè)和N分別為原始圖和規(guī)定圖中的灰度級(jí)數(shù)，且只考慮N的情況.規(guī)定需要的直方圖，并計(jì)算能使規(guī)定的直方圖平衡化的變換：V

10、l=EHu(uj)=lj=0pu(uj)(l=0,1,N-1)將第一個(gè)步驟得到的變換反轉(zhuǎn)過來，即將所有pf(fi)對(duì)應(yīng)到pu(uj)中，也就是將原始直方圖對(duì)應(yīng)映射到規(guī)定的直方圖.實(shí)際上是以平衡化為橋梁，選取適當(dāng)?shù)哪硞€(gè)灰度值范圍內(nèi)的比照度5.這個(gè)過程在ATLAB中這樣實(shí)現(xiàn)，接著剛剛程序運(yùn)行如下代碼:hgra=0:255=histeqI,hgra);figure,ish();figure,ihist()其中hgra是由自己指定的矢量,規(guī)定將原始圖像的直方圖變換成hgra,hgra中的每個(gè)元素都在0,255之間.2結(jié)果用本文算法對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)展的增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，得到處理后圖像圖1.經(jīng)圖像預(yù)處理后，顯示結(jié)果為

11、：原圖像真彩色是6008003的矩陣，大小為1.44；轉(zhuǎn)為灰度圖像后是600800的矩陣,大小為0.48；縮小后的圖像是450600的矩陣，大小為0.27.由此可見矩陣是大大縮小了，轉(zhuǎn)為可以處理的二維灰度圖像(圖1A1).原圖1A1看到圖像模糊不清,動(dòng)態(tài)范圍小,整個(gè)圖像呈現(xiàn)低比照度，在圖1A2上反映為圖像灰度范圍狹窄.直方圖平衡化的結(jié)果使整圖比照度明顯增強(qiáng),但它的詳細(xì)增強(qiáng)效果不易控制,在一些較暗的區(qū)域有些細(xì)節(jié)仍不太清楚,比方在圖1B1看到被壓縮的胸膜臟層與肋骨重疊，周圍的細(xì)節(jié)比擬模糊.直方圖規(guī)定化后圖11看起來更自然，視覺效果要好，容易看出邊緣有臟層胸膜形成的纖細(xì)的致密影,在左側(cè)胸腔外側(cè)壁為一

12、包裹性胸積液，其陰影上部有透亮的氣體影及液平，而不和其他胸膜腔相通，患側(cè)肺受不同程度的壓縮，縱隔向健側(cè)移位.規(guī)定化直方圖圖12跟平衡化直方圖圖1B2相比擬:規(guī)定化的灰度級(jí)得到足夠拉伸,而且充分利用了整個(gè)灰度區(qū)間內(nèi)的幾乎每一個(gè)灰度值來表現(xiàn)圖像的細(xì)節(jié)，從直方圖12上可以看出高灰度頻數(shù)較密集,所以變換的結(jié)果比平衡化中較暗區(qū)域的一些細(xì)節(jié)更為明晰，到達(dá)了對(duì)圖像細(xì)節(jié)進(jìn)展增強(qiáng)的目的.3討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，傳統(tǒng)的直方圖算法根據(jù)灰度直方圖的定義，推導(dǎo)出直方圖灰度變換函數(shù)，通過變換函數(shù)控制圖像在灰度級(jí)的概率密度分布而改變圖像的外貌，其算法需要大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，處理復(fù)雜、速度圖1圖像處理前后變化略慢，利用ATLAB工具

13、箱函數(shù)，可以方便快捷地實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的增強(qiáng)，速度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)算法；同時(shí)，直方圖規(guī)定化后圖像的視覺效果好于平衡化.直方圖平衡化的缺點(diǎn)是：變換后圖像的灰度級(jí)減少,某些細(xì)節(jié)消失；某些圖像,如直方圖有頂峰,經(jīng)處理后比照度不自然的過分增強(qiáng).相比于直方圖平衡化,直方圖規(guī)定化是需要變換直方圖使之成為某個(gè)特定的形狀,從而有選擇地增強(qiáng)某個(gè)灰度值范圍內(nèi)的比照度,使需要變換的細(xì)節(jié)更明晰7-8，如當(dāng)需要確定某個(gè)病灶的大小和形狀時(shí),用直方圖規(guī)定法可以明晰地理解病灶周邊的環(huán)境.我們認(rèn)為，通過對(duì)一副圖像的直方圖處理可以顯著的增強(qiáng)圖像，用直方圖處理方法，大大簡化了編程工作和數(shù)據(jù)計(jì)算，為醫(yī)學(xué)圖像處理提供了一種技術(shù)平臺(tái)，不僅對(duì)醫(yī)學(xué)圖

14、像的分析和診斷有著重要意義，而且對(duì)其他圖像的增強(qiáng)也有一定的參考價(jià)值.【參考文獻(xiàn)】1KiJ.EffetsfXrayandTiageenhaneentsntherbustnessandaurayfarigid3D/2DiageregistratinJ.edPhys,2022,32(4):866-873.2EilersPH.EnhaningsatterpltsithstheddensitiesJ.Biinfratis,2022,20(5):623-628.3ler.Usingatlabgraphis.6thed.TheathrksIn,2002:102-198.4JensenJA,Hl,JensenLJ,etal.UltrasundresearhsannerfrrealtiesynthetiaperturedataaquisitinJ.IEEETransUltrasnFerrelFreqntrl,2022,52(5):881-891.5章毓晉.圖像工程(上冊(cè)).北京:清華大學(xué)出版社,1999:72-98.6StarkJA.AdaptiveiagentrastenhaneentusinggeneralizatinsfhistgraequalizatinJ.IEEETransIagePr,2000