Sisteme imagistice medicale

Sisteme de achiziție și prelucrare a imaginilor. Formate de imagine

Scopul lucrării: prezentarea unui sistem de achiziție și prelucrare a imaginilor, achiziționarea de imagini utilizând achizitorul din laborator, prezentarea pachetelor de programe software pentru prelucrări de imagini și a formatelor de imagine cu care acestea operează.

1. Preluarea, eșantionarea și cuantizarea imaginilor

Dispozitivul cel mai răspândit pentru preluarea imaginilor este camera TV. Aceasta baleiază scena din fața obiectivului linie cu linie furnizând la ieșire un semnal electric ce apreciară variația luminozității în lungul fiecărei linii. Eșantionând si convertind numeric acest semnal se obține o imagine digitală.

Imaginile din lumea înconjurătoare prezintă caracteristici de continuitate atât ca suprafață, cât și in ceea ce privește tranzițiile de la o nuanță la alta. Eșantionarea și cuantizarea unei astfel de imagini conduce la obținerea, în final a unei matrici de imagine ale cărei elemente codifică luminozitățile pixelilor. Organizarea în octeți a memoriei calculatoarelor actuale face ca adesea să se lucreze cu 256 niveluri de luminozitate, codificând albul cu 255 și negrul cu 0, chiar dacă natura ochiului uman nu permite distingerea a mai mult de 100 de niveluri de luminozitate La monitoarele alb-negru obișnuite, cu 16 niveluri de luminozitate, se obține o nuanțare satisfăcătoare Cum insă 16 niveluri se pot obține cu 4 biți, aceeași imagine va ocupa în memoria calculatorului o zonă de memorie de două ori mai mică decât cea cu 256 de niveluri, care poale fi codificată doar pe 8 biți. In aplicațiile uzuale luminozitatea se poate codifica pe 3 până la 6 biți, în timp ce în aplicațiile mai pretențioase, ca de exemplu tomografia, se utilizează, de obicei, 11 sau 12 biți pentru codificare, deci apar 2048 sau 4096 de niveluri de luminozitate.

O imagine digitală este caracterizată de o rezoluție spațială care reprezintă numărul de pixeli din imagine și o rezoluție de luminozitate ce privește modul de codificare al pixelilor.

2. Structura sistemelor de prelucrare a imaginilor

Un sistem de prelucrare digitală a imaginilor este compus, în general, dintr-o cameră TV, o interfață de achiziție dotată cu un convertor A/D, o memorie de imagine și un calculator. Imaginea digitală, preluată prin intermediul camerei TV, este stocată de obicei pe discul magnetic al calculatorului sub forma unui fișier. Prelucrarea imaginii înseamnă rularea unuia sau a mai multor programe, care încarcă imaginea din fișierul de pe disc, o prelucrează în conformitate cu cerințele utilizatorului și apoi salvează imaginea rezultat. Pentru vizualizarea imaginii rezultat se utilizează fie un monitor TV legat la ieșirea video a unui calculator prin intermediul unui convertor digital-analogic, deci printr-un dispozitiv care să realizeze transformarea imaginii în semnal TV, fie un dispozitiv raster cu memoria de rastru corespunzătoare unei imagini. Un display color se dovedește util, ochiul uman sesizând mai bine culorile decât nivelurile de luminozitate.

Transferul, dar mai ales prelucrarea imaginilor, presupune existența unei memorii interne de dimensiuni relativ mari, precum și posibilitatea de acces la nivel de pixel în memoria de imagine. De asemenea, calculatoarele trebuie ia mai aibă în componența lor unități de disc de dimensiuni suficient de mari astfel încât să permită stocarea, pe lângă programele de prelucrare, a suficiente imagini.

Structura unui sistem de achiziție și prelucrare digitală imaginilor se prezintă după modelul din figura 1:

1

Camera TV A/D Memorie de imagini Interfața video Calculator Interfața Plotter TRIG START Canal date Interfața Printer Interfața Monitor PLOTTER PRINTER grafic Monitor TV

Figura 1 - Sistem de achiziție și prelucrare digitală a imaginilor

3. Pachet de programe specializat în prelucrări de imagini: DIGIMAG

Pachetul de programe DIGIMAG reprezintă un nucleu destinat dezvoltării aplicațiilor de procesare și analiză a imaginilor cu niveluri de gri. Conceput sub forma unei aplicații WINDOWS, utilizând mediul de programare Visual C++, DIGIMAG asigură atât o serie de funcții primitive necesare achiziționării imaginilor, salvării și încărcării acestora în și din fișiere tip, procesărilor uzuale și recunoașterii formelor. Utilizatorii pot exploata pachetul folosindu-se fie numai de funcțiile de bază disponibile fie extinzându-l cu funcții proprii capabile de a se interfața cu rutinele intrinseci ale nucleului și cu structurile de date asociate.

Lansarea în execuție a programului se poate face în oricare din modurile specifice WINDOWS (dublu clic pe numele asociat din Explorer, din meniul Start/ Run/ , etc.). După lansare utilizatorul poate solicita încărcarea unui fișier de imagine (*.BMP) - Figura 2.

Figura 2 - Prezentarea programului DIGIMAG

2

Pachetul de programe DIGIMAG, în versiunea actuală, conține:

- rutine de salvare-restaurare în și din fișiere cu diferite formate grafice: BMP, JPG, GIF, TIFF, DICOM;

- rutine de procesare a imaginilor:

- operații punctuale: operatori min, max, negativ, modificarea “on-line” a strălucirii și / sau a contrastului imaginii, etc.

- operații cu histograme: calculul și afișarea histogramei imaginii, egalizarea histogramei, netezire, determinarea minimelor și maximelor locale;

- operații locale: filtrare prin mediere (de tip trece-jos), filtrare mediană, operatori derivativi de ordinul I (Roberts, Prewitt, Sobel, Gradient), de ordinul II (Laplacian) și operatori de ”ascuțire” (sharpening);

- segmentare prin detecția regiunilor: segmentare multi-prag, determinarea regiunilor conectate, filtrarea regiunilor, extragerea trăsăturilor obiectelor din imagine;

- segmentare prin detecția contururilor: determinarea punctelor de contur, subțiere, aproximarea poligonală a contururilor;

- operații globale: transformate Fourier directe și indirecte, filtre;

- operatori morfologici: erodare, dilatare, închidere, deschidere, subțiere;

- funcții generale: conversie tipuri de date, conversie cartezian polar, generator de zgomote (de tip uniform, gaussian, sare și piper);

- rutine pentru măsurători interactive: calibrare, măsurarea distanțelor, etc.