PDF Giáo trình xử lý ảnh Y sinh, ngành kỹ thuật Y sinh, Nguyễn Thanh Hải, Ngô Quốc Cường

Giáo trình xử lý ảnh Y sinh, ngành kỹ thuật Y sinh, Nguyễn Thanh Hải, Ngô Quốc Cường

 

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................... 3
MỤC LỤC ................................................................................................ 5
LIỆT KÊ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .................................................... 10
Chương 1. THU NHẬN ẢNH: X-QUANG, CT VÀ MRI .................. 11
1.1. ẢNH X-QUANG .............................................................................. 11
1.2. ẢNH CT ............................................................................................ 17
1.2.1. Quá trình tạo ảnh CT ..................................................................... 17
1.2.2. Mô tả ảnh ....................................................................................... 19
1.3. ẢNH MRI ......................................................................................... 22
1.3.1. Tổng quan ảnh cộng hưởng từ ....................................................... 22
1.3.2. Cộng hưởng từ hạt nhân ................................................................ 23
1.3.3. Mã hóa không gian ........................................................................ 24
1.3.4. Quá trình thu ảnh ........................................................................... 25
1.3.5. Độ tương phản ảnh MRI ................................................................ 27
1.3.5.1. Quá trình suy giảm T2 ....................................................... 27
1.3.5.2. Quá trình phục hồi T1 ....................................................... 28
1.3.6. Quá trình tạo ảnh MRI ................................................................... 30
Chương 2. KHÁI NIỆM CƠ BẢN ....................................................... 31
2.1. HỆ THỐNG XỬ LÝ ẢNH Y SINH ................................................. 31
2.2. ĐIỂM ẢNH VÀ ẢNH SỐ ................................................................ 31
2.2.1. Điểm ảnh ........................................................................................ 31
2.2.2. Phân loại ảnh .................................................................................. 33
2.2.3. Độ phân giải ................................................................................... 36
2.2.4. Điểm ảnh lân cận ........................................................................... 37
2.2.5. Khoảng cách .................................................................................. 38
6
2.3. TOÁN TỬ ẢNH ............................................................................... 39
2.3.1. Biến đổi âm bản ............................................................................. 41
2.3.2. Biến đổi hàm log ............................................................................ 42
2.3.3. Biến đổi dạng lũy thừa ................................................................... 43
BÀI TẬP CHƯƠNG 2 ............................................................................. 47
Chương 3. PHÉP BIẾN ĐỔI ẢNH ...................................................... 49
3.1. BIẾN ĐỔI FOURIER RỜI RẠC ...................................................... 49
3.1.1. Biến đổi Fourier rời rạc ................................................................. 50
3.1.2. Tính toán và biểu diễn biến đổi 2-DFT ......................................... 52
3.2. BIẾN ĐỔI WAVELET ..................................................................... 58
3.2.1. Biến đổi Fourier thời gian ngắn ..................................................... 58
3.2.2. Phân tích Wavelet .......................................................................... 60
3.2.2.1. Phân tích đa phân giải ...................................................... 60
3.2.2.2. Wavelet .............................................................................. 61
3.2.2.3. Biến đổi Wavelet liên tục ................................................... 62
3.2.2.4. Biến đổi Wavelet rời rạc và giàn lọc ................................. 65
3.2.2.4.1. Giàn lọc .......................................................................... 66
3.2.2.4.2. Một số hàm Wavelet thông dụng .................................... 69
3.2.2.5. Biến đổi Wavelet trong ảnh số .......................................... 74
3.2.2.6. Biến đổi Wavelet dùng Wavelet Toolbox ........................... 76
3.2.2.7. Một số ứng dụng của phép biến đổi Wavelet .................... 84
BÀI TẬP CHƯƠNG 3 ............................................................................. 85
Chương 4. LỌC ẢNH ............................................................................ 87
4.1. LỌC TRONG MIỀN KHÔNG GIAN .............................................. 87
4.2. LỌC TRONG MIỀN TẦN SỐ ....................................................... 100
4.2.1. Lọc nhẵn trong miền tần số ......................................................... 101
4.2.1.1. Bộ lọc thông thấp lý tưởng .............................................. 101
7
4.2.1.2. Bộ lọc thông thấp Butterworth ........................................ 102
4.2.1.3. Bộ lọc thông thấp Gauss ................................................. 102
4.2.1.4. Xây dựng bộ lọc thông thấp trong miền tần số ............... 102
4.2.2. Lọc thông cao .............................................................................. 109
4.2.2.1. Bộ lọc thông cao lý tưởng ............................................... 109
4.2.2.2. Bộ lọc thông cao Butterworth ......................................... 109
BÀI TẬP CHƯƠNG 4 ........................................................................... 110
Chương 5. TĂNG CƯỜNG ẢNH ....................................................... 111
5.1. XỬ LÝ ĐIỂM ................................................................................. 111
5.1.1. Mở rộng độ tương phản ............................................................... 112
5.1.2. Xử lý lược đồ ............................................................................... 116
5.1.2.1. Cân bằng histogram ........................................................ 118
5.1.2.2. Kỹ thuật phối hợp lược đồ ............................................... 126
5.2. XỬ LÝ MẶT NẠ ........................................................................... 130
5.2.1. Các bộ lọc làm mịn ảnh ............................................................... 130
5.2.2. Các bộ lọc làm sắc nét ảnh .......................................................... 135
BÀI TẬP CHƯƠNG 5 ........................................................................... 137
Chương 6. PHÂN ĐOẠN VÀ TÁCH BIÊN ...................................... 139
6.1. PHÂN ĐOẠN ................................................................................. 139
6.1.1. Phương pháp phân đoạn biên độ chói .......................................... 139
6.1.2. Phương pháp phân đoạn nhóm .................................................... 144
6.1.3 Phương pháp phân đoạn vùng ...................................................... 146
6.1.3.1. Công thức cơ bản ............................................................ 146
6.1.3.2. Phân đoạn phát triển vùng .............................................. 146
6.1.3.3. Phát triển vùng sử dụng sai số cộng ............................... 146
6.2. TÁCH BIÊN ................................................................................... 148
6.2.1. Tách biên theo đạo hàm bậc một ................................................. 149
8
6.2.2. Phát hiện biên theo đạo hàm bậc hai ........................................... 154
6.2.2.1. Phương pháp Laplace ..................................................... 154
6.2.2.2. Bộ tách biên LoG ............................................................. 156
6.2.3. Bộ tách biên Canny ...................................................................... 157
BÀI TẬP CHƯƠNG 6 ........................................................................... 159
Chương 7. PHÂN TÍCH HÌNH KHỐI VÀ KẾT CẤU .................... 161
7.1. PHÂN TÍCH HÌNH KHỐI ............................................................. 161
7.1.1. Biểu diễn hình dạng và đường biên ............................................. 161
7.1.1.1. Các vết của đường biên ................................................... 162
7.1.1.2. Mã hóa chuỗi ................................................................... 162
7.1.1.3. Phân đoạn đường biên .................................................... 167
7.1.1.4. Mô hình đa giác của đường biên ..................................... 168
7.1.1.5. Mô hình parabol của đường biên .................................... 173
7.1.1.6. Mỏng hóa và khung hóa ............................................. 176
7.1.2. Hệ số hình dạng ...................................................................... 177
7.2. PHÂN TÍCH KẾT CẤU ................................................................. 181
7.2.1. Kết cấu trong các ảnh y sinh ........................................................ 182
7.2.2. Mô hình sự hình thành kết cấu..................................................... 182
7.2.2.1. Kết cấu ngẫu nhiên .......................................................... 185
7.2.2.2. Kết cấu thứ tự .................................................................. 186
7.2.2.3. Kết cấu định hướng ......................................................... 186
7.2.3. Phân tích fractal ........................................................................... 189
7.2.3.1. Kích thước fractal ........................................................... 190
7.2.3.2. Ứng dụng phân tích fractal ............................................. 191
7.2.4. Phân tích kết cấu ảnh trong miền Fourier .................................... 191
7.2.5. Phân tích đoạn và cấu trúc của kết cấu ảnh ................................. 195
7.2.5.1. Giải chập đồng hình của những mẫu tuần hoàn ............. 196
BÀI TẬP CHƯƠNG 7 ........................................................................... 201
9
Chương 8. PHÂN LOẠI ...................................................................... 202
8.1. PHÂN LOẠI MẪU......................................................................... 202
8.2. PHÂN LOẠI MẪU CÓ GIÁM SÁT .............................................. 203
8.2.1. Hàm biệt số và quyết định ........................................................... 203
8.2.2. Hàm khoảng cách ........................................................................ 205
8.2.3. Luật lân cận gần nhất ................................................................... 210
8.3. PHÂN LOẠI MẪU KHÔNG GIÁM SÁT ..................................... 211
8.3.1. Phương pháp tìm cụm .................................................................. 211
8.3.2. Giải thuật tìm cụm đơn giản ........................................................ 212
8.3.3. Giải thuật cụm lớn nhất - nhỏ nhất .............................................. 212
8.3.4. Giải thuật K-means ...................................................................... 213
8.4. PHÂN LOẠI BAYES ..................................................................... 218
8.5. MÁY VECTOR HỖ TRỢ (SVM) .................................................. 220
8.5.1. Siêu phẳng - Hyperplane ............................................................. 220
8.5.2. SVM tuyến tính............................................................................ 221
8.5.3. Các điều kiện Karush-Kuhn-Tucker (KKT) ................................ 222
8.5.4. Giải thuật tối ưu cực tiểu tuần tự ................................................. 223
8.6. MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO ...................................................... 225
BÀI TẬP CHƯƠNG 8 ........................................................................... 229
PHỤ LỤC ............................................................................................. 230
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................... 252

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Thanh Hải, Xử Lý Ảnh, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ
Chí Minh, 2014.
2. Rangaraj M. Rangayyan, Biomedical Image Analysis, CRC Press, 2005.
3. Kayvan N., Robert S., Biomedical Signal and Image Processing,
Taylor and Francis Group, 2006.
4. Maria Petrou, Panagiota Bosdogianni, Image Processing: The
Fundamentals, John Wiley & Sons Ltd, 1999.
5. William K. Pratt, Digital Image Processing, John Wiley & Sons,
Inc., 2001.
6. Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods, Digital Image Processing,
The Third Edition,Prentice Hall, 2008.
7. Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods, Digital Image Processing
Using MATLAB, Prentice Hall, 2004.
8. John O. Attia, Electronics and Circuit Analysis using MATLAB,
CRC Press, 1999.