x射線圖像增強(qiáng)技術(shù)研究.doc

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1、第1章緒論1.1X射線圖像增強(qiáng)技術(shù)研究的目的和意義由于圖像有形象生動(dòng)、直觀具體、容易理解等特點(diǎn)，所以在很多領(lǐng)域都起著重要的作用，如：信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、天體氣象、通信工程、航空航天、醫(yī)療、軍事、教育等諸多領(lǐng)域中都有涉略。X射線圖像成像技術(shù)早已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和工業(yè)等領(lǐng)域，并且圖像增強(qiáng)處理在醫(yī)學(xué)、工業(yè)探傷和無(wú)損檢測(cè)【1】等方面都有很強(qiáng)的針對(duì)性及目的性，因此在現(xiàn)代社會(huì)中具有舉足輕重的作用。而對(duì)于一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域，例如航天領(lǐng)域，從太空傳輸回來(lái)的圖片需要進(jìn)行多種處理，還有醫(yī)學(xué)類領(lǐng)域，拍攝的人體照片需要進(jìn)行更精密的處理，在這個(gè)基礎(chǔ)上，對(duì)進(jìn)行圖像處理的圖片是要

2、盡可能提取多的信息。在21世紀(jì)，隨著人類社會(huì)的進(jìn)步與科技的發(fā)展，信息化時(shí)代早已到來(lái)。在這么多信息當(dāng)中如何篩選有用信息，并對(duì)信息進(jìn)行處理是當(dāng)前人們關(guān)注的方向。視覺(jué)是我們感覺(jué)中高級(jí)的感知之一，因此，圖像在人類感知中起著最重要的作用并不奇怪。早期，人們是通過(guò)模擬技術(shù)來(lái)形成X射線圖像的，這種算法被限制的原因是不易改善、儲(chǔ)存不便、管理困難。計(jì)算機(jī)和數(shù)字技術(shù)發(fā)展速度十分可觀，圖像形成技術(shù)已變?yōu)閿?shù)字式，不僅使圖像更清晰，而且可以將不同的診斷方法進(jìn)行對(duì)比，大大提高了人們對(duì)其判斷的正確性。同時(shí)，存儲(chǔ)管理更方便，省時(shí)省力高效。效率的應(yīng)用場(chǎng)合，比如硬件實(shí)現(xiàn)等方面，它得到了

3、廣泛應(yīng)用。而在當(dāng)今社會(huì)我們主要以彩色圖片傳遞信息，灰度圖像所承載的信息量已經(jīng)不夠我們當(dāng)今社會(huì)的信息傳遞了，因此這種方法只是用于將彩色圖像灰度化后使用。因此，該算法的優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡(jiǎn)單、運(yùn)算效率高、運(yùn)算速度快。X射線實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)，形成的圖像質(zhì)量很高，實(shí)現(xiàn)光盤存儲(chǔ)，成本大大降低。但是，高清度攝像機(jī)等一些主要部件不是國(guó)產(chǎn)，導(dǎo)致數(shù)字化成像系統(tǒng)的投入比較大，新型的CR、DR成像設(shè)備還未能廣泛應(yīng)用。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的一種方法是X光探傷，用來(lái)檢測(cè)工件的質(zhì)量、尺寸和形狀等特性。其被廣泛應(yīng)用的主要原因是在準(zhǔn)確地檢測(cè)出工件的質(zhì)量與缺陷的同時(shí)不會(huì)損壞工件的構(gòu)造

4、，同時(shí)，工業(yè)X射線檢測(cè)技術(shù)得出的數(shù)字圖像信息量大、層次豐富，但有背景噪聲，細(xì)節(jié)對(duì)比度差，圖像較模糊，視覺(jué)效果較差，這給工業(yè)中檢測(cè)中點(diǎn)等細(xì)節(jié)類型的診斷產(chǎn)生很大困擾。而診斷分析微弱細(xì)節(jié)缺陷恰是工業(yè)檢測(cè)的關(guān)鍵，因此對(duì)技術(shù)檢測(cè)得到的圖像進(jìn)行后續(xù)的圖像增強(qiáng)處理尤為重要。通過(guò)圖像增強(qiáng)技術(shù)處理后的X射線圖像，可以將更多的信息傳送給觀察者，從而利于對(duì)工件中的感興趣的部分進(jìn)行更加準(zhǔn)確地識(shí)別和檢測(cè)等，因此工業(yè)中X射線圖像增強(qiáng)技術(shù)的研究是一個(gè)很重要的課題。在醫(yī)學(xué)方面，1895年德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來(lái)，醫(yī)學(xué)X射線攝影技術(shù)【2】不斷發(fā)展，為人類社會(huì)做出了巨大貢獻(xiàn)。在傳

5、統(tǒng)的疾病診斷中，主要通過(guò)醫(yī)生讀片判斷病情，因此判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性則主要取決于醫(yī)生的醫(yī)學(xué)水平和臨床診斷經(jīng)驗(yàn)，普遍存在個(gè)人主觀性強(qiáng)等問(wèn)題。隨著X射線圖像的普及和發(fā)展，可以借助計(jì)算機(jī)來(lái)處理疾病所在位置的定位、解剖、分析等，然后將其進(jìn)一步用于醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)，從而讓人們對(duì)其進(jìn)行更準(zhǔn)確地判斷。由于X射線有著很強(qiáng)的穿透力，長(zhǎng)期經(jīng)受X射線的輻射對(duì)人體十分有害，因此對(duì)病人盡量避免多次照射，盡可能一次性生成有效圖像，減輕病人因此而受到的損傷。但是由于人體組織的復(fù)雜性，及成像過(guò)程中的噪聲干擾等，采集到的X圖像質(zhì)量與一般的灰度圖像比起來(lái)對(duì)比效果不好、顯示細(xì)節(jié)更多，另外，它能

6、在很大的空間內(nèi)進(jìn)行變化，如果醫(yī)生給病人看病時(shí)要發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，只有處理圖像，才能使圖像的效果得到改善。在X射線圖像形成發(fā)展過(guò)程中，提高成像的質(zhì)量一直是努力的方向。方法有兩種：一是提高硬件質(zhì)量，因?yàn)樵趫D像信息的采集和傳輸過(guò)程當(dāng)中，由于成像設(shè)備、傳輸系統(tǒng)的缺陷會(huì)或多或少的引入各種噪聲干擾，從而導(dǎo)致我們所獲得的圖像質(zhì)量有所下降；二是圖像后處理，即應(yīng)用圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理。醫(yī)學(xué)中X射線圖像處理技術(shù)主要包括圖像增強(qiáng)、圖像降噪和邊緣檢測(cè)等，其中圖像增強(qiáng)是最具吸引力的領(lǐng)域。目前一些圖像增強(qiáng)算法已經(jīng)被稱之為經(jīng)典，但新算法如雨后春筍快速的發(fā)展。圖像增強(qiáng)【3】指的是根據(jù)

7、特定的需求突出圖像中某些信息，同時(shí)減弱或去除某些不需要的信息。其主要目的是經(jīng)過(guò)處理后的圖像在某些特定的應(yīng)用中比原來(lái)圖像具有更好的效果。頻域法主要包括低通、高通和同態(tài)濾波算法等，主要目的是去除圖像噪聲或增強(qiáng)圖像邊緣。因此，為了能夠獲取更加準(zhǔn)確的圖像信息，通過(guò)相應(yīng)的方法對(duì)圖像進(jìn)行降噪也已經(jīng)成為備受關(guān)注的研究話題。四十多年的時(shí)間，數(shù)字圖像處理已迅速發(fā)展，變?yōu)榱艘婚T獨(dú)立的學(xué)科，圖像增強(qiáng)技術(shù)也逐步參與人類社會(huì)的方方面面，比如航空航天、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)、公共安全等。而對(duì)于一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域，例如航天領(lǐng)域，從太空傳輸回來(lái)的圖片需要進(jìn)行多種處理，還有醫(yī)學(xué)類領(lǐng)域，拍

8、攝的人體照片需要進(jìn)行更精密的處理，在這個(gè)基礎(chǔ)上，對(duì)進(jìn)行圖像處理的圖片是要盡可能提取多的信息。綜上所述，讓X射