Лекция цифрови изображения. Записване и обработка на цифрови изображения. Компютърна томография

изображения. Ултразвукова компютърна томография

• 
  ЦИ изображения могат да се съхранявата в компютърна памет.
  
• 
  ЦИ могат да се предават и анализират на разстояние с помощта на компютърните мрежи
  
• 
  Съвременните методи за обработка на цифрови изображения с компютри позволява извличане на важна информация от получените изображения и по този начин улесняват правилната диагностика
  

ЦИ се представят от двумерна функция f(x,y), където двойката променливи (x,y) задава координатите на дадения пиксел от изображението, а стойноста на функцията задава яркоста на пиксела. Тук x, y и f са цели числа като обикновено x и y се изразявт в десетичен код , а f е в двоичен код. По този начин ЦИ е дискретно както пространствено, по координати, така и по амплитуда или яркост. ЦИ може да се разглежда като матрица, чийто индекси за ред и стълб определят координатата на пиксела, а стойноста на матричния елемент определя яркоста на пиксела.

Размерите на ЦИ могат да бъдат произволни, но те обикновено са някаква степен на двойката тъй като компютрите оперират с числа в двоичен код, а заетата памет се измерва в битове. Нека ЦИ се представя от матрица с размерност MxN и с G степени на яркост, където М=2^m, N=2ⁿ и G=2^g. Тогава броят на битовете необходими за записване на това ЦИ е: b=NxMxg. Едно характерно 8-битово цифрово изображение с размери на матрицата (512x512) и степени на яркост 2⁸ =256 съдържа 262 144 бита т.е. около 260 килобайта.

Апаратура за получаване на ЦИ

Eхо-сигналът от приемния УЗ преобразовател е в аналогов вид и за да се превърне в дискретен сигнал се подава на аналогово-цифров преобразовател (АЦП). Оцифряването се извършва чрез следните две операции:

• 
  Накъсване на аналоговия сигнал като се правят равномерни извадки от непрекъснатия сигнал (фиг. 1). Примерно могат да се направят 512 извадки по дължината на всяка сканираща линия.
  
• 
  Закръгляване до цяло число стойноста на всяка извадка. Напримир за
  

Фиг.1 Оцифряване (накъсване и закръгляване) на аналогавия сигнал по една линия

на сканиране.

2. Архивиране на ЦИ. Видове памети

Нека ЦИ е представено от матрица с размер 512х512 като всеки пиксел представлява квадратче с размер 0.5 мм. Това позволява да се реализира разделителна способност определана от размера на два пиксела т.е.1 мм. В паметта на компютъра съществува матрица с размерност 512х512, съставена от адреси на клетки и във всяка клетка е записано едно 10-битово число. Така за едно 10-битово изображение с дадената размерност е необходима памет равна на 512х512х10 бита, приблизително равно на 320 килобайта. Ако удвоим броя на извадките в една сканираща линия т.е. 1024, разделителната способност ще се подобри 2 пъти. Това обаче се «заплаща» с 4 четири пъти по-голяма ангажирана памет.

Могат да се дефинират следните видове компютърна памет:

А) кратковременна памет. Това е операционната или RAM памет в компютъра. Възможно е също да се добавят платки с допълнителна памет, наречена кадрови буфер (frame buffer). Основното предимство на кадровия буфер е по-високата скорост на достъп, в сравнение с обикновенната памет. С помощта на кадрови буфери могат да се извършват много бързо операции за обработка на ЦИ, като например zoom ( увеличение и приближаване), scroll (вертикално въртене), pan (хоризонтално въртене) и др.

Б) Чакаща памет. Това е паметта на твърдия диск, която се използва при работа с ЦИ.

В) Архивна памет. Това е памет, която се използва по-рядко като основните носители са компакт дискове, магнитни ленти и др.

3. Дисплей на цифрови изображения

За да превърнем ЦИ в аналогово изображение на екрана на аналогов дисплей, какъвто е електронно лъчевата тръба, е необходимо да се използва устройство за преобразуване на цифров сигнал в аналогов, наречено цифрово-аналогов преобразовател (ЦАП). Друг вид аналогов дисплей са катодно-лъчеви тръби със случаен достъп. При тях електронният лъч може във всеки момент да се насочи към произволен пиксел, докато при телевизионните монитори пикселите се сканират в строго определена последователност.

4. Комуникации и разпространение на ЦИ

Често в отделните болници или в няколко болници могат да се изградят локални или далечни компютърни мрежи. Това позволява да се разпространяват бързо ЦИ получени чрез различни методи за визуализация-акустична, рентгенова, флуороскопия, магнитен резонанс и др. Това позвалява сравняване, цифрова обработка и анализ на различни подходи, което в крайна сметка улеснява и увеличава надеждноста на диагностичните решения. В момента се изследват възможностите на авангардни информационни технологии за обработка на масирана информация с цел улесняване на диагностиката. Две основни технологии са моделите на изкуствени невронни мрежи (Neural Networks), функциониращи по аналогия с човешкия мозък, и системите с размита логика (Fuzzy Logic), при които може да се борави с понятия, които нямат точен математически израз, и др.

Методи за обработка на цифрови изображения

Обикновено ЦИ съдържат повече информация от тази, която се изобразява на дисплея, понеже динамичния диапазон на ехо-сигналите значително превишава динамичния диапазон на дисплея. Целта на цифровата обработка е да се извлече специфичната информация, необходима за даденото приложение. Например някои тъканни структури или кръвоносни съдове изпъкват по-ясно чрез изваждане на две изображения, фрактурите на костите стават по-ясни чрез заостряне на контурите, контраста на меките тъкани се подобрява чрез подходящо преобразуване на динамичния диапазн и т.н.

Цифровата обработка може да се представи като набор от операции върху пикселите представени чрез функции от вида: