【正文】 視覺特性 17 連續(xù)小波變換 17 離散小波變換 18 二進(jìn)制小波變換 19 多分辨率分析 19 二維圖像小波變換分解與重構(gòu) 20第五章 小波超聲圖像去噪算法 22 超聲圖像模型 22 小波閾值 22 小波閾值法 23 算法流程 24 25結(jié)論 27致謝 28主要參考文獻(xiàn) 29第一章 緒論 超聲圖像去噪的意義及目的超聲診斷作為醫(yī)學(xué)診斷中的一種診斷技術(shù)得以應(yīng)用是從1972年灰階超聲的問世開始的，特別是近幾年來，由于其廉價(jià)、簡便、迅速、安全性高、可連續(xù)動(dòng)態(tài)及重復(fù)掃描等優(yōu)點(diǎn)在醫(yī)學(xué)臨床診斷中運(yùn)用廣泛，因此醫(yī)學(xué)影像學(xué)飛速發(fā)展，同時(shí)其研究的范圍也越來越廣。由于各種組織的界面形態(tài)、組織器官的運(yùn)動(dòng)狀況和對超聲的吸收程度不同，其回聲有一定的共性和某些特性，結(jié)合生理、病理解剖知識與臨床醫(yī)學(xué)，觀察、分析、總結(jié)這些不同的反射規(guī)律，可對患病的部位、性質(zhì)或功能障礙程度做出判斷。但是，由于成像機(jī)制的限制，超聲圖像無法避免的有質(zhì)量較差這一主要缺點(diǎn)，特別是由于所要觀察的器官或組織在結(jié)構(gòu)上存在其不均勻性，有一些微小的結(jié)構(gòu)超聲無法識別。為了圖像后期的分析識別和重構(gòu)等工作的順利進(jìn)行，超聲圖像的去噪就有其進(jìn)行的必要。從理論上講信號的分布主要存在于低頻部分．而噪聲的分布主要存在于高頻部分，濾除噪聲成分就是濾除信號的高頻部分。 超聲圖像去噪的現(xiàn)狀目前對于超聲圖像斑點(diǎn)的認(rèn)識有著兩種不同的觀點(diǎn)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為圖像中的斑點(diǎn)是一種噪聲，它影響超聲圖像的質(zhì)量和清晰度，所以要盡量去除或者抑制其斑點(diǎn)噪聲；另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為斑點(diǎn)也是圖像信息的一種，它也代表體內(nèi)某種組織或器官的機(jī)能情況，正?；蛘卟徽?，是否病變。本文則是在第一種觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究的，因此研究對于斑點(diǎn)噪聲的去除是本文的主要任務(wù)。因?yàn)槠鋽?shù)學(xué)原理簡單，而且能夠很有效的去除加性噪聲，所以很受歡迎；但是這些濾波方法會模糊圖像細(xì)節(jié)，并且不能去除類似椒鹽噪聲的各種長尾噪聲，更不能去除與信號密切相關(guān)的乘性噪聲。在過去的20多年中，超聲圖像去噪一直是醫(yī)學(xué)圖像處理中的熱點(diǎn)問題，為此出現(xiàn)了許多超聲圖像斑點(diǎn)去噪的方法。這樣構(gòu)造一種既能夠有效消除相干斑噪聲，同時(shí)又能夠有效保持圖像細(xì)節(jié)的去噪方法則是當(dāng)前超聲圖像處理的研究目標(biāo)。Donoho提出的通過對小波變換系數(shù)按閾值進(jìn)行收縮的去噪方法具有運(yùn)算量小、自適應(yīng)、可有效保留細(xì)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，涌現(xiàn)出各種去噪算法，使得小波域去噪研究成為一個(gè)十分活躍的研究領(lǐng)域。一般來說圖像的去噪和圖像的增強(qiáng)是一個(gè)矛盾的過程，既要去除圖像中的噪聲又要保留圖像中的細(xì)節(jié)，因此如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程將是本文所要解決的問題。首先把原始醫(yī)學(xué)超聲圖像進(jìn)行對數(shù)變換，然后選擇合適的小波和小波分解層數(shù)對變換后的圖像進(jìn)行小波分解，隨后對高頻系數(shù)進(jìn)行閾值量化，對每層選擇一個(gè)閾值對其高頻系數(shù)進(jìn)行軟閾值化處理，最后利用小波重構(gòu)，得到去噪后的圖像，并進(jìn)行指數(shù)變換得到所需圖像。第二章介紹了超聲成像的機(jī)理，相關(guān)理論知識及其噪聲特性，以便后面的研究。第四章著重介紹了小波變換在圖像去噪中的基本理論知識，包括連續(xù)小波變換、二進(jìn)制小波變換、多分辨率分析等，掌握小波變換在圖像去噪中的應(yīng)用。最后則是對本文的總結(jié)。特別是近三十年來，成像技術(shù)越來越豐富，研究的范圍越來越廣泛，使得在影像學(xué)的密度、時(shí)間和空間分辨率等方面都有了空前的突破，從而臨床影像學(xué)發(fā)生了質(zhì)的變化，醫(yī)學(xué)超聲診斷技術(shù)也發(fā)生了一次又一次革命性的飛躍。其發(fā)展速度令人驚嘆，目前已成為臨床多種疾病診斷的首選方法，并成為一種非常重要的多種參數(shù)的系列診斷技術(shù)。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)也應(yīng)用于超聲診斷，這樣使得超聲診斷技術(shù)得到快速的提高以及在臨床診斷中的廣泛的應(yīng)用。放大和處理，最后顯示成像。靜態(tài)成像展示的范圍比較廣，而且清晰，但是檢查時(shí)間長，應(yīng)用比較少；而動(dòng)態(tài)成像則是臨床中應(yīng)用比較廣泛的一種，能在短時(shí)間內(nèi)觀察到組織的動(dòng)態(tài)變換，不過也有其不足的地方，就是圖像展示的范圍比較小，清晰度不夠好。超聲顯示儀器根據(jù)其接受到強(qiáng)弱不同的回聲，運(yùn)用明暗不同的光點(diǎn)一次顯示出來，從而得到人體的超聲圖像。超聲波在通過人體不同組織時(shí)，其反映的聲學(xué)特性都是不同的，超聲診斷就是通過這些不同來區(qū)分不同組織的。通過這些不同器官和組織對超聲波產(chǎn)生不同的反射與散射的規(guī)律，超聲儀器則利用這些反射和散射信號顯示出臟器的界面和組織內(nèi)部的細(xì)微結(jié)構(gòu)，從而作為診斷的依據(jù)。2． 具有高度的安全性：無創(chuàng)、無輻射，當(dāng)嚴(yán)格控制聲強(qiáng)低于安全閾值時(shí)超聲可能成為一種無損傷的診斷技術(shù)，對醫(yī)務(wù)人員更是十分安全。4． 使用便捷，費(fèi)用較低，用途廣泛 超聲診斷儀的分類超聲診斷儀主要由超聲換能器、信號處理顯示和記錄裝置以及電源等部分組成。壓電晶體受到電脈沖激勵(lì)發(fā)射超聲波，使之進(jìn)入人體組織，然后遇到組織等結(jié)構(gòu)發(fā)生散射和反射等現(xiàn)象產(chǎn)生回聲，再由壓電晶體接收，然后把回聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，輸入儀器。超聲診斷儀接收到超聲信號，經(jīng)過適當(dāng)?shù)碾娮訉W(xué)處理后，最終將有用信號顯示在CRT上，到現(xiàn)在已開發(fā)出的有A型、B型、C型、D型、F型和M型，以下分別從原理和應(yīng)用領(lǐng)域做一簡要對比。A超的探頭是由單晶片構(gòu)成的，主要適用于肝、膽、脾、眼及腦等簡單結(jié)構(gòu)的檢查，線度的測量以及回波幅度大小和形狀的獲得，然后通過分析其回波幅度的分布獲得組織的特征信息。（2）M型超聲診斷儀M超與A超相比，最重要的是多出了慢掃描電路，M超是采用輝度調(diào)制，以亮度反映回聲強(qiáng)弱，M型顯示體內(nèi)各層組織對于體表(探頭)的距離隨時(shí)間變化的曲線，是反映一維的空間結(jié)構(gòu)，因M型超聲多用來探測心臟，故常稱為M型超聲心動(dòng)圖，目前一般作為二維彩色多普勒超聲心動(dòng)圖儀的一種顯示模式設(shè)置于儀器上。另外還可以研究人體內(nèi)其它各運(yùn)動(dòng)面的活動(dòng)情況，因此可以用于對胎兒和動(dòng)脈血管的搏動(dòng)等的檢測。 B型顯示的實(shí)時(shí)切面圖像，真實(shí)性強(qiáng)，直觀性好，容易掌握。目前較常用的B型超聲顯像方式有：掃查方式：線型(直線)掃查、扇形掃查、梯形掃查、弧形掃查、徑向掃查、圓周掃查、復(fù)合掃查；掃查的驅(qū)動(dòng)方式：手動(dòng)掃查、機(jī)械掃查、電子掃查、復(fù)合掃查。C超和B超的成像都是二維圖像，但是C超的成像畫面與超聲是垂直的，它與B超掃描面相差90度。（5）F型超聲診斷儀F超與C超相比，原理上基本相同。因此，F(xiàn)超的成像畫面是一個(gè)有位置函數(shù)決定的曲面，而不是一個(gè)平面。（6）D型超聲診斷儀D超又稱超聲多普勒診斷儀，這類診斷儀是利用多普勒效應(yīng)原理制成的。目前對用于心血管診斷的超聲儀都配有多普勒，分脈沖式多普勒和連續(xù)式多普勒。（7）彩色多普勒血流顯像儀彩色多普勒血流顯像儀簡稱彩超，包括兩部分二維切面顯像和彩色顯像。有了二維切面顯示，再打開“彩色血流顯像”開關(guān)，彩色血流信號將自動(dòng)疊加到黑白二維結(jié)構(gòu)顯示上，然后根據(jù)需求選擇速度顯示、方差顯示或功率顯示?？赏瑫r(shí)顯示心臟某一斷面上的全部血流束的分布及數(shù)目，腔室形態(tài)、大?。槐憩F(xiàn)血流途徑及方向；辨別層流、湍流或渦流；測量血流束的面積、輪廓長度和寬度；清楚暗示血管結(jié)構(gòu)異常與血流動(dòng)力學(xué)異常的關(guān)系。當(dāng)然彩色多普勒血流顯像也有其局限性，它更多的作為定性診斷的方法，而對血流動(dòng)力學(xué)的定量分析還須借助頻譜多普勒。原理如圖2—1所示，首先時(shí)序電路發(fā)出觸發(fā)脈沖，使發(fā)射電路產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖，激勵(lì)換能器向人體發(fā)射超聲脈沖信號，當(dāng)超聲脈沖遇到人體的組織器官界面時(shí)產(chǎn)生反射或散射的回聲脈沖信號。因?yàn)榉糯笃饔凶銐虻姆糯罅?，所以能把比較弱的信號放大到數(shù)百毫伏以上，甚至幾伏特。接受隔離與放大電路檢波信號處理與視頻放大換能器TGC放大電路時(shí)序電路顯示器時(shí)基觸發(fā)圖21 B超的原理方框圖根據(jù)掃描方式的不同，B超診斷設(shè)備可以分為線性掃描、扇形掃描、凸陣掃描等。實(shí)時(shí)線性診斷儀適用于一般的腹部檢查，有多種不同頻率的探頭，但是探頭和人體接觸面積較大，檢查時(shí)需要大的透聲窗才能使聲束有效的經(jīng)過檢查目標(biāo)。實(shí)時(shí)扇形診斷儀主要應(yīng)用于心臟的探查，探頭小，便于肋間掃查，但是相對的視野就比較小了。斷層圖像的特征是B超圖像應(yīng)用于診斷的依據(jù)，如圖像形態(tài)、灰度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、邊界回聲、回聲總體、臟器后方情況以及周圍組織表現(xiàn)等，B超在臨床醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用主要有以下及方面：① 在產(chǎn)科方面的應(yīng)用由于超聲診斷具有準(zhǔn)確率高、重復(fù)性好、方法便捷、安全無副作用等優(yōu)點(diǎn)，所以在產(chǎn)科妊娠檢查中很受歡迎。② 在人體內(nèi)部臟器方法探測的應(yīng)用這里的臟器包括肝臟、脾臟、泌尿系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等，B超都可以對這臟器的外形及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測，區(qū)分腫塊的性質(zhì)，特別是對動(dòng)物疾病的檢測具有很高的準(zhǔn)確率。③ 在表淺器官內(nèi)部組織探測方面的應(yīng)用如眼鏡、甲狀腺、乳房等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探查和線度的測量。隨著探頭的移動(dòng)或晶片的交替輪換光點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)掃描。不同組織有不同的回聲強(qiáng)度和不同的聲衰減，如組織內(nèi)含水分比較多的，聲衰減比較低，圖像上就有其明顯的暗區(qū)顯示，就可以比較容易的提取邊界；可是如果組織內(nèi)含膠原蛋白比較多，則聲衰減比較高，邊界的提取就比較困難。尤其是超聲圖像中的斑點(diǎn)噪聲，降低了圖像的可分辨性，嚴(yán)重影響了圖像質(zhì)量，使得邊緣與細(xì)節(jié)變的模糊，增加了醫(yī)學(xué)診斷與治療的難度。第三章 超聲圖像去噪方法現(xiàn)有的圖像去噪處理方法大致可以分為空間域方法和頻域方法兩種：前一種方法主要是利用圖像的平滑模板對該圖像進(jìn)行卷積，來抑制或者去除噪聲；另一種方法則是通過先對圖像進(jìn)行變換，然后選擇合適的濾波器進(jìn)行去噪，最后再進(jìn)行反變換得到所期望的去噪圖像。把原來的像素值用模板中的全體像素的平均值代替。用均值代替原圖像中的各個(gè)像素值是均值濾波的基本原理，即對要處理的像素點(diǎn)（,）選擇一個(gè)模板，該模板由臨近的像素組成，求模板中所有像素的均值，再把該均值賦予像素點(diǎn)（,），作為處理后圖像在該點(diǎn)的灰度值（,），即 （31）為該模板中包含當(dāng)前像素在內(nèi)的像素總個(gè)數(shù)。均值濾波的實(shí)現(xiàn)效果圖如圖31：圖31 均值濾波效果圖結(jié)果表明，當(dāng)所用的模板尺寸越大時(shí)，去噪的噪聲效果也越大，但是同時(shí)卻使得圖像更加模糊，細(xì)節(jié)銳化程度不斷減弱。其實(shí)質(zhì)就是解維納霍夫方程。維納濾波的實(shí)現(xiàn)效果圖如圖32：圖32 維納濾波效果圖由結(jié)果可以看出，均值濾波后的圖像效果比較差，不僅噪聲減少的不明顯，而且使得圖像模糊度增加。維納濾波能在較好的保存圖像邊緣的前提下，較好的消除強(qiáng)脈沖性噪聲的影響。通俗的講就是用一個(gè)活動(dòng)的窗口沿著圖像移動(dòng)，然后用窗口內(nèi)所有象素灰度中值來代替該窗口中心位置的象素灰度。對窗口內(nèi)的象素灰度排序，取中間一個(gè)值作為目標(biāo)象素的新灰度值。所以窗口的形狀和大小有時(shí)對濾波