最新第4章 数字图像处理中的基本运算.课件PPT.ppt 128页

'第4章数字图像处理中的基本运算. 回顾：第三章VC＋＋图像编程基础MFC基本原理VC++可视化编程如何设计CDib类?如何使用CDib类?2 第四章：数字图像处理中的基本运算图像有哪些基本运算？代数运算的特点及应用？几何运算的特点及应用？灰度插值有哪些方法？我们将学到什么？3 4.2点运算1）点运算的种类2）点运算与直方图3）点运算的应用7 点运算：是指像素值（像素点的灰度值）通过运算之后，可以改善图像的显示效果，这是一种像素的逐点运算。点运算与相邻的像素之间没有运算关系，是原始图像与目标图像之间的映射关系，不会改变图像内的空间位置关系。点运算是一类简单却非常具有代表性的重要算法之一，是其他图像处理运算的基础。它是图像数字化软件以及图像处理软件的重要组成部分。点运算的定义8 点运算的映射过程点运算实质：是灰度到灰度的映射过程。设输入图像为A(x,y)输出图像为B(x,y)则点运算可表示为：B(x,y)=f[A(x,y)]显然点运算不会改变图像内像素点之间的空间位置关系。9 （1）线性点运算输入图像灰度级与输出图像灰度级呈线性关系的点运算。即：（a>1,a<1,a<0?）255255DADB0f(DA)=aDA+bb1）点运算的种类10 （2）非线性点运算：输入灰度级与输出灰度级呈非线性关系的点运算。255128255218255128255321）点运算的种类11 阈值化处理是最常用的一种非线性运算，它的功能是选择一阈值，将图像二值化，用于图像分割及边缘跟踪等处理。阈值化处理12 实验二　灰度图像到二值图像的转换实验实验目的：通过编写和调试一个灰度图像到二值图像的转换程序，加深对图像空域变换内容的理解。实验内容：在上次实验的基础上，用VC++编写和调试一个灰度图像到二值图像的转换程序。13 读入图像数据依次获得每个像素点的灰度值转换黑或白（通过设定的阈值）定义变量，获得图像的长宽等信息更新视图二值化处理流程图14 2）点运算与直方图灰度直方图：数字图像中每一灰度级与它出现的频率之间的统计，可以理解为描述各个灰度级的像素出现多少的统计图示。（有何启示？）方法：直方图均衡化和直方图规定化15 3)点运算的应用(1)对比度增强在一些数字图像中，技术人员所关注的特征可能仅占据整个灰度级非常小的一个范围。点运算可以扩展所关注部分的灰度信息的对比度，使之占据可显示灰度级的更大部分。（对比度拉伸）(2)光度学标定点运算可消除图像传感器的非线性的影响。16 提高对比度举例17 4)点运算的应用(3)显示标定一些显示设备不能保持数字图像上像素的灰度值和显示屏幕上相应点的亮度之间的线性关系。这一缺点可以通过点运算予以克服，即在图像显示之前，先设计合理的点运算关系。(4)轮廓线点运算可为图像加上轮廓线。（阈值）(5)剪裁使图像输出灰度级裁剪到0-255之间18 1）概念2）代数运算类型及应用4.3代数运算19 1）概念什么是代数运算？指两幅输入图像之间进行点对点的加、减、乘、除运算得到输出图像的过程。如果记输入图像为A(x,y)和B(x,y)，输出图像为C(x,y)，则有如下四种形式：(1)C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)(2)C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)(3)C(x,y)=A(x,y)×B(x,y)(4)C(x,y)=A(x,y)/B(x,y)20 图像真的可以做代数运算吗？有什么意义？代数运算具有非常广泛的应用和重要意义。2）代数运算类型及应用21 （1）加法运算C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)主要应用举例去除“叠加性”随机噪音生成图像叠加效果22 相加取平均M=1M=2M=4M=16Addition:averagingfornoisereduction23 加法运算的应用去除“叠加性”噪音对于原图像f(x,y),有一个噪音图像集{gi(x,y)}i=1,2,...M其中：gi(x,y)=f(x,y)+h(x,y)iM个图像的均值定义为：g(x,y)=1/M(g0(x,y)+g1(x,y)+…+gM(x,y))h(x,y)i为随机噪音，平均后图像信噪比提高。24 图像相加25 加法运算的应用生成图像叠加效果（二次曝光）对于两个图像f(x,y)和h(x,y)的均值有：g(x,y)=1/2f(x,y)+1/2h(x,y)推广这个公式为：g(x,y)=αf(x,y)+βh(x,y)其中α+β=1我们可以得到各种图像合成的效果，也可以用于两张图片的衔接。26 （2）减法运算C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)主要应用消除背景影响差影法(检测同一场景两幅图像之间的变化)27 ①消除背景影响即去除不需要的叠加性图案设：背景图像b(x,y)，前景背景混合图像f(x,y)g(x,y)=f(x,y)–b(x,y)g(x,y)为去除了背景图像28 ②差影法差影法：指把同一景物在不同时间拍摄的图像或同一景物在不同波段的图像相减。有什么用？差值图像提供了图像间的差异信息，能用于指导动态监测、运动目标检测和跟踪、图像背景消除及目标识别等。电影特技中的蓝屏技术。29 差影法在自动现场监测中的应用在监控场所，摄像头每隔一固定时间拍摄一幅图像，并与上一幅图像做差影，如果图像差别超过了预先设置的阈值，则表明可能有异常情况发生，应自动或以某种方式报警；用于遥感图像的动态监测，差值图像可以发现森林火灾、洪水泛滥，监测灾情变化等；也可用于监测河口、海岸的泥沙淤积及监视江河、湖泊、海岸等的污染；利用差值图像还能鉴别出耕地及不同的作物覆盖情况。30 差值法的应用举例(a)差影法可以用于混合图像的分离-=31 (b)检测同一场景两幅图像之间的变化设：时刻1的图像为T1(x,y)，时刻2的图像为T2(x,y)g(x,y)=T2(x,y)-T1(x,y)=-T1(x,y)T2(x,y)g(x,y)32 图像的减法运算也可应用于求图像梯度函数梯度定义形式：梯度幅度③求梯度幅度33 梯度幅度的近似计算：34 梯度幅度的应用梯度幅度图像梯度幅度在边缘处很高；在均匀的肌肉纤维的内部，梯度幅度很低。35 （3）乘法运算C(x,y)=A(x,y)*B(x,y)主要应用举例图像的局部显示（掩膜图像）图像的局部增强36 图像的局部显示37 （4）除法运算C(x,y)=A(x,y)/B(x,y)主要应用举例校正成像设备的非线性影响CT消除图像数字化设备随空间变化的影响38 其它运算-逻辑运算-求反绘制区别于背景的、可恢复的图形原图求反画图求反恢复原图39 逻辑运算——并或运算的定义(并)g(x,y)=f(x,y)vh(x,y)主要应用举例合并子图像=40 逻辑运算——交与运算的定义（交）g(x,y)=f(x,y)h(x,y)主要应用举例求两个子图像的相交子图=41 逻辑运算——异或异或运算的定义(两个值相异结果为真)g(x,y)=f(x,y)h(x,y)主要应用举例获得相交子图像绘制区别于背景的、可恢复的图形42 逻辑运算——异或获得相交子图像=43 4.4几何运算几何运算又称几何变换，是图像处理和图像分析的重要内容之一。图像的几何变换（GeometricTransformation）是指图像处理中对图像位置变换（平移、旋转、镜像）、形状变换（放大、缩小、错切）以及图像复合变换。几何变换可能改变图像中各物体之间的空间位置关系。几何变换不改变像素值，而可能改变像素所在的位置。44 几何变换的统一矩阵变换形式：根据几何学知识，上述变换可以实现图像各像素点以坐标原点的比例缩放、反射、错切和旋转等各种变换，但是上述2×2变换矩阵T不能实现图像的平移以及绕任意点的比例缩放、反射、错切和旋转等变换。几何变换的一般形式45 如图所示，则新位置A1(x1，y1)的坐标为：以图像平移变换为例平移变换为例：46 将方程表示为矩阵形式：即不能表示为如下形式：由于矩阵T中没有引入平移常量，无论a、b、c、d取什么值，都不能实现式平移功能。不能实现平移变换功能，如何改进?47 将T矩阵扩展为如下2×3变换矩阵，其形式为：根据矩阵相乘的规律，在坐标列矩阵[xy]T中引入第三个元素，扩展为3×1的列矩阵[xy1]T,就可以实现点的平移变换。变换形式如下：48 这样一来,平移变换可以用如下形式表示：上述变换虽然可以实现图像各像素点的平移变换，但为变换运算时更方便，一般将2×3阶变换矩阵T进一步扩充为3×3方阵，即采用如下变换矩阵：49 这种扩充矩阵方法叫什么？齐次坐标表示法：以n+1维向量表示n维向量的方法。齐次坐标的几何意义：相当于点(x，y)投影在xyz三维立体空间的z=1的平面上。通过规范化齐次坐标，能够减小坐标值，方便表达。50 齐次矩阵3×3的阶矩阵T可以分成四个子矩阵。其中，这一子矩阵可使图像实现恒等、比例、反射（或镜像）、错切和旋转变换。［pq］这一行矩阵可以使图像实现平移变换。［lm］T这一列矩阵可以使图像实现透视变换，但当l=0，m=0时它无透视作用。［s］这一元素可以使图像实现全比例变换。51 图像的平移变换特点：平移后的图像与原图像完全相同，新图像上的每一点都可以在原图像中找到对应点。注意：平移后的图像是否扩大？52 设点P0(x0,y0)进行平移后，移到P(x,y)，其中x方向的平移量为Δx，y方向的平移量为Δy。那么，点P(x,y)的坐标为：利用齐次坐标，变换前后图像上的点P0(x0,y0)和P(x,y)之间的关系可以用如下的变换矩阵表示为：53 图平移前的图像图平移后的图像平移变换的效果54 获得图像高度、宽度等信息将待处理图像拷贝到新申请的内存中申请与图像大小相同的内存设置变量i，j和i0，j0分别存储变换后像素坐标和变换前坐标将原图像对应坐标的像素赋值给新图像更新成功，释放内存，返回TRUE变换前的坐标是否在原图范围内将像素赋值为255NY图像平移处理的流程图循环计算，新图像每个像素的变换前的坐标i0，j055 图像的放缩变换比例缩放前后两点P0(x0,y0)、P(x,y)之间的关系用矩阵形式可以表示为：56 图像缩小图像的缩小一般分为按比例缩小和不按比例缩小两种。图像缩小之后，因为承载的信息量小了，所以画布可相应缩小。缩小减少信息，即如何选择保留的信息。57 1.图像按比例缩小：最简单的是减小一半，这样只需取原图的偶（奇）数行和偶（奇）数列构成新的图像。2.图像不按比例缩小：这种操作因为在x方向和y方向的缩小比例不同，一定会带来图像的几何畸变。58 图像的按比例缩小效果59 图像的不按比例任意缩小60 图像放大图像的缩小操作中，是在现有的信息里如何挑选所需要的有用信息。图像的放大操作中，则需对尺寸放大后所多出来的空格填入适当的值，这是信息的估计问题，所以较图像的缩小要复杂一些。61 1.按比例放大图像如果需要将原图像放大k倍，则将一个像素值添在新图像的k*k的子块中。放大5倍图像放大62 2.图像的任意不成比例放大：这种操作由于x方向和y方向的放大倍数不同，一定带来图像的几何畸变。放大的方法：将原图像的一个像素添到新图像的一个k1*k2的子块中去。图像放大63 放大两倍放大后图像的像素（0，0）、（0，2）对应于原图像像素（0，0）、（0，1）放大后图像的像素（0，1）对应于原图像像素（0，0.5）两种办法：（0，0）或（0，1）图像放大64 图像的成倍放大效果65 图像的不按比例放大效果马赛克效应66 图像的镜像变换67 图像的镜像68 水平镜像水平镜像前后两点P0(x0,y0)、P(x,y)之间的关系用矩阵形式可以表示为：69 垂直镜像水平镜像前后两点P0(x0,y0)、P(x,y)之间的关系用矩阵形式可以表示为：70 水平镜像的变换效果71 垂直镜像的变换效果72 图像旋转θ角图像的旋转变换设点P0(x0,y0)旋转θ角后的对应点为P(x,y)，如图所示。图像的旋转变换也可以用矩阵变换表示：73 写成矩阵表达式为74 图像的旋转变换计算公式：四舍五入整数75 图像旋转如图所示，图像经过了两次45º和135º旋转变换之后，字迹发生了较明显的变化，特别是字体的边缘更为明显。76 最简单的方法是行插值或是列插值方法：插值的方法是：空点的像素值等于前一点的像素值。同样的操作重复到所有行。图像旋转的注意点图像旋转之后，会出现许多的空白点，对这些空白点必须进行填充处理，否则画面效果不好，称这种操作为插值处理。77 图像的旋转效果－无插值78 图像旋转－有插值79 旋转前的图像80 旋转15°并进行插值处理的图像81 图像的旋转变换上述的旋转是绕坐标轴原点（0，0）进行的如果图像旋转是绕其他指定点（a，b）进行先要将坐标系平移到该店，再进行旋转，然后将旋转后的图像平移会原来的坐标原点82 图像的复合变换图像的复合变换：是指对给定的图像连续施行若干次如前所述的平移、镜像、比例、旋转等基本变换后所完成的变换。图像的复合变换又叫级联变换。从数学上可以证明，复合变换的矩阵等于基本变换的矩阵按顺序依次相乘得到的组合矩阵。设对给定的图像依次进行了基本变换F1，F2，…，FN，它们的变换矩阵分别为T1，T2，…，TN，图像复合变换的矩阵T可以表示为：T=TNTN-1…T1。83 由此可见，尽管一些顺序的平移，用到矩阵的乘法，但最后合成的平移矩阵，只需对平移常量作加法运算。复合平移设某个图像先平移到新的位置P1(x1,y1)后，再将图像平移到P2(x2,y2)的位置，则复合平移矩阵为：84 复合比例缩放85 最邻近插值法双线性插值（一阶插值）高阶插值4.5灰度级插值数字图像处理只能对坐标网格点（离散点）的值进行变换。而坐标变换后产生的新坐标值同网格点值往往不重合，因此需要通过内插的方法将非网格点的灰度值变换成网格点的灰度值，这种算法称为灰度内插。86 计算与点P(x0，y0)临近的四个点;将与点P(x0，y0)最近的整数坐标点(x，y)的灰度值取为P(x0，y0)点灰度近似值。最邻近插值法87 最邻近插值法就是最临近点重复简单、快速放大5倍88 双线性插值根据点P(x0，y0)的四个相邻点的灰度值，通过两次插值计算出灰度值f(x0，y0)89 双线性插值公式90 双线性插值的优缺点优点：缩放后图像质量高，不会出现图像不连续的情况。缺点：计算量有点大；具有低通滤波器的性质，使高频分量减弱，所以使图像的轮廓在一定程度上受损。91 92 93 高阶插值三次内插法：是指用（x,y）周围的16个网格点灰度按三次多项式进行内插的高精度算法。三次样条函数、Legendre中心函数、sin(πx)/πx94 实验三　图像基本运算实验实验目的：熟悉图像基本运算的原理和方法，编程实现图像基本运算的功能（几何变换：平移、旋转、镜像等；代数运算：加、减）实验内容：在上次实验的基础上，用VC++编写和调试一个BMP图像基本运算的程序。95 获得图像高度、宽度等信息将待处理图像拷贝到新申请的内存中申请与图像大小相同的内存设置变量i，j和i0，j0分别存储变换后像素坐标和变换前坐标将原图像对应坐标的像素赋值给新图像更新成功，释放内存，返回TRUE变换前的坐标是否在原图范围内将像素赋值为255NY图像平移处理的流程图循环计算，新图像每个像素的变换前的坐标i0，j096 读入图像数据根据旋转角度计算新图像的大小，为新图像分配内存定义变量，获得图像的长宽等信息计算新图像各像素在原图像的坐标，获取新图像像素灰度更改信息头中的长，宽存储与显示计算完否NY图像旋转处理的流程图97 读入图像数据根据缩放比例计算新图像的大小，为新图像分配内存定义变量，获得图像的长宽等信息计算原图像与新图像各像素对应像素坐标，获取新图像像素灰度更改信息头中的长，宽存储与显示计算完否NY图像缩放处理的流程图98 本章小结图像有哪些基本运算？代数运算的特点及应用？几何运算的特点及应用？为什么要引入齐次坐标？灰度插值有哪些方法？99 肺炎支原体肺炎由肺炎支原体（MP）引起的肺部炎症过去称为非典型肺炎可有肺外症状——全身器官的病变 主要临床表现特点发热、咽痛、咳嗽及肺浸润肺部X线特征象较明显肺部特征相对较少大环内酯类抗生素治疗有效 病原学引起人类呼吸道感染的支原体是MP支原体是能在无细胞培养基上生长繁殖的最小的微生物大小介于细菌和病毒之间（0.15-0.3um）无细胞壁、无鞭毛、无动力、着色难、G-有膜及胞浆抗原MP是引起儿童和青壮年呼吸道感染和全身性病变的常见原因 流行病学（一）MP感染为全球性，全年四季散发发病3-5年有一次地区性流行近年来发病率显著增高，约占小儿呼吸道感染的30%发病年龄以学龄儿童及青年好发 流行病学（二）发病年龄有提前趋势，婴儿也可感染通过飞沫传播,潜伏期即有传染性症状缓解后数周仍有传染性家庭成员受感染机会多 发病机理MP进入下呼吸道后黏附在气道上皮细胞表面黏膜上皮破坏纤毛运动丧失或纤毛脱落、粘膜下细胞浸润呼吸道上皮细胞吸附作用 发病机理肺炎是患者对支原体及其代谢产物的过敏反应肺外器官病变发生可能与感染后产生的免疫复合物和自身抗体有关有人认为MP可通过淋巴细胞和血流直接侵犯N.S和心脏免疫学机理 病理学(一)肺部病变主要为间质性肺炎、支气管肺炎和急性支气管肺炎※肺泡内少量渗液,也可见灶性肺不张和气肿※间质常有炎性细胞浸润※支气管粘膜上皮脱落、坏死及中性细胞浸润※胸膜有纤维渗出性炎症 病理学(二)中枢神经受累者可有脑膜炎、脑炎及脊髓炎心脏疾病患者可见心肌、心包炎症尸检病例发现有DIC、管内有血栓形成和栓塞 临床表现发病年龄潜伏期最常见为5-19岁婴幼儿和老年人也可感染五岁以下婴幼儿隐性感染及轻症支气管炎多年龄越小越不典型2-3周可长时期带支原体状态 临床表现起病多隐匿起病¼-½患儿有先驱上呼吸道感染症状严重病例表现似爆发肺炎，迅速恶化，甚至死亡 临床表现一般表现发热：热峰38-39℃，热型不定，热程1-12周畏寒、乏力、头痛、咽痛恶心、呕吐和腹泻等 临床表现呼吸道症状咳嗽：初为干咳，后为顽固剧咳或百日咳样的咳嗽少量粘液痰或无痰，偶有咯血喘憋或呼吸困难：婴幼儿表现为喘憋或呼吸困难胸痛：年长儿诉胸骨后痛 临床表现整个病程中肺部可无任何阳性体征少数病人有局限性干、湿罗音，但迅速消失一般无实变体征，少数有胸腔积液体征可有咽充血，鼓膜炎症，扁桃体渗出性炎症和颈淋巴结触痛体征 临床表现胸部X线表现75-90%病变在下叶病变在一处或多个部位病变以右下叶为多双侧病变占10-42%病变部位 临床表现胸部X线表现病变形状常显斑片状浸润影20%呈现均匀浸润影似细菌性大叶肺炎10%有肺不张个别呈现多发性肺段浸润20%胸腔少积液大量积液或双侧积液者少见 临床表现MP肺炎可发展成ARDS或弥漫性间质性肺纤维化，也可发生肺脓肿肺部病变吸收：最短7天，最长90天，多数2-3周 MP肺炎的肺外表现皮肤、粘膜损害皮疹发生率3-30%，多见于5-20岁皮疹形态多样Stiven-Jonsen综合症：疱疹或大疱合并溃疡性口炎及渗出性结合膜炎，预后严重，为异常免疫反应 MP肺炎的肺外表现神经系统损害可有无菌性脑膜炎、脑膜脑炎、脊髓炎、小脑共济失调、周围N炎等脑膜炎时CSF可有淋巴细胞增高发病率约占MP感染的0.1%，占非细菌性脑膜炎的5% MP肺炎的肺外表现血液系统并发症33-76%病人有冷凝素升高53-83%病人血清直接coombs试验阳性血小板减少免疫性溶血，DIC溶血机理：冷凝素抗体激活补体而发生溶血MP感染使过氧化物增高红细胞膜的变性 MP肺炎的肺外表现心血管系统的并发症可有心肌炎、心包炎、急性心衰等部分无临床症状仅心电图异常严重病例可死亡心脏受累可由MP直接侵犯或免疫损害 MP肺炎的肺外表现消化系统症状肌肉关节损害12-40%伴胃肠道症状可有肝肿大、急性肝炎、肝功能异常等有非特异性肌肉痛和关节痛 实验室检查MP的分离培养采集患者咽试子、痰、支气管肺泡灌洗液培养和分离MPCSF，心包积液或中耳分泌物也可培养分离支原体病原培养诊断可靠，但难度大，无助早期诊断 实验室检查血清学检查是确诊MP感染最常用的方法MP感染后，刺激B细胞产生IgM及IgG抗体、IgA抗体特异性IgM抗体测定有诊断价值常用方法有补体结合实验、间接血凝实验、间接免疫荧光实验及酶联免疫吸附实验（ELISA）。省时、简便和经济，但敏感性特异性不理想颗粒凝集法及采用MyCO-Ⅱ试剂盒检测MP特异性IgM效果较理想，MP-IgM›1：80为阳性 实验室检查荧光定量PCR（FQ-PCR）技术可快速、敏感、准确、定量检测标本中MP-DNA有助于临床早期诊断可检测痰、血、脑脊液、胸水等标本 冷凝集试验实验室检查冷凝集素属IgM型抗体为非特异性反应肝病、溶贫、传单等滴度不超过1：32 实验室检查血清学检查的临床意义MP-IgM与IgG是诊断MP感染的可靠指标MP-IgG阳性不一定表示MP现症感染MP-IgM阳性提示近期感染血清抗体阳性只作为MP感染诊断依据，不作为是否继续用药依据IgM于感染后一周左右出现10-30天达到高峰12-26周消失MP-IgM最佳检测时机为发病10天后 治疗剂量：30-50mg（kg.d）用法：ivgtt或口服副作用：腹痛、发热、黄疸、转氨酶升高等静滴可有静脉炎大环内酯类抗生素对细胞内致病菌有独特而高效的抗菌活性红霉素为首选抗菌素 治疗新一代大环内酯类抗生素对酸的稳定性增加，服后生物利用高度组织穿透性好，且有抗生素后效应服用剂量及次数减少，不良反应率低剂量：阿奇霉素10mg/kg.d。Ivgtt或口服，Qd罗红霉素5-10mg/kg.d口服分两次抗菌素'