【文章內(nèi)容簡介】 礎.圖像的采集是數(shù)字圖像處理的第1 步,采集并不局限于對人眼視覺功能的模仿,更是對人類認識、分析手段的拓展. 在醫(yī)學、天文學、自動字體識別、機器視覺、軍事識別、指紋自動處理和血樣分類處理等多個方面都不同程度地運用了圖像采集和數(shù)字化技術. ? 數(shù)碼攝像機（數(shù)碼視頻攝像機，DV）? 數(shù)碼照相機 　 優(yōu)點：無需膠卷、沖印、即拍即見、便于編輯傳輸。 數(shù)碼照相機可以與計算機連接，將照片影像輸入電腦保存，這樣不用擔心相處時間長了會變色，而且還能使用專門的照片圖像處理軟件對照片中不滿意的地方進行修補和高速使照片更加趨于完美。? 數(shù)字播放機（MP4/VCD/DVD）? 掃描儀? 用多媒體工具獲取的圖形、圖像并不能表達主題內(nèi)容，必須用適當?shù)墓ぞ哌M行加工處理，方可獲得符合要求、貼近主題的圖形、圖像。 (一)醫(yī)學成像方法醫(yī)學圖像是臨床診斷和醫(yī)學科學研究的重要手段，也是PACS系統(tǒng)的主要應用之處，醫(yī)學成像的主要方法有：，系統(tǒng)由裝有X線影像增強管的醫(yī)用X射線機和閉路電視系統(tǒng)配合而成。數(shù)字減影血管造影術是X線成像技術中用于診斷心血管疾病的重要新技術。為了克服普通X線攝影的缺點，尤其是影像重疊的缺點，20世紀70年代又出現(xiàn)了應用計算機圖像重建技術的XCT，XCT在臨床上，尤其是對于顱腦疾病具有較高的診斷價值。，目前應用于臨床的主要設備包括：B型超聲成像、彩色超聲多普勒血流成像及超聲CT，超聲對人體無害，適于檢查軟組織和作動態(tài)研究。，使用CT技術的核醫(yī)學成像稱之為ECT。根據(jù)使用的核素類型把ECT分為兩類：①單光子發(fā)射計算機斷層成像（SPECT）；②正電子發(fā)射計算機斷層成像（PECT）。由于受核素來源等限制，目前ECT尚未普及，但ECT具有特殊的優(yōu)越性，特別是PECT對于器官動態(tài)觀察、疾病早期診斷和基礎醫(yī)學研究等方面均具有重大作用。，不僅能提供物體的解剖學特征，而且還能反映核和周圍結構間相互作用的信息，能反映器官的整體代謝功能及其生理、生化狀態(tài)，是一種新型的重要成像技術。(二)圖像的獲取技術在放射科檢查中，大約70％的檢查結果保存在X線膠片上，包括顱骨、胸部、乳房、腹部和骨骼，因此，必須采用膠片數(shù)字化儀將圖像轉化為數(shù)字格式以便進行進一步的處理。膠片數(shù)字化儀主要有以下四種。(1)視頻掃描技術（video scanning system）：主要通過電視攝像機掃描X線膠片，并對獲得的視頻信號進行模數(shù)轉換從而得到數(shù)字化圖像，其特點是獲取圖像的速度快，操作簡單，價格便宜，但圖像質(zhì)量一般。(2)鼓掃描技術（drum scanner）：是一種機械設備，由旋轉的鼓、光源和檢測器所組成，轉換時，將膠片纏繞在鼓的表面并固定好，鼓內(nèi)光源發(fā)射光透過鼓表面的膠片，由鼓外的光檢測器檢測并將其轉化為灰階值從而得到數(shù)字化圖形。其特點是獲得的圖像質(zhì)量好，但轉換速度慢，固定膠片非常困難，設備價格高。(3)固態(tài)攝像技術（solid state camera）：主要采用電荷耦合器件（CCD，ChargeCoupled Device）實現(xiàn)圖像的數(shù)字化，圖像質(zhì)量優(yōu)于視頻掃描系統(tǒng)，但轉換時間較長。由于X線膠片數(shù)字化過程時間長、效率低，因此，需要一種不經(jīng)過膠片數(shù)字化過程的數(shù)字操作，直接從檢測設備獲得數(shù)字化圖像。最簡單的實現(xiàn)方法是類似膠片視頻掃描系統(tǒng)，直接從監(jiān)視器獲得模擬輸出，然后用幀捕捉方式將其轉化為數(shù)字圖像。另一種實現(xiàn)方法是在現(xiàn)有成像設備的基礎上改進圖像接收部件，如成像板和數(shù)字熒光X線攝影，由于不用改變現(xiàn)有的檢查過程，因此容易實現(xiàn)。較為復雜的方法是重新設計成像設備，包括X線源和圖像接收器，實現(xiàn)起來費用昂貴，如線陣和飛點掃描技術。(1)成像板（Imaging Plate，IP）技術發(fā)展于20世紀70年代末與80年代初，成像板系統(tǒng)由兩部分組成：成像板和激光掃描裝置。成像板是在平板上鍍上一層光可激發(fā)的熒光物質(zhì)，如活化銪鋇熒光鹵化物涂層，在X線照射下，這種熒光物質(zhì)可將吸收的X線部分能量存儲起來形成X線潛影。然后對曝光后的IP用波長663nm的氦氖激光束進行掃描，以激發(fā)其發(fā)射強度與入射X線量成正比的熒光，并將其轉化為數(shù)字X線圖像。IP上的殘余潛影經(jīng)可見光擦除后可以反復使用。(2)數(shù)字熒光X線攝影（digital fluorography）技術是在傳統(tǒng)的熒光攝影系統(tǒng)上增加數(shù)字化部件構成，運用了X線成像、影像增強、視頻掃描和數(shù)字化技術，輸出為連續(xù)的數(shù)字圖像。數(shù)字熒光X線攝影技術與傳統(tǒng)熒光攝影系統(tǒng)相比，其圖像具有更大的動態(tài)范圍，并可采用數(shù)字減影技術消除非檢測部位，從而增強檢測部位的圖像效果，如數(shù)字減影血管成像（Digita1 Subtraction Angiography，DSA）、雙能量減影成像（dualenergy imaging）等。(3)線陣掃描技術（line scan technique）采用一個與一維探測器組在同一平面的狹縫準直器將X線準直成一扇形X線束，通過被檢物體某一截面到達檢測器并轉換成圖像中的“行”信息，如果被檢物體相對于扇形X線束和探測器作水平運動，就能獲得一幅數(shù)字圖像。(4)飛點掃描技術（flyspot scan technique）是利用一準直成很細的X線束逐點對人體進行掃描以獲得一幅數(shù)字圖像。由于任一時刻人體只有很小的點接受X線照射，因此散射體積很小，但成像時間長。計算機斷層掃描術通過計算機重建圖像，因此，可以直接輸出數(shù)字圖像。這類成像設備包括：X線計算機斷層掃描術（Xray Computed Tomography，CT）、磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、超聲成像（Ultrasound Imaging）、單光子和正電子發(fā)射計算機斷層掃描術（SinglePhoton and Positron Emission Computed Tomography，SPECT and PET）和數(shù)字顯微成像等。數(shù)字化圖像信息采集包括兩方面任務：①數(shù)字化圖像的形成；②數(shù)字化圖像文件的采集。對各類成像系統(tǒng)（包括B超和彩超）來說，前者已由系統(tǒng)本身完成，數(shù)字化圖像信息采集的任務只是通過采集接口模塊或設備將數(shù)字化圖像信息從主機中取出，并構成數(shù)據(jù)文件存儲到存儲設備中去，供顯示或傳輸。對常規(guī)X線照相平面膠片數(shù)字化處理則包括上述兩方面任務。也就是說這類采集技術和設備就是成像系統(tǒng)的主機和各種膠片等硬拷貝同數(shù)字文件存儲設備之間的掃描輸入接口技術和設備。常規(guī)X線照相平面膠片數(shù)字化（包括其他硬拷貝圖像信息）設備主要有視頻分幀攝像機、數(shù)字化儀及對數(shù)字模式影像（CT、MR、超聲、核醫(yī)學影像）的收集等幾種。如圖1所示。目前可提供的數(shù)字化儀有三類：即激光數(shù)字化儀、電荷耦合器件（CCD）數(shù)字化儀和計算放射學／熒光板X線系統(tǒng)。圖1為醫(yī)學影像采集集成系統(tǒng) 在數(shù)字圖像采集設備應用中，值得關注的問題是不同廠家開發(fā)的數(shù)字化成像系統(tǒng)以及配套的數(shù)字圖像采集設備（或模塊）往往采用互不兼容的圖像數(shù)據(jù)文件格式，這給數(shù)字圖像信息資源的共享和實現(xiàn)造成了很大的人為的障礙。美國放射醫(yī)學學會及聯(lián)邦電機制造商協(xié)會（American College of Radiology and National Electrical Manufactures Association，ACRNEMA）第八工作組（Group VIII）為此提出的關于數(shù)字圖像通信標準格式的建議，就是用于指導數(shù)字圖像信息采集、存儲、顯示和通信軟硬件模塊或系統(tǒng)的研究與開發(fā)進行工作的。，它在理論上允許采集窗口、層位以及技術人員指定的其它的參數(shù)和附在圖中的有關病人姓名、層位片號、醫(yī)囑等文字注解，即所謂的“12 On1”多格式，滿分辨率CT和MR圖像的照相／顯示功能。圖2數(shù)字圖像采集設備應用 (三)非醫(yī)學診斷影像資料的獲取方法實際上，在醫(yī)院尚有很多不屬于醫(yī)學影像（診斷用），而主要用于醫(yī)生相互間交流的影像資料，如CAI教學資料等。對這類非醫(yī)學診斷影像資料的獲取也是一門重要的學問，這類影像資料常用的獲取方法包括：①采用視頻捕捉卡直接進行視頻資料的采集，這是最有效和快捷的方法。通過視頻捕捉卡和相應的軟件就可以把電視、錄像等視頻信號采集下來，并儲存成AVI、MPG、MOV等影像格式文件。②形形色色的多媒體素材庫光盤是獲取影像資料的主要途徑之一，光盤中，往往都含有多種影像資料。③通過VCD視盤來獲得，采用《超級解霸》等軟件可以把VCD視盤上的某個片段采集下來，儲存成AVI、MPG等影像格式的文件。④通過各種動圖、視頻編輯軟件制作的數(shù)字影像資料，缺點是需要熟悉軟件的使用方法，制作周期長。⑤有些多媒體軟件和光盤中沒有現(xiàn)成的影像資料文件，這時候可以采用動態(tài)屏幕捕捉軟件對感興趣的內(nèi)容進行捕捉，最后儲存成AVI、MPG、MOV等影像格式的文件供日后調(diào)用。醫(yī)學圖像采集方式如前所述應視具體成像設備而定。目前放射科中70％的檢查與膠片有關（如傳統(tǒng)的X射線成像）。一部分設備有數(shù)字輸出，例如CT、MRI等；還有一些成像設備用視頻輸出，如B超、內(nèi)窺鏡等。由于不同的CT、MRI等生產(chǎn)廠家其數(shù)據(jù)格式各異，不遵循統(tǒng)一標準。這些設備的原始數(shù)據(jù)無法讀出，因而也常通過視頻輸出口獲取圖像。然而反過來，直接根據(jù)圖像是很難恢復其原始數(shù)據(jù)的。例如，經(jīng)過窗寬窗位變換的CT圖像只反映一部分“CT數(shù)”范圍內(nèi)的信息，要從一幅CT圖恢復全部“CT數(shù)”是不可能的。鑒于視頻輸出接口板已有市售產(chǎn)品，本章不作重點論述而著重討論膠片的數(shù)字化問題。膠片圖像數(shù)字化大致可采用視頻掃描，鼓形掃描，固態(tài)照相和激光掃描等，今分述于后。(一)視頻掃描系統(tǒng)X射線膠片的視頻掃描系統(tǒng)主要借助于電視攝像機掃描膠片，通過A/D變換作幅值量化形成灰度級，然后存于圖像存儲器中。（見圖6109）圖4視頻掃描系統(tǒng)框圖視頻掃描可看成將二維圖像轉換成連續(xù)一維信號的過程。在顯示端則用相似的掃描法將電信號回復到所顯示的圖像。掃描方式可為隔行掃描或逐行掃描。一般為625行，但隔行掃描時有效行只有576行（扣去場消隱期占去行數(shù)）。這意味著在垂直方向的采樣頻率為576周／幀高。這種從上到下的采樣行數(shù)稱為電視垂直分辨力。所需指出的是：由于掃描時電子束截面不是無限小，也很難在同一時間點上重復，因此實際的垂直分辨刀還要打個折扣K（≤1）。K稱為Kell因子。例如上例中實際垂直分辨力只有370行。此時K=370/576≈。（對于Kell因子的形成有不同解釋，請參閱有關資料） 也可用lp/mm（線對／毫米）作為分辨力的單位，則分辨力R為：R＝N/2l（lp/mm）這時N為掃描線數(shù)，l為畫面垂直高度。除以2是由于一個線對至少需要2條掃描線才能分辨。圖像的水平分辨力決定于系統(tǒng)的帶寬。如對于625行的系統(tǒng)，設水平分辨力與垂直分辨力相當，實際上掃一行的時間為：1/（25625）==64μs，或說：一個周期占有64μs/=＝200ns。折算成時間頻率為：5MHz。這說明對傳輸電路至少需有5MHz帶寬。于是A/D變換器的采樣頻率按Nyquist定理至少應為10MHz。A/D變換的深度至少應為8bit，相當于256級灰度?？紤]到噪音等影響，實際上有效分辨力只能達到7bit。一張胸片最好有相當于12bit的灰度級，否則這一方案就不足取。(二)激光掃描儀對X射線膠片進行數(shù)字化的常用手段為激光掃描。激光掃描儀的工作原理為：激光束先對膠片掃描一根線，由光電倍增管一個、一個像素地檢測掃描線上的光信號，并將它轉為電信號，再經(jīng)812bit的A/D變換量化后存入計算機。通過機械裝置平移至下一行掃描，重復上述過程。其工作框圖如5所示：圖5激光掃描儀框圖激光掃描儀的性能指標中，最重要的當推灰度與光密度D的關系。膠片經(jīng)X射線輻照后形成以光密度為參數(shù)的影像。該影像經(jīng)激光掃描后變成濃淡不一的灰度。從而有灰度光密度這一特性曲線。線性段標志其動態(tài)的范圍，是用戶所關心的一個指標。 影響掃描質(zhì)量的另一個重要因素是掃描視野的均勻度。激光輸出強度的波動、光纖光耦合的不均勻性以及檢測系統(tǒng)中的量子噪聲等將影響水平方向（與掃描線平行）掃描視野的均勻性；而激光強度的漂移、系統(tǒng)的低頻噪聲等則將影響垂直方向的均勻性。 (三)數(shù)碼相機上述電視攝像機所得圖像的空間分辨力不及激光掃描儀。前者一般為512512，后者可達40005000（如取300dpi，對14″17″膠片可達這一分辨力），甚至更高。前者密度分辨力最高為8bits，后者可達12bits。電視攝像機的優(yōu)點是掃描速度快，一幅14″17″的X射線