【正文】 atform. Key words: di Orthopaedic Image centroid extraction extraction of the centre of a circle 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 3 獨 創(chuàng) 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計 (論文 )，是本人在指導老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 畢業(yè)設計（論文）使用授權聲明 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 4 本人完全了解 濱州學院 關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定。 而實現(xiàn)醫(yī)學圖像的處理和分析是進行放射醫(yī)療診斷的前提和基礎 ，因此 具有相當重要的意義和價值 。 在臨床應用中常需要獲取醫(yī)學圖像的如區(qū)域質 心，圓弧的圓心及半徑及兩點間距離等量化信息，而目前很少有專門的應用軟件來解決這類具體問題。 本文所要研究的是對醫(yī)學骨科圖像的 處理 ，主要包括對醫(yī)學骨科圖像 的邊緣提取 ，區(qū)域質心，圓心半徑以及兩點之間 距離 的測量 等 。邊緣提取的方法有很多，如經(jīng)典邊緣提取算子 ，基于 數(shù)學形態(tài)學的邊緣提取方法等。其文件存儲的格式也非常多，因此在對圖像進行處理之前，我們有必要對這些進行一個基本的了解。因此灰度圖像的每個像素點上只包含一個量化的灰度級，用來表示該點的亮度水平，并且通常 用 1 個字節(jié)來存儲灰度值。 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 9 （ 3）彩色圖像 彩色圖像的數(shù)據(jù)不僅包含亮度信息，還包含顏色信息。這就是人們常說的 24 位真彩色。 （ 1） BMP 格式 BMP 是一種與硬件設備無關的 圖像 文件格式 ，使用非常廣。 由于 BMP 文件格式是 Windows 環(huán)境中交換與圖有關的數(shù)據(jù)的一種標準，因此在 Windows 環(huán)境中運行的圖形圖像 軟件 都支持 BMP 圖像格式 。 圖像中重復或不重要的資料會被丟失，因此容易造成 圖像數(shù)據(jù) 的損傷 。ACR 和 NEMA 聯(lián)合組成委員會，在參考了其他相關國際標準 （ CNET25 JIRA、 IEEE、 HLANSI 等）的基礎上，聯(lián)合推出了醫(yī)學數(shù)字圖像存儲與通信標準，即 DICOM 標準。文件頭由 128 個預定義引導字節(jié)和 4字節(jié)前綴（“ DICOM”，用來判斷文件是否為 DICOM 文件）構成。 DICOM 文件的標簽格式為 (組號 ， 元素號 )，其中組號及 元素號各占兩個字節(jié) 。 VR一般為兩個字節(jié) ， 例如 ， 一個數(shù)據(jù)元素的 VR是 DA， 表示該數(shù)據(jù)元素中存儲的是日期型數(shù)據(jù) 。 (4) 數(shù)據(jù)域 (Value) 存放了該數(shù)據(jù)元素的數(shù)值 ， 該字段的數(shù)據(jù)類型由數(shù)據(jù)元素的 VR 確定 [3]。 目前 DICOM 圖像一般都是 16 位 ， 即其顯示范圍可以達到 65 536， 然而屏幕的顯示范圍只有 0～ 255， 故需要定義像素的 CT 值到屏幕對應的灰度值的映射 。imshow()函數(shù)能夠自動設置圖像窗口 ， 坐標軸和圖像屬性 [1]。 imshow(a，[])。 圖 像 邊緣檢測的 有以下幾個 基本步驟： （ 1）濾波。增強算法將鄰域中灰度有顯著變化的點突出顯示。最簡單的邊緣檢測是梯度幅值閾值判定。 圖 邊緣檢測的流程 經(jīng)典邊緣算子簡介 特征提取作為圖像邊緣檢測的一個重要內容，發(fā)展了眾多的方法。 經(jīng)典邊緣算子 (1) Roberts 邊緣 算子 Roberts 算子是一種利用局部差分算子尋找邊緣的算子，由 式 31給出： ={[ ),( yxf )1,1( ?? yxf ]2 +[ ),1( yxf ? )1,( ?yxf ]2 } 21 (31) 其中 是具有整數(shù)像素坐標的輸入圖像，平方根運算使該處理類似于在人類視覺系統(tǒng)中發(fā)生的過程。 Sobel 使用的 窗口算子如 圖 所示 (一個水平方面 ， 一個垂直方面 )。 (d)利用 2個卷積的值 ， 計算梯度作為新的灰度值 。一般來說，距離越大，產生的影響越小 。該算子通常由公式 35 表示： 2 ( , ) ( 1 , ) ( 1 , ) ( , 1 ) ( , 1 ) 4 * ( , )f x y f x y f x y f x y f x y f x y? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (3 5)? 式中 表示數(shù)字圖像中每個像素關于 X 軸和 Y 軸的二階偏導數(shù)之和，即處理后像素 處的灰度值， 是具有整數(shù)像素坐標的輸入圖像。高斯 拉普拉斯算子通常具有如下形式： 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 17 2224 2 21( ) ( ) (1 ) e xp ( )22rrGr ? ? ? ?? ? ? ? ? (3 6)? 式中，σ是方差， r 是離原點的徑向距離，即 ， 為圖像的橫坐標和縱坐標。 ◆高定位精度，即準確地把邊緣點定位在灰度變化最大的像素上。 Canny 方法也使用拉普拉斯算子，該方法與其它邊緣檢測方法的不同之處在于，它使用2種不同的閾值分別檢測強邊緣和弱邊緣，并且僅當弱邊緣與強邊緣相連時才將弱邊緣包含在輸出圖像中，因此這種方法容易檢查出真正的弱邊緣 [2]。 （ a）邊緣較弱的 （ b）邊緣有斷點的 （ c）邊緣較明顯 的 圖 三種具有代表性的目標圖片 使用各種 經(jīng)典算子 算子 對上面三張圖片 進行邊緣提取的效果 如圖 到圖 所示 : （ a）邊緣較弱的 （ b）邊緣有斷點的 （ c）邊緣較明顯的 圖 roberts 算子 （ a）邊緣較弱的 （ b）邊緣有斷點的 （ c）邊緣較明顯的 圖 sobel 算子 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 19 （ a）邊緣較弱的 （ b）邊緣有斷點的 （ c）邊緣較明顯的 圖 prewitt 算子 （ a）邊緣較弱的 （ b）邊緣有斷點的 （ c）邊緣較明顯的 圖 log 算子 （ a）邊緣較弱的 （ b）邊緣有斷點的 （ c）邊緣較明顯的 圖 canny 算子 由以上結果可以看出 ， sobel 算子和 prewitt 算子 對目標圖像處理的效果基本相同且 效果較好 ； roberts 算子和 Log 算子效果較差 ，提取邊緣不夠 明顯 ； canny 算子能很好的提取出圖像的邊緣，但由于 Canny 對弱邊緣敏感， 使得所需要邊緣沒能很好的分離出來 。形態(tài)學圖像處理的應用可以簡化圖像數(shù)據(jù)，保 持它們基本的形狀特性，并除去不相干的結構形態(tài)學。 腐蝕運算 可以用下圖來說明 ：在圖 中，左邊是被處理的圖象 X(二值圖象， 針對的是黑點 )，中間是結構元素 B，那個標有 origin 的點是中心點，即當前處理元素的位置。所有滿足上述條件的 a 點組成的集合稱做 X被 B膨脹的結果。可以看出，它包括 X 的所有范圍，就象 X膨脹了一圈似的。 開運算的描述 見圖 。這就是開運算的作用。一般來說，閉運算能夠填平 小孔 ，彌合小裂縫，而總的位置和形狀不變， 這就是閉運算的作用。這句話可以這樣來理解：在兩個小島之間有一座小橋， 把島和橋看做是處理對象 X，則 X 的補集為大海。所謂骨架，可以理解為圖象的中軸，例如一個長方形的骨架是它的長方向上的中軸線；正方形的骨架是它的中心點；圓的骨架是它的圓心，直線的骨架是它自身，孤立點的骨架也是自身 [2]。 （ a）邊緣較弱的 （ b）邊緣有斷點的 （ c）邊緣較明顯的 圖 數(shù)學形態(tài)學方法處理結果 由圖 （ a）和圖 （ b）可以看出數(shù)學形態(tài)的方法對于邊緣較弱的目標圖像提取效果很差而對于邊緣較明顯的目標圖像效果較好；由圖 （ b）可以看出數(shù)學形態(tài)學方法能夠將邊緣的斷點一定程度的連接起來，因此可以考慮用數(shù)學形態(tài)學的方法將有斷點的邊緣連接起來。 基于以上結果 可以考慮對圖像進行 邊緣提取操作前先對目標圖像進行歸一化的預 處理 。該圖像 I 的均值和方差定義為 式 37和 38： 11001( ) ( , )HWijM I I i jWH????? ?? (3 7)? 11 2001( ) ( ( , ) ( ) )HWijV A R I I i j M IWH???????? (38)? 歸一化后的圖像 G可用式 39表示（式中為給定標準值） ： 200200( ( ( , ) ( ) ) , ( , ) ,( , )( ( , ) ( ) ) ,.V A R I i j M IM I i j MVARG i jV A R I i j M IMVAR? ?????? ??? ??? 其 它 (39)? 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 25 綜上分析， 我們可以考慮對圖像先進行歸一化預處理 。本文針對臨床醫(yī)學對骨科圖像處理的具體要求，設計了一個對 醫(yī)學骨科圖像 進行 信息處理 的骨科圖像信息處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對區(qū)域質心，圓弧的圓心和半徑以及兩點之間的距離等信息的測量。 骨科圖像信息處理系統(tǒng)的 功能介紹 該 系統(tǒng)的 功能模塊組成 及實現(xiàn)的功能如下 : （ 1） 圖片的導入 模塊 (圖 ) 該部分由一個 “導入圖片” 按鈕和 一個圖片顯示 坐標軸組成 ，通過 按鈕將要處理的 目標 圖片導入 并顯示 到坐標軸上 。 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 28 圖 骨科圖像信息處理系統(tǒng)介面 圖 圖片導入模塊 圖 邊緣提取模塊 （ 3） 特征點的 測量和 顯示模塊 （如圖 ） 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 29 圖 特征點測量模塊 圖 運行結果顯示 該模塊由四個功能按鈕和一個信息顯示框組成，當點擊“質心提取 ” 按鈕時，區(qū)域的質心顯示在圖上，如圖 （ b）所示，同時質心的坐標信息顯示在信息框上，如圖 所示。 骨科圖像信息處理系統(tǒng)功能模塊的實現(xiàn) 該系統(tǒng)實現(xiàn)了對骨科圖像進行處理獲取了邊緣，并實現(xiàn)了對區(qū)域質心，圓弧的圓心和半徑以及兩點間的距離等信息的測量。最小二乘法是利用 法是用最簡的方法求得一些絕對不可知的真值，而令誤差平方之和為最小 [7]。 在編寫程序時 將最小二乘法編成一個函數(shù)