数字影像基本理论

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量化
8 bits 256 levels
4 bits 16 levels
2 bits 4 levels
1 bit 2 levels
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采样和量化
量化
采样过程决定了数字图像的空间分辨率， 量化过程决定厂数字图像的密度分辨率。
采样
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ຫໍສະໝຸດ Baidu 信息采集 量化
转换
图像显示
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转换的核心问题
放大
模/数转换
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数字影像的常用术语
滤波函数
•又称重建算法，是指CT影像重建时所采用的数学 处理方法。重建算法不同，得到的影像效果不问。 • 在X线数字成像中，影像上观察到的亮度水平中随 机出现的波动称为噪声。 • 信噪比是信号噪声比的简称，是图像质量控制参 数之一。 • 在照片或显示器上所呈现的黑白图像上的各点表 现出不同深度灰色。

[答案]：E
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频率处理
空间频率处理技术是一种边缘锐化技术，它是通过对
频率响应的凋节突出边缘组织的锐利轮廓。 频率等级(frequency rank，RN)
低频等级(0-3)：用于增强大结构，软组织、肾脏和其他
结构器官的轮廓 中频等级(4-5)：用于增强普通结构，肺部脉管和骨骼 轮廓线 高频等级(6-9)：用于增强小结构，比如微细骨结构、 肾小区等
C. 可完成血管造影与非造影影像的减影职能 D. 时间减影是作对比剂注射前、后的影像减影
模／数转换 （ADC)
数／模转换 (DAC)
• 模/数转换是把模拟信号转换数字的形式 即把连续的模 拟信号分解为彼此分离的信息，并分别赋予相应的数字 量级，此过程为模/数转换。 • 数／模转换实际是摸/数转换的逆转。它把二进制数字影 像转变为模拟影像，即形成视频影像显示在显示器上。
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例题
关于数字X线成像方法的叙述，错误的是：
2
第一节 数字影像基础
第二节 数字X线影像的形成
第三节 数字影像处理
了解 了解 熟练掌握 掌握 掌握
模拟与数字
矩阵与像素 数字影像的常用术语
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两个概念：模拟信号与数字信号
在信息科学中，能够计数的离散量 称为数字信号，不能计数的连续量
称为模拟信号。 模拟信号：机械表 数字信号：电子表
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一般概念
组织信息的一维数据转变为图像矩阵的过程。 指像CT或MR的原始数据重建图像的过程。 DR的体层摄影的重建 重建的方法
反投影法
分析法—傅立叶反演法
滤波反投影法 卷积投影法
二维傅立叶变换法
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灰度处理
主要用来改变影像的对比度、调节图像的整体密 度
高宽容度的影像，来实现对比度和光学密度的调
綦维维
北京大学人民医院 放射科 2008 .3
1
大纲
章节 主要内容 模拟与数字 矩阵与像素 数字影像的常用术语 采集 量化 转换 显示 图像滤过 图像降噪 图像强化 图像重建 灰阶处理 频率处理 均衡处理 技士 了解 了解 了解 掌握 掌握 掌握 掌握 技师 掌握 掌握 掌握 熟练掌握 熟练掌握 熟练掌握 熟练掌握 掌握 掌握 掌握 掌握 掌握 掌握 掌握 主管技师 掌握 熟练掌握 熟练掌握 熟练掌握 熟练掌握 熟练掌握 熟练掌握 熟练掌握 掌握 掌握 熟练掌握 熟练掌握 熟练掌握 熟练掌握
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模拟与数字 矩阵与像素
数字影像的常用术语
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数字影像的常用术语
原始数据(row data)
• 由探测器即X线接收器直接接收到的信号，经放大后再通过模 ／数转换所得到的数据称为原始数据
影像数据(image data)
• 重建后某幅图像的数据。对CT而言，是层面影像各像素的CT 值，对CR、DR而言，是构成图像的矩阵中每一个像素点的值。

［答案］：A
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例题
屏/片与数字平板X线摄影的共同之处是
A. 图像存储
B. 成像能源
C. 转换介质 D. 成像方式 E. 传输方式

［答案］：B
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图像降噪 图像强化 图像重建 灰度处理 频率处理 均衡处理
图像的拼接 能量减影和时间减影 X线体层摄影的重建 （图像重建）
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目的
对图像数据处理的作用是提高图像 在空间分辨率、锐利度、对比度分
节，从而达到图像的最佳显示。
转换 光密度 特性曲线 灰度
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Fuji CR中使用的灰度调节参数
谐调曲线类型
(GT) 旋转中心 (GC) 旋转量 (GA) 谐调曲线移动量 (GS)
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例题
CR的调谐处理参数包括
A. 调谐类型(GT)
B. 旋转量(GA)
C. 旋转中心(GC) D. 谐调移动量(GS) E. 以上都是
模拟
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一般概念
数字
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例题
下列哪些是模拟影像 A. 普通X线摄影的照片 B. X线透视荧光图像 C. IP板潜影 D. CR影像 E. DR影像 F. CT图像
[答案]：A B C
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何为模拟影像 数字影像
模拟图像在水平和垂直两个方向上的像点位置变化，
以及每个像点位置上的密度(或亮度)变化都是连续的
数字化图像是由许多不同密度的点组成的，每个密度
点的大小是一个均值，密度值也是一个用一定量化的 数值表示。
数字化
模拟量
模/数转换器
数字量
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模拟和数字互换
同一幅图像有两种表现形式
DR图像打印成胶片
胶片通过扫描仪扫描到PACS中
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数字图像的优势
数字图像的密度分辨率高（动态范围大）
数字图像可进行后处理
重建(reconstruction) 采集时间
• 用原始数据经计算而得到影像数据的过程称为重建。重建一 般采用专门的计算机来完成，它受主计算机的控制。
(acquisition time)
重建时间 (reconstruction time)
• 指获取—幅图像的原始数据所花费的时间
• 重建时间系指计算机用原始数据重建成影像数据矩阵所需要 的时间。
存储一幅矩阵大小为4096×4096，动态范围为12位的
胸部图像，不压缩的话最少需要占用多大的计算机容 量？ 解答：这是一个4096×4096的矩阵，灰度梯度为212。 矩阵大小 灰度梯度 1字节

4096×4096
12位 8位 16,777,216 ×12/8字节 ＝25,165,824 字节或大约25 M 通常16,777,216 ×2=33,554,432字节 约33M
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例题
解决常规X线摄影的数字化问题的核心部分是
A. 三维信号的数字采集
B. 二维信号的数字采集
C. 三维信号的图像采集 D. 二维信号的图像采集 E. 三维信号的图像处理

[答案]：B
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信息采集
量化
转换 图像显示
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量化
量化是指将连续变化的灰度或密度等模拟信
息，转化成离散的数字信息的过程，也就是 在振幅方向上用适当的间隔将被样本化的信 号分配到临近规定值中的过程。 Bit值，灰度值，位宽，2N表示，N为位宽。 量化级数少，会出现伪轮廓状伪影
成像中常提到噪声主要是量子噪声，由接受的
X线量控制
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图像强化
所谓图像强化，是指通过将图像上重要内容突出强化，
同时将不重要内容进行抑制以达到改善图像质量的办 法。 边缘强化 I’(j,k) = I(j,k) + ß( I(j,k) - I(j,k))
原始 I[j,k]
Signal Signal
提高微细强度差异的可 察觉性，同时也降低了 较大差异的幅度。
也就是说在不影响骨结
构的观察同时，也同时 使软组织显影，并且对 比度没有太大减少
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图像的拼接、减影和X线体层摄影的重建
50
例题
CR的空间频率处理、减影处理的叙述，正确 的是
A. 空间频率处理是系统对空间频率响应的调节
B. 频率处理三个参数：RN、RT、RE
数字图像的存储、调阅、传输或拷贝更加方便
提高工作效率和出错率，保护了患者 得益于计算机技术的发展
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例题
数字摄影可降低病人受照剂量的原因包括
A. 拍摄剂量降低 B. 无废片 C. 减少不必要的抓拍等待 D. 具有脉冲透视和图像保持功能 E. 胶片数量减少
[答案]: A D
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例题
平滑化后 I[I,k]
Kernel
Pixel Values =Average (all Pixel Values in Kernel)
差别: 原始- 平滑化后 ß*I(j,k) - I(j,k)
Signal Signal
增强: 原始 + ß * 差别
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图像重建
图像重建是指运用一定的数学汁箅方法，将含有人体
下列属于数字化影像设备的有 A. CT
B. MR C. B超 D. CR E. DSA
[答案]: A B D E
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模拟与数字
矩阵与像素
数字影像的常用术语
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定义
矩阵（matrix） 它是表示一个横成行，纵成
列的数字方阵 影像矩阵（image matrix） 显示矩阵（display matrix） 像素（pixel） 又称为像元，指组成图像矩 阵的基本单位。像素是一个二维概念，大小 可由像素尺寸表示。
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例题
显示野、矩阵、像素值三者关系的论述，错误的是
A. 显示野不变，矩阵加大，像素值变小
B. 显示野不变，矩阵加大，图像分辨率提高
C. 显示野不变，矩阵加大，图像重建时间长 D. 矩阵不变，加大显示野，提高图像清晰度
E. 矩阵不变，像素值减半，显示野面积缩小为1/4

[答案]： D
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例题
辨率和信噪比等方面的视觉效果， 向观察者传送最大的信息量。
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例题
X线影像的转换介质不包括
A. IP
B. 荧光屏
C. 影像增强器 D. 滤线栅 E. 屏-胶系统

［答案］：D
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图像降噪
CR影像上的噪声主要包括
X线量子斑点噪声、光激励发光噪声、成像板结
构噪声、电子噪声、激光功率噪声以及量化噪 声。 滤波的基本方法 均值滤波：高斯噪声 中值滤波：椒盐噪声
噪声(noise) 信噪比 (SNR或S／N)
灰阶(gray level)
比特(bit）
• 比特是信息量的单位，在二进制中。1位二进制所 包含的信息量称为1比特。
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数字影像的常用术语
伪影(artifact)
• 系指在成像过程中产生的错误图像特征。伪影是附加在 正常图像上的异常图像，它会干扰对正常图像的判读。
A. 胶片数字化仪是数字化X线成像方式
B. 计算放射摄影是数字化X线成像方式
C. 非直接转换技术是数字化X线成像方式 D. 直接转换技术是数字化X线成像方式 E. 硒鼓技术用于直接放射成像技术

［答案］:A
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信息采集
量化 转换 图像显示
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信息采集
高压发生器 球管 射线透过人体 潜影
量化 转换
显示
片盒
片盒
平板检测器
显示器
CR 硬盘
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信息采集重点
X线接收器接收X线 进行采样 将收集到的模拟信号冉转换成数字形式，与此同时并将图像 分割成若干个小单元，这种处理称为空间采样简称采样。 采样点大小和采样间隔 相邻两个采样点之间的间隔称为采样司隔。 对大小相同的图像而言，采样间隔越小，图像的像素数越多， 像素尺寸就越小，图像空间分辨率就越好。 采样定理：混叠伪影（aliasing） 所用的采样频率必须为原始图像信息中所包含的最高频率的2 倍以下，即满足“采样定理” 如果一个信号1秒变化一次，就必须用0.5秒的间隔进行采样。
频率增强(degree of enhancement，RE) 频率类型(frequency type，RT)
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空间频率概念
+
+
+
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例题
属于空间频率处理技术的是
A. 旋转量 B. 移动量 C. 基础曲线 D. 频率等级 E. 旋转中心
[答案] ：D
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均衡处理
对比度均衡主要是为了
14
5×5的矩阵 （5mm×5mm）
1 2 3 4 5
1mm×1mm 的像素
2
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重建像素大小=视野大小/矩阵大小
4
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矩阵、像素与图像关系
像素尺寸影响图像的空间分辨率
像素尺寸小，细节好，空间分辨率高 像素尺寸大，细节差，空间分辨率低
如果视野大小固定
矩阵越大，像素尺寸越小
矩阵减少，像素尺寸增加
模/数转换器是实现图像数字化的 核心部件
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例题
能将模拟信号转换为数字信号的是
A. 探测器 B. 准直器 C. 阵列处理机 D. A/D转换器 E. D/A转换器
[答案]：D
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例题
摄影成像的程序是
A. 光或能量--信号--检测--图像形成
B. 检测--光或能量--信号--图像形成
C. 信号--检测--光或能量--图像形成 D. 信号--光或能量--检测--图像形成 E. 光或能量--检测--信号--图像形成