Achiziia i prelucrarea imaginilor

Generalitati

Digitizarea unei imagini este procedura prin care imaginea se transform ntr-un set de numere. Acest set de numere poate fi adus n memoria calculatorului.Pentru afiarea pe monitor a imaginii digitizate este necesar prelucrarea setului de numere printr-o procedur invers digitizrii.In afar de procesarea pentru afiare, imaginii digitizate i pot fi aplicate i alte prelucrri matematice n vederea transformrii imaginii initiale

Gril digitizareImagineImagine pregtit pentru digitizareCsuele intersectate de imagine se innegrescInnegrit=1 Neinnegrit=0Compactare informaie

Un pixel (prescurtare de la picture element) reprezint cel mai mic element ce poate fi utilizat pentru a obine o imagine pe monitorul unui calculator. Datorit dimensiunilor, ce nu pot fi infinit de mici, reprezentarea grafic (pixel map sau bit map) aproximeaz subiectul

Bit-Mapped Graphics (BMP) - Harta de bii, reprezint o colecie de bii din memoria calculatorului, corespunztoare pixelilor de pe ecran. Graficul BMP n memoria calculatorului este o matrice de numere, fiecare descriind caracteristicile unui pixel. In cazul n care graficul BMP este color, sunt necesari mai muli bii pentru un pixel, pentru a putea memora codul i caracteristicile culorii.

Rezoluia (Resolution) dispozitivului de afiare (monitor sau imprimant), este msura claritii cu care pot fi redate detaliile. Pentru un monitor definete numrul de pixeli ce pot fi afiai pe unitatea de msur (inch). In general ns, cuvntul rezoluie este folosit pentru a indica numrul total de pixeli ce pot fi afiai (orizontal x vertical). Pentru imprimante rezoluia se msoar n dot (punctul cel mai mic ce poate fi tiprit) pe inch (dpi).

Rezoluie naltRezoluie sczutLa trasarea curbelor monocolore poate apare zimnarea atunci cand rezoluia nu este satisfctoare (aliasing)

Rezolutia de acoperire a suprafetelor (contouring) depinde de numarul de nuante folosite Sfera acoperita cu 32 de nivele de griSfera acoperita cu 8 nivele de gri

Simularea tonurilor de gri (dithering) prin aranjarea de puncte albe i negre de aceeai dimensiune in patternuri diferite

Formate graficeImaginile pot fi mprite n dou categorii: imaginile matriciale sau hri de bii (bitmap) din care fac parte formatele BMP, JPEG, GIF etc. imaginile vectoriale care sunt fiiere de coordonate si de instructiuni (de exemplu coordonatele din pleac i se termin o linie, sau codul unei culori care umple o anumit suprafa)

Formate graficeHri de biiGraphical Interchange Format (GIF),Tagged Image File Format (TIFF), Windows Bitmap (BMP).

Grafic vectorialEncapsulated Postscript (EPS),Windows Metafile Format (WMF),Hewlett-Packard Graphics Language (HPGL),Macintosh graphics file format (PICT).

Aplicatii

Ecografia

Principiul de functionare Un emitator trimite un semnal ultrasonic catre corpul uman. La trecerea de la un tesut la altul, o parte din semnalul emis este reflectat, o parte isi continua patrunderea in organism prin fenomenul de refractie si o parte este obsorbita de tesut. Unda reflectata este captata de un receptor si prelucrata pentru a fi afisata pe un ecran. Intrucat pentru un acelasi semnal emis au loc mai multe reflexii (semnalul strabate mai multe tesuturi), emisia este pulsatorie, intervalul de emisie fiind mai mic decat cel de receptie. Imaginea prezentata pe ecran, reprezinta fidel tesuturile strabatute de semnalul ultrasonic. Datorita alternarii emisie/receptie si a reversibilitatii se foloseste aceeasi sonda pentru emisia si receptia semnalului ultrasonic.

Frecvena semnalului ultrasonic se incadreaza in intervalul 110 MHz, limita de sus ajungand in prezent la 2025 MHz.Viteza semnalului ultrasonic este c = /T sau c = x (=lungimea de unda, T = perioada, = frecventa), fiind in medie c = 1540 m/s. Viteza de propagare ntr-un mediu omogen este constant la o temperatura data si depinde de elasticitatea i densitatea acestuia. Viteze de propagare a ultrasunetelor: 15401570 m/sec pentru creier, ficat, rinichi, muschi, snge, 14301450 m/sec pentru ap, tesut adipos), 331 m/sec n aer40006000 m/sec n os.

Evoluia ecografelor (sus) i a sistemelor de investigare (jos)

Exemple de imagini ecografice alb-negru

Din cele 64 de imagini achiziionate continuu, este posibil analiza mrit a unui cadruDopplerul color aduce un instrument suplimentar in diagnosticare

Sonda ecografic conine att emitorul ct i receptorul ultrasonic.Frecvena semnalului emis este invers proporional cu dimensiunile organului investigatAdncimea la care se face investigarea este direct proporionala cu puterea i invers proporionala cu frecvena semnalului emis

Sonda ecografic are dimensiunile si forma adaptate la organul investigat

Tomografia computerizat

Principiul tomografiei X Un fascicul subire de raze X, controlat de calculator, strbate dup direcii i intensitate cunoscut subiectul investigat. Receptorul sensibil la radiaia X sesizeaz gradul de obsorbie al esuturilor strbtute.Plecnd de la coeficienii de absorbie ai fiecrei direcii investigate, n baza unui algoritm matematic, este reconstituit imaginea seciunii strbtute de raza X.

d - grosimea seciuniim(x)-coeficientul de obsorbie dup direcia xI - intensitatea radiaiei emergenteI0 - intensitatea radiaiei incidenteModalitatea calculrii coeficienilor de absorbie dup fiecare direcie x

Generatii de tografe computerizate

Tomografia axial computerizat (CAT) ofer neinvaziv, seciuni (scan) transversale, subiri, prin corpul pacientului, ale cror imagini nu sunt influenate de seciunile vecine

Exemple de prelucrri ale imaginilor CT

Tomograf cu rezonan Magnetic Nuclear i exemple imagini obinute (MRI)

Rezonana Magnetic Nuclear (NMR) a fost dezvoltat separat n 1945 de fizicienii americani Felix Bloch i Edward Mills Purcell pentru analiza spectroscopic a substanelor. In NMR, substana este plasat ntr-un cmp magnetic puternic ce afecteaz spinul nucleilor atomici ai substanelor comune. Cu o und radio nucleii sunt reorientai, apoi la anularea undei este analizat energia eliberat. Informaia oferit reflect structura molecular i cu ajutorul tehnicii de calcul ea poate fi transformat n imagine. Din 1980 devine un intrument de diagnosticare mult mai precis dect ecografia sau tomografia cu raze X

Seciune transversal obinut prin MRI, ce prezint toate esuturile ce compun capul uman

Rezonana magnetic nuclear (MRI) relev diferene structurale ntre creierul normal (stnga) i cel afectat de schizofrenie (dreapta), care are ventricolele mrite

Radiografia digital

Exemple de imagini prelucrate numeric, n radiografia digital

Prelucrarea imaginilor

De ce procesam imaginile medicale?

1. Pentru a mbunti aspectul imaginii.2. Pentru a releva detaliile dintr-o imagine.3. Pentru a efectua msurtori cantitative

Radiatia vizibila: capacitatea de a produce senzatia de lumina

Capacitatea fluxului energetic luminos de a produce senzatia de lumina: fluxul luminos [lm] (lumenul)

Actiunea luminoasa intr-o anumita directie: intensitatea luminoasa

Efectul fluxului luminos incident la o suprafata: iluminarea

Luminanta (stralucirea) intr-un punct al suprafetei unei sursedAdirectia considerataNI

Informatia continuta de o imagine perceputa de ochiul uman poate fi definita de atribute cum ar fi stralucirea, culoarea sau muchiile unui obiect.

Pentru a reprezenta numeric o imagine aceasta trebuie sa fie discretizata. Discretizarea consta in impartirea imaginii intr-un caroiaj asemanator unei table de sah. Fiecare patratel din caroiaj va fi considerat ca avind o culoare uniforma (o medie a culorilor existente in patratel). Aceste patratele sunt pixelii imaginii digitale. Orice culoare poate fi descompusa in trei culori primare:1.rosu - R, 2.verde - G, 3.albastru - B). Orice imagine poate fi obtinuta prin suprapunerea aditiva a trei radiatii luminoase avand aceste trei culori si intensitati diferite.

Pentru a reprezenta numeric o culoare este suficient sa reprezentam intensitatile luminoase ale celor trei culori primare. Daca alocam cite 8 biti pentru fiecare componenta se pot codifica cate 256 nivele de intensitate. Absenta culorii (intensitate zero) se codifica prin valoarea 00000000 binar (00h) Intensitatea maxima fiind cea mai mare valoare reprezentabila pe 8 biti 11111111 binar (FFh).Aceasta reprezentare, tine mai mult de modalitatile tehnice de captare si reproducere a imaginii si nu de mecanismul fiziologic de percepere a culorii.

Ochiul este mai sensibil la intensitatea luminoasa a culorii decat la nuanta. Mecanismul fiziologic de percepere a culorii fiind apropiat de reprezentarea YUV ce se utilizeaza in televiziunea in culori. In acest caz, in loc de R,G,B se utilizeaza alte trei marimi derivate din acestea si anume: Y = 0.30R + 0.59G + 0.11BU = R - Y = 0.70R - 0.59G - 0.11BV = B - Y = -0.30R - 0.59G + 0.89BY se numeste luminanta si corespunde intensitatii luminoase percepute pentru respectiva culoare (coeficientii 0.30, 0.59 si 0.11 sunt stralucirile relative la alb ale celor trei culori primare rosu, verde respectiv albastru). U si V sunt denumite componente de crominanta si definesc nuanta culorii. Acest sistem de reprezentare a fost ales pentru compatibilitatea cu sistemul de televiziune alb-negru.

Etape prelucrarii imaginii:1.Achizitia2.Preprocesarea3.Segmentarea4.Procesarea in vederea masurarii

Caracteristici globale pentru pixelii dintr-o imagineHistogramaStrlucireaContrastul Culorile RGB

Histograma

Strlucirea

Contrastul

Culorile RGB

Detectia de contururi semnalarea schimbarilor intensitatii. Aplicabila de obicei imaginilor binare (alb/negru)

Procesari ale imaginiiZoom-ulSegmentareaFiltrarea Operatii matematiceZgomotul

Procesari ale imaginiiZoom-ul

Filtrari ale imaginiiNetezirea (Smooth) estomparea imaginii prin inlocuirea pixelilor cu o medie a vecinilorIntensificarea (Sharpen) - creterea contrastului i accentuarea detaliilor prin inlocuirea pixelilor cu o medie ponderata a vecinilorImbuntirea contrastului (Enhance Contrast) poate fi realizata prin stabilirea procentului de pixeli saturati si normalizarea valorii lor sau prin egalizarea histogrameiUtilizari ale medianei, mediei, minimului, maximului - inlocuirea fiecarui pixel cu valoarea medianei, mediei aritmetice, minimului respectiv maximului, calculata pentru un numar stabilit de pixeli vecini.

Filtrari ale imaginiiImbuntirea contrastului (Enhance Contrast)

Imbuntirea contrastului (Enhance Contrast)

Instructiuni MatlabI = imread('pout.tif');imshow(I)imhist(I,64)

I2 = histeq(I);imshow(I)imshow(I2)

ZgomotulAdaugarea de zgomot imaginii este corupta prin adaugarea de pixeli dupa diversi algoritmi (distributie Gaussiana, sare si piper)Extragerea de zgomot - prin utilizarea unor algoritmi specifici sunt inlaturati pixelii nedoriti din imagine (cel mai simplu prin mediere)

Filtrare de imagine

Transformari ale imaginiiDiminuarea fundalului (Subtract Background) utilizand algoritmi matematetici se poate schimba fundalul.

Transformari complexe

Gasirea bacteriilor cu granule

Instructiuni MatlabI = imread(nume fisier');imshow(I)BW1 = edge(I,'sobel');BW2 = edge(I,'canny');imshow(BW1)imshow(BW2)

Variante procesate diferit ale aceluiasi mapping EEG

ValueFp1Fp2F7F8T3T4T5T6F3F4C3C4P3P4O1O2

X Position 22 59 13 72 6 77 10 74 27 60 22 62 25 61 29 58

Y Position 85 85 68 68 45 45 23 23 68 68 45 45 23 23 5 5

Amplitude 145 140 160 220 135 135 195 170 130 120 60 55 185 225 250 215

Delta 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Theta 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Alfa 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Beta 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Map Data

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 180 179 173 168 163 158 153 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 162 177 173 170 167 164 161 158 155 150 144 0 0 0 0

0 0 0 0 0 150 157 161 161 160 159 158 158 157 156 154 147 140 0 0 0

0 0 0 0 141 144 146 148 149 151 152 153 155 156 157 157 149 141 133 0 0

0 0 0 134 134 133 133 135 138 141 144 148 151 154 157 161 151 141 131 0 0

0 0 126 124 122 119 117 121 125 129 133 137 141 145 149 153 141 124 106 108 0

0 0 118 102 99 96 94 97 100 103 106 110 113 116 119 123 111 93 87 102 107

0 87 108 87 75 73 71 73 76 78 80 83 85 87 90 92 80 64 76 95 103

0 79 92 75 57 51 49 50 52 53 54 56 57 58 60 61 48 50 71 83 68

0 75 77 59 41 27 26 26 27 27 28 28 29 29 30 30 19 39 59 80 67

0 70 65 46 27 8 2 2 2 1 1 1 1 0 0 0 8 30 52 74 66

0 0 66 48 29 11 6 6 5 4 4 3 3 2 1 1 19 40 62 84 72

0 0 80 61 42 25 18 18 17 16 15 15 14 13 12 12 35 59 81 93 0

0 0 76 69 49 39 31 30 29 28 28 27 26 25 25 24 52 81 102 100 0

0 0 74 80 63 54 45 42 41 40 39 38 37 36 35 35 67 100 122 114 0

0 0 0 88 75 67 59 54 53 52 51 50 49 48 47 46 79 112 143 124 0

0 0 0 95 91 83 74 67 66 65 64 62 61 60 59 58 78 98 118 0 0

0 0 0 0 91 82 73 70 69 68 67 66 64 63 62 66 84 102 120 0 0

0 0 0 0 87 83 75 74 73 72 71 70 69 68 67 70 84 98 0 0 0

0 0 0 0 0 84 77 77 76 75 75 74 73 73 72 75 87 0 0 0 0

Compresia imaginiiJPEG ('Joint Photographic Experts Group) este un format de comprimare a imaginii, recomandat pentru fotografii, opere de art i mai puin pentru imagini mictoare sau desene de preciziePentru imagini n micare se foloseste standardul MPEG (Motion Picture Experts Group), de exemplu n televiziunea digital)Imaginea iniial i cea decompresat nu sunt identiceCu ct gradul de compresie este mai mare cu att se pierd mai multe detaliiEste important s se evite compresiile i decompresiile succesive, pentru a menine pierderile de detalii n limite nesesizabile de ochiul obinuit

BMP alb/negruBMP tonuri de griBMP 16 culoriBMP 256 culoriBMP 24 bit culoriJPEG 24 bit culoriCULORI SAU TONURI DE GRI IN IMAGINILE PRELUCRATE DE CALCULATOARE

Conversia din format bmp in format jpg, aduce o mare economie de memorie fara pierderea aparenta a detaliilor

Aparatura medicala ce prelucreaza imaginiAparatura medicala ce prelucreaza imaginiAparatura medicala ce prelucreaza imaginiAparatura medicala ce prelucreaza imaginiAparatura medicala ce prelucreaza imaginiAparatura medicala ce prelucreaza imaginiAparatura medicala ce prelucreaza imaginiAparatura medicala ce prelucreaza imaginiAparatura medicala ce prelucreaza imaginiAparatura medicala ce prelucreaza imaginiAparatura medicala ce prelucreaza imagini