[整理]图像的识别和应用课件PPT.ppt 104页

'图像的识别和应用 本课程的主要内容1、图像的获取2、图像变换3、图像的增强与滤波4、图像的边缘检测5、图像的分割6、图像形态学7、图像的特征提取与分析8、图像识别与应用9、计算机视觉初步 第8章图像的识别技术 模式识别的一般过程原始信息输入特征提取分类器识别结果识别的关键是分类器的设计 图像识别与模式识别的关系1、模式识别包含了、波形、语音、图形、图像等各种信息输入形式，图像识别属于模式识别的一部分；2、模式识别的许多方法如：决策理论、贝叶斯分类器、神经网络分类器、支持向量机等都可以用到图像识别中来；3、图像识别有自己独特的方法。 8.2一些常用的基本概念1、特征向量---用于描述对象的一组特征参数，以n×1维的向量形式表示出来。如： 1、向量的相似性度量---距离（1）两向量的欧式距离设两向量则它们之间的欧式距离用下式度量 (2)向量与向量族组成员的距离设则距离d 则它们之间的欧式距离用下式度量可用下列MATLAB语句实现： (2)向量族与向量族成员的距离设向量族Xp×n向量族Yq×n则向量族X的i行与向量族Y的第j列间欧式距离用下矩阵表达 (3)Mahalanobis距离----向量与向量组均值的相似性度量则它们之间的欧式距离用下式度量均值：协方差矩阵： 8.3基于决策理论的图像识别图像识别的方式基于决策理论方法空间模板匹配最小距离分类器基于结构的识别频域模板匹配贝叶斯分类器神经网络分类器支持向量机分类器使用基元符号使用数值向量串结构识别树、图结构识别 1、基于最小距离分类器的图像识别决策理论的基本思想：将图像进行特征提取，用提取的特征构成一个特征向量x={x1,x2,…，xn}，对于W个模式分类ω1,ω2,ωw，设计W个决策函数d1(x),d2(x),…,dw(x),满足下列条件：将x归于ωi类 最小距离分类器就是将每个模式分类用它的均值向量来表示，设x是待分类的模式向量，分别求模式向量到各类均值向量的距离，将x归属于距离最小的那个类别。用决策函数表示：这里，mj是均值向量，它计算如下： 求Dj(x)最小，等价于求最大。因此我们可以选择决策函数 对于：将其归于ωi类。不难看出，在ωi和ωj之间的边界为 8.4基于模板匹配的图像识别模板匹配（TemplateMatching）是图像识别方法中最具代表性的基本方法之一，它是将从待识别的图像或者图像区域S(i,j)中提取的若干特征量逐个进行比较，计算它们之间规格化的相关性系数，其中相关性系数最大的一个就表示其相似程度最高，可以将图像归与相应的类。 模板匹配的基本概念：模板就是一幅已知的具有标准尺寸和标准内容的图像。模板匹配就是在一幅图像中按一定算法搜寻目标，将目标的特征和已知模板比较，从而确定目标是否存在以及存在目标所在的坐标位置。以8位灰度图像(1个像素由1个字节描述)为例，模板T(m*n个像素)叠放在被搜索图S(M*N个像素)上平移，模板覆盖被搜索图的那块区域叫子图Sij。i，j为子图左上角在被搜索图S上的坐标，如图所示。搜索范围是MXN。通过比较模板T和Sij的相似性，完成模板匹配过程。（1）普通模板匹配算法 mnMN模板及其搜索图子图Sij(a)搜索图模板T一般可以采用下面测度来衡量T和Sij的相似度： 展开则有右边第三项表示模板的总能量，是一个和位置（i，j）无关的常数，第一项是模板下的子图的能量，它随搜索位置的改变缓慢变化，第二项是子图像和模板的互相关，随（i，j）而变，T和Sij匹配时这一项取得最大值，因此可以采用下列归一化相关函数作为相似测度： 为了减少图像强度绝对值的影响，可先分别计算T和Sij的均值Tm和Sm，然后在上式中减去均值，可得下列相关函数 按灰度匹配的计算量是很大的,一般将原始图像按比例缩小，采用相对较小的模板来进行匹配。尽管模板匹配有很多不足的地方，但目前仍然是一种较为可靠的模式识别方法，在工业机器视觉中得到广泛应用[].对常用焊接结构灰度图象可以通过二值化填充得到由0和1组成的黑白图象，因此进行模板匹配可以相当于比较待识别图象和模板为“1”的相同个数，比较相同可以采用“点异或”的方式进行。如果模板与待识别图象相同，则相关系数可用下式表达： （2）快速模板匹配---序贯相似性检测算法由于普通模板计算量大，速度慢，人们提出一类叫序贯相似性检测的算法，简称SSDA。SSDA的要点如下：1)定义绝对误差值，有式中，2)取一个不变阈值； 3)在子图Sij（m，n）中随机选取像点（mk，nk），计算它同T中对应点的误差值ε（i，j，mk，nk），然后把这个差值和其他点对的差值累加起来，当累加r次误差超过Tk，则停止累加，并记下次数r。定义SSDA的检测曲面为I（i，j）=r4)把取值最大的I（i，j）对应的（i，j）点作为匹配点，因为这点上需要很多次累加才使总误差超过，如下图所示。图中给出了在A，B，C三参考点上得到的误差累计增长曲线。A，B反映模板T不在匹配点上，这时总误差增长很快，超出阈值，曲线C中总误差增长很慢，很可能是一匹配的候选点。 I（i,j)10204030图4-2-2误差累计曲线 3、基于频域模板匹配的图像识别在频域分析中，我们将空间域的相关运算转化为频域的的共轭相乘，即：空间域上的相关频率域上的相乘如果将f(x,y)视为待识别的图像，g(x,y)视为标准模板则就可以采用频域上的相乘，取代空间域上基于相关运算的模板匹配，可以缩短匹配计算的时间。 8.5基于神经网络的图像识别W=p=输入的R维向量对应的权值行向量b是偏置8.5.1神经网络基础 n是输入向量元素的加权求和,定义如下：写成向量内积的形式：a是神经元的输出，f是神经元的传递函数,定义如下： 进行神经网络分析时，可以将上面的神经元简略表达如下： 包含多个神经元的一层神经元 一层具有Ｓ个神经元简约表示 多层神经网 多层神经网的简约表示 用IW表示输入的权值矩阵，LW表示层间的权值矩阵，而用上标表示层间的关系则有：在MATLAB中把IW和LW设置成Cell单元类型 同时向量（无顺序）顺序向量（按顺序）两种基本类型的输入向量输入数据的结构形式 同时向量的仿真所谓仿真SIM是指神经网络的结构参数：权值矩阵W、偏置b、和传递函数f确定后，在给定输入激励下，神经网络的输出。 net=newlin([13;13],1);使用下列函数建立一个线性神经网络设定网络的权值和偏置为：net.IW{1,1}=[12];net.b{1}=0Net是一个结构，可以设定它的权值和偏置 设有4组输入向量，它们是：P=[1223;2131];4组输入向量，以一个矩阵的形式产生输入 A=sim(net,P)A=5485使用产生的网络net，和同时输入向量P为参数，用sim函数进行神经网络的仿真，上例的结果为： 顺序向量的仿真所谓仿真SIM是指神经网络的结构参数：权值矩阵W、偏置b、和传递函数f确定后，在给定输入激励下，神经网络的输出。 BP神经元结构和简约画法 具有输入、隐层、输出层结构的BP神经网络隐层4个神经元输出层3个神经元2维输入向量 常用传递函数f类型 net=newff([-12;05],[3,1],{"tansig","purelin"},"traingd");在MATLAB7.0下使用newff创建BP神经网。例如我们创建一个2维输入向量，具有3个隐层节点和一个输出节点的3层结构的BP神经网络：隐节点数输出节点数8.5.2BP神经网络的创建、训练与仿真1、BP神经网络的创建隐层传递函数输出层传递函数输入分量范围训练方式 2、BP神经网络的训练当确定完神经网络的具体结构—输入向量维数、隐层节点数、输出节点数，就要采用一定的训练方法对神经网络进行训练，目前应用最多的是—梯度下降法。在Matlab神经网络工具箱中，设置了这一算法。并通过train()函数来实现神经网络的训练。基本语法为：Trained_net=train(net,P,T)待训练的网完成的训练网输入的特征向量训练目标 3、BP神经网络的仿真仿真是对已经训练完成的BP神经网络进行应用模拟，以检查神经网络的响应性能。即当网络权值w,偏移值确定后，通过给定输入Pgiven，检查实际输出y与期望是否相符。对于仿真结果满足要求的网络就可定型。仿真采用下列函数：y=sim(trained_net,P);完成的训练网输入的特征向量网络的实际输出 8.5.3基于BP神经网络的图像识别实例1、手写数字字符的识别2、人脸的识别3、车型的识别4、车牌的识别5、指纹的识别6、虹膜的识别6、刚体目标的识别7、人体目标的识别 第九章计算机视觉初步1、基本概念计算机视觉就是用各种视觉传感器代替视觉器官作为输入感应手段，由计算机来代替大脑完成所得到的图像信息的处理和解释。计算机视觉的最终研究目标就是使计算机能象人那样通过视觉观察和理解世界，具有自主适应环境的能力。目前二维机器视觉和三维立体视觉两大类。 2、摄像机成像模型摄像机的景物成像应该基于物理学的透镜成像原理，由于透镜成像较为复杂，目前基本采用针孔成像模型来近似处理。如图所示，Oc为摄像机的光轴中心点，π"为摄像机的成像平面，按针孔成像原理,摄像机前的物体在像平面π"上的像是倒立的实像。像的尺寸和物体实际的大小成正比，与物体到光心的距离成反比。为方便分析，将像平面π"沿光轴移到光心前面的对称平面，这样物体的像就和实物方向相同，根据这样的假设，下面建立物象的透射投影关系。以摄像机的光心Oc为摄像机的坐标原点，以光轴作为摄像机的Zc轴，取从摄像机到景物的方向为Zc轴正方向，Xc轴方向取图像坐标沿水平增加的方向。在摄像机的坐标系中，设空间点P的坐标为，P在像平面π的像点p的物理坐标为，则按小孔成像的比例关系有： 摄像机小孔成像简化模型：按小孔成像的比例关系有： 应用齐次坐标的概念，将以上关系用矩阵的形式表达如下：一般摄像机是放在某个空间坐标里（一般称世界坐标），因此可用坐标变换的平移—旋转关系，表达摄像机坐标（xc,yc,zc)和世界坐标（xw,yw,zw）的关系： 摄像机采集的图像以数字图像的形式存储的，一般每幅数字图像在计算机内以M行N列的图像像素坐标(Pixel)来表达的，图像坐标的原点一般设在左上角或左下角。由于(9-2)是以物理单位(如毫米)建立的透射投影关系，需要将其转化为计算机的图像坐标，设数字图像的像素坐标为(u，v),光轴与数字图像平面的交点坐标为(u0,v0),如图所示。 设每一像素在图像平面x轴和y轴上的物理尺寸为dx,dy,则数字图像平面任一像素坐标与物理坐标的关系如下：利用齐次坐标与矩阵形式将(2-3)式表示为： 将上式代入小孔成像模型得到下列摄像机在像素坐标平面上的表达式：将上式代入下式-世界坐标与摄像机坐标的表达式 整理以上各式，最后得到空间一点到摄像机成像平面的投影为：从以上关系可以清楚看到，由平面图像上一点坐标（u,v),两个已知量，无法最后得到空间坐标（X,Y,Z)。 解决的办法：采用左右两个摄像机同时摄取同一目标，获取两幅图像，这样就可以有更多的图像信息，可以解出空间坐标（X,Y,Z)。2、双目立体视觉原理 对于空间点（X，Y，Z）在左摄像机像平面上的投影（ul，vl）可以表达为：对于空间点（X，Y，Z）在右摄像机像平面上的投影（ur，vr）可以表达为： 展开以上两式得： 消去常数kl,kr得四个方程：取前三个方程解得空间点（X,Y,Z）这就是双目立体视觉所依赖的基本工作原理！！ 围手术期患者护理安全管理 课程主要内容患者安全国内外现状国内外安全管理概况护理安全管理相关理论影响围手术期患者安全的主要因素围手术期患者安全管理 护理质量直接影响到医疗质量、病人的安危、医院的声誉。护理安全管理是护理质量管理的核心。是护理管理者工作的重中之重。 患者安全国外现状据文献报道，在美国、加拿大、新西兰、澳大利亚、英国等国，住院患者发生医疗事故的比例在2.9%--16.6%，其中导致患者死亡占3%--13.6%，2.6%--16.6%导致患者永久伤残，而这些事故中的27%--51%是应该可以预防的。 美国、英国、澳洲、新西兰及日本等国家、对于病人安全问题，陆续规划相关措施与政策，保障病人的就医安全，已成为近年来欧美国家最重视的议题。 患者安全国内现状医疗安全是医疗发展永恒的主题随着我国社会主义市场经济的发展，医疗风险事件、患者不安全因素在不断增加，已经引起了社会的普遍关注。随着社会进步，病人的自我保护意识和就医权益意识日益增强，对医疗护理服务质量、医疗护理安全和病人合法权益的要求也不断增强。 国内外安全管理概况2002年WHO提出：患者安全需要受到所有国家的重视。2004年WHO成立了患者安全世界联盟。2005年卫生部医院管理年核心内容：保障医疗安全。2006年国际护士节主题：保证安全的护士配置，保障患者的生命安全。病人安全问题已引起世界范围的高度重视 护理安全管理相关理论护理安全：是患者在接受护理的全过程中，不发生法律和法定的规章制度允许范围以外的心理、机体结构或者功能上的损害、障碍、缺陷或者死亡。 护理安全管理相关理论护理安全管理：运用技术、教育、管理三大对策，从根本上采取有效的预防措施，把差错事故减少到最低限度，确保病人安全，防范意外事故，把隐患消灭在萌芽状态，创造一个安全高效的医疗护理环境 护理安全管理相关理论风险管理是指在护理服务过程中，对可能导致病人伤害的、潜在的不安全因素加强防范和管理，并对可能存在的护理风险事件制定防范措施护理风险管理始终贯穿在护理操作、处置、配合抢救等各个环节和过程中，有时即使是极为简单或看似微不足道的临床活动都有风险。 护理风险与护理安全关系因果关系：护理风险系数高，护理安全系数低，反之，护理安全系数就高，护理安全保障可靠性大。 影响围手术期患者安全的主要因素围手术期通常是指需手术治疗的患者从入院的手术准备到术后恢复出院的全过程。这个时期是手术患者在医院诊疗过程中的最重要时期，护理安全隐患多，潜藏的风险大，患者病情变化较快，术后引流管多，护理工作繁琐，极易出现护理意外及医疗纠纷，是狐狸安全管理的重点时段。 护理人员因素：主要指由于护理人员素质或者数量方面原因不能保证工作基本要求而给患者造成不安全影响或者隐患护士法律意识淡漠，缺乏自我保护意识：如非抢救患者，执行医师下达的口头医嘱；护理文书书写不严谨，刮、粘、涂改现象严重，医护记录不符，补记、漏记、代签名等。 工作态度不严谨，不认真执行护理核心制度：如交接班不细致，液体渗漏，管道阻塞、滑脱、压疮等未及时发现；药物、无菌物品及一次性医疗用品失效；急救药品、药品准备不齐全；仪器设备性能差等。 人员配置不足，护士压力负荷过重，医院管理支持系统不完善，繁忙时段、节假日，人力资源不足，护士工作强敌大，超负荷劳动护理人员综合素质不高：技术水平低，经验不足或协作能力不强；专业知识缺乏，技术不熟练，缺乏主动服务意识，缺乏人文知识和社会学等知识，交流沟通能力差等。 管理因素：主要由于管理制度不健全、业务培训不到位、设备物资管理不善、职业道德教育薄弱、管理监督不得力等影响护理安全的组织管理因素。 管理制度不健全：没有及时修订有制度不执行：规章制度及各班岗位职责落实监管不力，交接班流于形式，消毒隔离制度执行不严等。业务培训不到位：不注重专科知识培训，护士对应急预案不熟悉设备物资管理不善：不及时补充，没有定期检查工作流程不合理：没有从患者的角度去设计。 病人及社会方面的因素维权意识增强：随着法律法规的健全和完善，患者及家属法律意识增强，加上对各种媒体的炒作，使医患、护患关系紧张，患者及家属对护士的不信任增加治疗期望值过高：手术后创伤大、患者存在恐惧、焦虑心理，缺乏基本医疗知识，对正确的医疗处理，疾病的转归、恶化和难以避免的并发症等不理解也是造成医疗纠纷的因素。 病人及社会方面的因素遵医行为差：在治疗护理过程中，患者常因缺乏医疗常识、对自身疾病认识不充分不配合治疗和护理，违背医嘱和护嘱，出现不遵医行为医疗费用：医疗费用一直是比较敏感的话题，有医疗费用过高，无法接受的；有对因拖欠费用停药不理解的；对收费不能理解等而发生纠纷的 围手术期患者护理安全管理围手术期忽视病人的安全管理可导致不良后果，甚至造成手术失败或者危及生命，加强围手术期护理质量的管理，保证围手术期医疗、护理的正常运行，实现各个环节的无缝衔接，并严格执行诊疗护理常规，才能保证医疗护理的安全。 强化护理安全知识教育：组织学习《护士条例》、《医疗事故处理条例》等相关法律知识培训，引导护士学法、懂法、知法、依法施护，严格执行各项规章制度，维护患者和自己的权益。 积极的术前准备，准确执行围手术期评估：术前对患者的全身情况进行评估，根据评估情况采取针对性护理措施。积极术前准备包括完善术前检查的；指导禁食禁饮的时间、备血、皮试；更衣、贵重物品的保管、腕带的查对等。 严密的术后监测、观察及记录：术后给予持续动态心电监测，准确测量心率、脉搏、呼吸、血压、血氧饱和度及神志，并及时记录；观察切口的渗血渗液情况；伤口引流管或负压引流管的引流情况、引流液的颜色、量及性状，妥善固定引流管。 严格查对制度：与手术室认真交接患者填写患者交接单；手术患者使用“腕带”，至少同时使用2种患者身份识别方法作为各项操作时识别患者的有效方式；建立手术部位标识制度，防止手术患者、手术部位发生错误；手术后患者的各种引流管根据风险不同采取不同颜色进行标识，以方便查对。 重视床头交接班：重点交接病危、病重患者、当日手术和次日手术的患者。对于手术患者要交手术部位、手术名称、麻醉方式、术后留置的管道、切口敷料的渗血渗液情况。 加强基础护理：围手术期患者因疼痛而不愿意更换体位。护士应鼓励并协助患者翻身，保持床单位及皮肤的清洁、干燥。留置尿管及胃管的患者要做好口腔护理和尿道口的护理。防止发生压疮、肺炎、泌尿系统感染等并发症。 重视护患沟通：要主动热情接诊患者，耐心解答患者的疑问，对工作中出现的护理冲突，要掌握沟通语言及技巧，善于化解矛盾，避免问题激化，并及时补救，将患者痛苦降到最低。重视患者的心理需求，不断征求患者意见，改进工作，提供安全满意服务。 加强健康教育：新入院患者要及时进行安全评估，并进行强化安全知识教育。根据患者的治疗护理进展，及时制定健康教育计划，并督促落实。对遵医行为差的，要反复多次耐心教育。 加强重点环节控制：节假日、繁忙时段，要弹性排班，合理分配人力资源。加强重点人员的管理，对新上岗的护理人员、实习进修人员，要言传身教，严格带教；对危、重、大手术、病情有特殊变化、思想情绪有波动的患者及新业务新技术要重点交班 保证用药安全：科室备用药品定期清点，加强效期管理；高危药物如氯化钾、浓氯化钠不能与普通药物混放，使用特殊标识，以引起大家的注意。毒、麻药物应专人保管、专人负责、专柜加锁，班班交接。注意配伍禁忌，严格输液安全管理，严格按病情、年龄控制静脉输液速度，预防输液反应 重视护理不良事件：对发生护理不良事件，要求主动上报，并实行无惩罚制度。科内认真分析，并提出改进措施 加强护理质量控制：加强基础质量控制、环节质量控制、终末质量控制。定期组织护理人员进行业务知识和技能考核，并利用晨会及余额质量分析会对质量检查情况进行通报。 加强后勤保障系统：完善医院的支持保障系统，加强病房治安巡逻。落实危重患者陪送陪检，药品、物品陪送到临床以减轻护士的劳动强度，保障护理安全。 护理人员的优化组合：实行APN排班，根据能级对应（N1、N2、N3、N4）原则每名护士分管病人8-10名，实施责任制，落实整体护理、整合基础护理、病情观察、治疗、沟通和健康指导等，为患者提供连续、全程护理服务。 加强护士综合素质的提高：要培养护士主动服务的意识，时刻保持健康积极的情绪状态，尊重患者；加强团队协作精神；严格履行岗位职责。培养年轻护士风险识别能力及风险预案的应对处理能力，强化三基三严培训，加强专科业务水平培训，提高理论及专业技能；注重人文关怀，多站在患者角度解决问题，掌握沟通技巧；鼓励护士参加护理查房、疑难死亡病例讨论及参加危重患者的抢救护理，提高专业水平。 开展品管圈（QCC）活动：成立围手术期安全管理小组，对围手术期患者的护理进行评估，并预见可能发生的护理问题，为责任护士提供建议与指导；对高危病人动态监测；组织护理会诊，制定护理方案；掌握护理研究方向，开展护理科研活动。 护理安全使患者的基本需要，是对护理工作的基本要求，安全管理应该预防为主，营造安全文化，保证护理安全，需要全体护理人员的共同参与。 任何时候我们都要树立：质量第一安全第一'