医学图像的复原.ppt

医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原1广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室第第5章章图像的复原图像的复原内容：内容：图像复原的概念图像复原的概念退化模型退化模型复原方法复原方法去除图像的运动模糊去除图像的运动模糊图像的几何畸变校正图像的几何畸变校正医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原2广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像的复原与退化图像的复原与退化 图像复原：对退化的图像进行处理，力求还原图像的本来面目。复原的过程是沿着质量降质（退化）的逆过程来重现原始图像。图像退化：图像退化：图像在形成、记录、处理和传输过程中，由于成像系统、记录设备、传输介质和处理方法的不完善，从而导致的图像质量下降。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原3广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室进化与退化医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原4广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室基本思路：基本思路：高质量图像退化了的图像复原的图像图像退化图像复原因果关系研究退化模型医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原5广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室实 例医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原6广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室 复原受正弦噪声干扰的图像(a)原图像(b)被正弦噪声干扰的图像(c)滤波效果图(a)(b)(c)医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原7广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室维纳滤波器应用(a)由运动模糊严重影响的图像 (b)用维纳滤波器恢复出的图像(a)(b)医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原8广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原9广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原10广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原11广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像退化典型表现：图像模糊、失真、有噪声图像退化的原因：（1）放大镜凸透变形；（2）摄影时照相机镜头的移动。复原方法：根据不同的退化模型，处理技巧和估计准则，导出各种不同的恢复方法。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原12广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室退化模型示意图退化过程 T f g恢复过程 T-1 g ff(x,y)H+g(x,y)n(x,y)退化模型退化模型医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原13广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室n是MN 维噪声向量，则退化模型医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原14广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像复原方法图像复原方法图像复原方法：图像复原方法：退化函数估计：退化函数估计：H的估计，噪声（的估计，噪声（n）的估）的估计。计。图像去噪：可以使用空间域或频率域滤波图像去噪：可以使用空间域或频率域滤波器实现器实现逆滤波逆滤波维纳滤波维纳滤波医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原15广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室退化参数的确定退化参数的确定 退化参数：h(x,y),n(x,y)图像恢复：对原始图像作出尽可能好的估计。已知退化图像，要作这种估计，须知道退化参数的有关知识。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原16广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室点扩展函数的确定点扩展函数的确定（一）运用先验知识:光学系统散焦 照相机与景物相对运动 根据导致模糊的物理过程（先验知识）来确定h(x,y)或H(u,v)。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原17广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室（1）光学散焦 d是散焦点扩展函数的直径,J1()是第一类贝塞尔函数。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原18广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室（2）照相机与景物相对运动 设T为快门时间，x0(t)，y0(t)是位移的x分量和y分量 医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原19广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室 点扩展函数的确定点扩展函数的确定（二）运用后验判断的方法 从退化图像本身来估计h(x,y)。（1）若有把握断定原始景物某部位有一个清晰的点，于是那个点再退回图像的模糊图像就是h(x,y)。（2）原景物含有明显的直线，从这些线条的退化图像得出h(x,y)。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原20广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室 点扩展函数的确定点扩展函数的确定 （3）有明显的界限 可以证明：界线的退化图像的导数平行与该界线的线源的退化图像。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原21广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室噪声的确定噪声的确定 要知道n(x,y)的统计性质，以及n(x,y)与f(x,y)之间的相关性质。一般假设图像上的噪声是一类白噪声。白噪声：图像平面上不同点的噪声是不相关的，其谱密度为常数。实用上，只要噪声带宽远大于图像带宽，就可把它当作白噪声。虽不精确，确是一个很方便的模型。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原22广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室常见噪声：高斯均匀对数正态瑞利指数厄兰医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原23广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室噪声的确定噪声的确定例：下图为原始图像和其直方图例：下图为原始图像和其直方图Histogram to go here医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原24广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原25广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原26广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室因为不同原因产生的噪音的分布是不同，可以通因为不同原因产生的噪音的分布是不同，可以通过分析图片中噪音的分布得到产生这些噪音的参过分析图片中噪音的分布得到产生这些噪音的参数，然后进行逆运算进行图像复原。数，然后进行逆运算进行图像复原。eg:维纳滤波要知道噪声的谱密度维纳滤波要知道噪声的谱密度约束最小平方滤波要知道噪声的方差约束最小平方滤波要知道噪声的方差医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原27广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像复原的滤波方法图像复原的滤波方法逆滤波逆滤波维纳滤波维纳滤波医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原28广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室逆滤波逆滤波 假定退化图像遵从以下模型在不考虑噪声的情况下 写成 医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原29广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室逆滤波逆滤波该恢复方法取名为逆滤波。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原30广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室逆滤波逆滤波有噪声情况:G(u,v)=F(u,v)H(u,v)+N(u,v)仍采用逆滤波器P(u,v)=1/H(u,v)作恢复滤波器。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原31广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室逆滤波逆滤波 逆滤波模型H(u,v)P(u,v)F(u,v)F(u,v)G(u,v)医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原32广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室维纳滤波维纳滤波 医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原33广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室维纳滤波维纳滤波可推出 医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原34广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室维纳滤波维纳滤波医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原35广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室维纳滤波例子维纳滤波例子模糊的噪声图像使用常数比率的维纳滤波的结果医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原36广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室维纳滤波例子维纳滤波例子原图像运动模糊图像复原后的图像医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原37广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室补充：图像的几何变换补充：图像的几何变换医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原38广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像的几何变换图像的几何变换图图像像的的几几何何变变换换包包括括了了图图像像的的形形状状变变换换和和图图像像的的位位置置变换。变换。图像的形状变换是指图像的放大、缩小与错切。图像的位置变换是指图像的平移、镜像与旋转。图像的仿射变换描述。图像的几何变换不改变像素的图像的几何变换不改变像素的值，只改变像素的位置。值，只改变像素的位置。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原86广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室几何畸变校正几何畸变校正在图像的获取或显示过程中往往会产生几何失真。在图像的获取或显示过程中往往会产生几何失真。这主要是由于摄像管摄像机及阴极射线管显示器的扫描偏转这主要是由于摄像管摄像机及阴极射线管显示器的扫描偏转系统有一定的非线性，因此会造成如图系统有一定的非线性，因此会造成如图5.4所示的枕形失真或所示的枕形失真或桶形失真。图桶形失真。图(a)为原始图像，图为原始图像，图(b)和图和图(c)为失真图像。为失真图像。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原87广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原88广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室 基本的方法:先建立几何校正的数学模型；其次利用已知条件确定模型参数；最后根据模型对图像进行几何校正。通常分两步：图像空间坐标的变换；确定校正空间各像素的灰度值（灰度内插）。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原89广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室 空间坐标变换 实际工作中常以一幅图像为基准，去校正几何失真图像。通常基准图像f(x,y)是利用没畸变或畸变较小的摄像系统获得，而把有较大的几何畸变系统所摄入图像用g(x,y)表示，其畸变形式是多样的。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原90广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室任意几何失真都可由非失真坐标系任意几何失真都可由非失真坐标系(x,y)变换到失真坐标系的变换到失真坐标系的方程来定义。方程的一般形式为：方程来定义。方程的一般形式为：设设f(x,y)是无失真的原始图像，而是无失真的原始图像，而g(x,y)是是f(x,y)畸变的结果，畸变的结果，这一失真的过程是已知的，并且用函数这一失真的过程是已知的，并且用函数h1和和h2定义。于是有：定义。于是有：医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原91广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室 几何校正1已知h1(x,y)和h2(x,y)条件下的几何校正 若我们具备先验知识h1(x,y)、h2(x,y)，则希望将几何畸变图像g(x,y)恢复为基准几何坐标的图像f(x,y)。几何校正方法可分为直接法直接法和间接法间接法两种。直接法：先由 推出 ，然后依次计算每个像素的校正坐标值，保持各像素灰度值不变，这样生成一幅校正图像，但其像素分布是不规则的，会出现像素挤压、疏密不均等现象，不能满足要求。因此最后还需对不规则图像通过灰度内插生成规则的栅格图像。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原92广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像处理常用插值方法图像处理常用插值方法最邻近插值法最邻近插值法设设i+u,j+v(i,j为正为正整数，整数，u,v为大于为大于零小于零小于1的小数，的小数，下同下同)为待求像素为待求像素坐标，则待求像素坐标，则待求像素灰度的值灰度的值f(i+u,j+v)如图所示如图所示.如如果果(i+u,j+v)落在哪落在哪个区，则将此区的个区，则将此区的灰度值赋给待求像灰度值赋给待求像素素医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原93广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像处理常用插值方法图像处理常用插值方法最邻近插值法的问题最邻近插值法的问题(nearstneighbour)最邻近元法计算量较小，但可能会造成插值生成的最邻近元法计算量较小，但可能会造成插值生成的图像灰度上的不连续，在灰度变化的地方可能出现图像灰度上的不连续，在灰度变化的地方可能出现明显的锯齿状。明显的锯齿状。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原94广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像处理常用插值方法图像处理常用插值方法双线性插值法双线性插值法(Bilinear)双线性内插法是利用待双线性内插法是利用待求象素四个邻象素的灰求象素四个邻象素的灰度在两个方向上作线性度在两个方向上作线性内插，如图所示。内插，如图所示。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原95广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像处理常用插值方法图像处理常用插值方法对于对于(i,j+v)有：有：同理，对于同理，对于(i+1,j+v)有有:对于对于(i,j+v)和和(i+1,j+v)有关于有关于u的线性关系，得的线性关系，得医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原96广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像处理常用插值方法图像处理常用插值方法医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原97广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像处理常用插值方法图像处理常用插值方法三次插值法（三次插值法（Bicubic）利用三次多项式利用三次多项式S(x)求逼近理论上最佳插值函数求逼近理论上最佳插值函数sin(x)/x,其数学表达其数学表达式为：式为：待求像素的值为：待求像素的值为：三次曲线插值方法计算量较大，但插值后的图像效果最好。三次曲线插值方法计算量较大，但插值后的图像效果最好。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原98广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像处理常用插值方法图像处理常用插值方法其中：其中：医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原99广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图像处理常用插值方法图像处理常用插值方法医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原100广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室 几何校正间接法：设恢复的图像像素在基准坐标系统为等距网格的交叉点，从网格交叉点的坐标（x,y）出发算出在已知畸变图像上的坐标(x,y)，即 虽然点（x,y）坐标为整数，但(x,y)一般不为整数，不会位于畸变图像像素中心，因而不能直接确定该点的灰度值，而只能由其在畸变图像的周围像素灰度内插求出，作为对应像素（x,y）的灰度值，据此获得校正图像。由于间接法内插灰度容易，所以一般采用间接法进行几何纠正。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原101广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室 几何校正式中N为多项式的次数，aij和bij为各项系数，aij,bij为待定数。2h1(x,y)和h2(x,y)未知条件下的几何校正 在这种情况下，通常用基准图像和几何畸变图像上多对同名像素的坐标来确定h1(x,y)和h2(x,y)。假定基准图像像素的空间坐标（x,y）和被校正图像对应像素的空间坐标(x，y)之间的关系用二元多项式来表示。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原102广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室可从基准图像上找出三个点（r1,s1）,(r2,s2),(r3,s3)，它们在畸变图像上对应的三个点坐标为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)。把坐标分别代入上式，并写成矩阵形式 在这种情况下，通常用基准图像和几何畸变图像上多对同名像素的坐标来确定h1(x,y)和h2(x,y)。当N=1时，可用线性变换表示：几何校正医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原103广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室 几何校正 则可解联立方程或矩阵求逆，得到ai、bi系数，这样h1(x,y)和h2(x,y)确定了，则可用已知h1(x,y)和h2(x,y)的间接法校正几何失真的图像。医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原104广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室图 像 配 准医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原105广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室小结小结本节课学习了：本节课学习了：图像退化与数学模型图像退化与数学模型图像复原技术图像复原技术逆滤波复原逆滤波复原维纳滤波器维纳滤波器噪声模型噪声模型运动模糊图像的复原运动模糊图像的复原几何畸变校正几何畸变校正下节课学习图像的分割与特征分析下节课学习图像的分割与特征分析医学图像处理医学图像处理图像的复原图像的复原106广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室广东药学院医药信息工程学院图像处理教研室谢谢聆听谢谢聆听!