TĂNG CƯỜNG CHẤT LƯỢNG ẢNH doc

TĂNG CƯỜNG CHẤT LƯỢNG ẢNHTĂNG CƯỜNG CHẤT LƯỢNG ẢNH
(IMAGE ENHENCEMENT)(IMAGE ENHENCEMENT)
CHƯƠNG 3CHƯƠNG 3
3.1. Kh¸i niÖm chung3.1. Kh¸i niÖm chung
Các thuật toán tăng cường chất lượng ảnh được
sử dụng để làm giảm nhiễu trong ảnh và làm tăng
độ tương phản giữa các cấu trúc cần xem xét.
Trong nhiều trường hợp, tăng cường chất lượng
ảnh sẽ cải thiện chất lượng của ảnh và trợ giúp cho
công việc chẩn đoán. Kỹ thuật tăng cường chất
lượng ảnh thường được sử dụng để cho ảnh rõ ràng
hơn nhưng cũng có thể là bước tiền xử lý cho việc
phân tích tự động tiếp sau.
Ảnh SPECT bị suy giảm mạnh bởi nhiễu Poisson
(là thuộc tính vốn có của quá trình phát xạ photon
và quá trình đếm). Ảnh mammo không bị ảnh
hưởng nhiều bởi nhiễu nhưng độ tương phản bị
giới hạn bởi bản chất và sự xếp chồng của các mô
mềm ở vú bị ép lại khi tiến hành chụp ảnh.
Các kỹ thuật tăng cường chất lượng ảnh bao gồm
kỹ thuật tuyến tính, phi tuyến, cố định, thích nghi;
kỹ thuật dựa vào pixel hay kỹ thuật đa mức.
Các kỹ thuật tăng cường chất lượng ảnh được
chia làm 2 nhóm. Nhóm các kỹ thuật tăng cường
ảnh (trong miền không gian) và nhóm các kỹ thuật
phục hồi ảnh (trong miền tần số).
Các toán tử điểm: thay đổi độ tương phản, sửa
đổi mức xám đồ.
3.2. T3.2. Tăng cường ảnhăng cường ảnh
Các toán tử không gian: làm trơn; lọc trung vị;
làm sắc nét đường biên; phóng to, thu nhỏ; lọc

đồng hình.
Các toán tử biến đổi: lọc đồng hình.
3.2.1. Toán tử điểm
a) Tăng độ tương phản
- Mục đích: tăng dải động của các mức xám trong
ảnh được xử lý
Hình 3.1. Tăng độ tương phản
- Ghim: trường hợp đặc biệt của tăng độ tương
phản khi ==0. Thích hợp để làm giảm nhiễu nếu
biết ảnh đầu vào nằm trong khoảng [a,b]. Phải
được thực hiện trên các ảnh được biểu diễn một số
hữu hạn các bit (unsigned character).
- Phân ngưỡng: trường hợp đặc biệt của ghim với
a=b=t.
Hình 3.2. (a) ảnh ban đầu. (b) tăng độ tương
phản:a=80,b=175, v
a
=40, v
b
=215. (c) ghim. (d) phân
ngưỡng t=128
- Biến đổi âm bản: v=L-u; u,v[0,L].
Hình 3.3. (a), (c) ảnh ban đầu.
(b), (d) ảnh biến đổi âm bản
- Trích chọn bit
 
Lnuuu
u
uL
v

n
t
t
t 20
log;, ,
00
1









Hình 3.4. Các ảnh trích chọn bit từ một ảnh số.
(a) bit 0, (b) bit 1 (h) bit 7
- Nén dải: dải động của ảnh được biến đổi đơn vị là
rất lớn nên chỉ nhìn thấy một số ít các pixel. Dải
động có thể được nén lại thông qua biến đổi logarit
v=c.log
10
(1+|u|) với c là hằng số.
- Trừ ảnh: so sánh các ảnh với nhau nhằm mục
đích tách nhiễu ra khỏi nền. Một phương pháp đơn
giản nhưng rất hiệu quả là trừ theo từng bit
v(i,j)=a.|u
1
(i,j)-u

2
(i,j)|+btrong đó (i,j) để chỉ vị trí
của pixel; u
1
và u
2
là hai ảnh được so sánh
Toán tử trừ thực hiện trên 2 ảnh chụp ở các điều
kiện khác nhau của cùng 1 đối tượng có thể tăng
cường thông tin về sự thay đổi điều kiện chụp.
Thực hiện chụp ảnh giải phẫu cùng cấu trúc mạch
máu trước tiên. Sau đó, thuốc đánh dấu được theo
dõi đưa vào cơ thể (chúng chảy qua cấu trúc mạch
máu này). Ảnh giải phẫu thứ hai được thực hiện tại
đỉnh của dòng thuốc đánh dấu này. Trừ hai ảnh này
sẽ cho một ảnh mới có độ tương phản và độ nhìn
thấy cấu trúc mạch máu tốt.
b) Sửa đổi mức xám đồ
- Mức xám đồ của một ảnh số: biểu diễn tần số
xuất hiện tương đối của các mức xám có trong ảnh.
Mức xám đồ cho đánh giá xác suất xuất hiện của
từng mức xám.
- Cân bằng mức xám đồ: biến đổi ảnh sao cho mức
xám đồ của ảnh đầu ra là đồng đều.
- Chỉ định mức xám đồ: biến đổi ảnh sao cho mức
xám đồ của ảnh đầu có dạng như đã cho trước.
- Cân bằng mức xám đồ
Coi một giá trị điểm ảnh u0 là một biến ngẫu

nhiên với hàm phân bố mật độ xác suất p
u
(u) và
hàm phân bố tích luỹ F
u
()=P[u].
   



u
uu
dxxpuFv
0
Biến ngẫu nhiên v được định nghĩa dưới đây sẽ
phân bố đều trong khoảng [0,1].
Chứng minh
Lấy vi phân của v theo u:


updudv
u

Thay vào quan hệ giữa p
u
(u) và p
v
(v)
     
 

1
1

up
up
dv
du
upvp
u
uuv
Thực hiện trên ảnh số
Ảnh vào u có mức xám đồ h(x
i
) với i=0,1 ,L-1.
     
1 ,1,0;
1
0




Lixhxhxp
L
i
iiiu
Ảnh ra v
*
cũng giả thiết là có L mức được cho bởi:
 




u
x
iu
i
xpv
0








5,011
minmin
*
 vLvvIntv
trong đó v
min
là giá trị nhỏ nhất của v
lượng tử
hóa đều
v
*
u
L

 


u
i
u
ip
0




ip
u


5,0int
*
 Lvv
Hình 3.6. Các
bước thực hiện
cân bằng mức xám đồ
u 0 1 2 3 4 5 6 7
h(u) 790 1023 850 656 329 245 122 81
p
u
(u) 0,19 0,25 0,21 0,16 0,08 0,06 0,03 0,02
 




u
i
u
ipv
0

0,19 0,44 0,65 0,81 0,89 0,95 0,98 1,00
v
*
=Int[7v+0,5]

1 3 5 6 6 7 7 7
p
v*

0,19 0,25 0,21 0,24 0,11

Ví dụ minh họa thực hiện cân bằng mức xám đồ
cho ảnh 3 bit có mức xám đồ là h(u)
- Chỉ định mức xám đồ
Cân bằng mức xám đồ có thể dẫn tới bão hòa ở
một số vùng trong ảnh, làm mất các chi tiết và các
thông tin tần số cao có thể cần thiết cho việc đọc,
biên dịch ảnhcó thể thực hiện cân bằng mức xám
đồ cục bộ hoặc biến đổi mức xám đồ ban đầu thành
một mức xám đồ mới có phân bố như mong muốn.