数字图像处理技术及应用

　　本书主要从工程应用的角度比较全面地介绍数字图像基础知识、计算机处理图像的基础理论和实用技术以及近年来该领域的新研究成果和应用实例，注重理论，突出实用。全书分为6章，主要内容包括：数字成像手段的成像原理、设备组成、图像特点及应用现状、研究现状以及优势与不足等；造影图像、超声图像及OCT图像后处理的主要方法和技术；图像内窥镜技术的原理和应用实例；光声成像的原理和研究现状等。每章都包含多个工程应用实例，且各章的理论和技术具有一定的相关性和独立性。本书结构紧凑，内容深入浅出，讲解图文并茂，可作为电子信息工程、生物医学工程等相关专业的研究生、科技工作者和工程技术人员、影像工程技术人员等的参考用书。

　　孙正（1977），女，河北保定人，博士，硕士生导师，华北电力大学电气与电子工程学院电子与通信工程系教授。1999年毕业于天津大学精密仪器与光电子工程学院光学技术与光电仪器专业，获得工学学士学位。分别于2002年和2004年在天津大学光学工程专业获得工学硕士和博士学位。此后进入天津大学生物医学工程博士后流动站工作。2005年12月，完成博士后研究工作，并在天津大学精密仪器与光电子工程学院任教。2006年10月调入华北电力大学电气与电子工程学院电子与通信工程系任教至今。主要从事生物医学信号处理、医学图像处理、光纤光电仪器开发等方面的教学和科学研究工作。作为负责人承担3项国家自然科学基金项目，1项中国博士后基金资助项目，2项中央高校基本科研业务费专项资金资助重点项目。已在国内外重要学术刊物和国际会议上发表学术论文60余篇（首席作者），出版一本教材《数字图像处理与识别》，获得10项国家发明专利授权和3项软件著作权（首席发明人）。

目录前言第1章绪论1.1数字图像处理1.1.1图像的概念及分类1.1.2数字图像处理的发展概况1.1.3数字图像处理的研究范畴1.1.4数字图像处理的基本特点1.1.5数字图像处理与相关学科的关系1.1.6数字图像处理的应用1.2图像识别1.2.1系统的基本构成1.2.2研究现状1.2.3应用现状1.3医学图像处理技术概述第2章X射线冠状动脉造影及图像的后处理2.1X射线造影概述2.1.1X射线成像的基本原理2.1.2X射线的衰减和对比度2.1.3X射线图像的特点2.1.4X射线血管造影2.1.5数字减影血管造影2.2X射线冠状动脉造影2.2.1成像原理2.2.2冠脉造影系统的分类2.2.3造影角度2.2.4造影系统的标定2.2.5冠状动脉造影的临床应用2.2.6冠状动脉狭窄的衡量2.3CAG图像的预处理2.3.1CAG图像的噪声及去噪2.3.2造影图像的畸变校正2.4CAG图像中二维信息的提取2.4.1区域的分割2.4.2骨架的提取2.4.3骨架特征点的识别2.4.4骨架树的拓扑结构描述2.5CAG图像中三维重建2.5.1三维重建的目的和意义2.5.2造影成像系统的几何模型2.5.3骨架点的三维重建2.5.4两个视角之间对应点的匹配2.5.5骨架的三维重建2.5.6表面的三维重建2.5.7三维重建的误差及评价方法2.6冠状动脉形态参数的定量测量2.7感兴趣血管段最佳造影视角的选取2.7.1感兴趣血管段最佳视角的定义2.7.2感兴趣血管段的投影缩短百分比2.7.3满足感兴趣血管段最小投影缩短造影角度的计算2.7.4满足感兴趣血管段最小遮盖造影角度的计算2.8二维运动跟踪和估计2.8.1冠脉运动估计的目的和意义2.8.2CAG图像中的运动跟踪2.8.3基于光流场的运动估计2.8.4基于弹性配准的运动估计2.9三维运动跟踪和估计2.9.1CAG图像序列中三维运动跟踪2.9.2三维运动估计2.9.3三维运动参数的计算和符号描述参考文献第3章超声成像及图像的后处理3.1超声成像的原理3.1.1超声成像基础3.1.2人体组织的回声类型3.1.3超声成像的种类3.2超声成像技术和设备3.2.1超声成像系统的主要构成3.2.2超声成像原理3.2.3超声的临床应用3.3超声图像的特点3.3.1单帧IVUS图像的特点3.3.2IVUS图像序列的特点3.3.3IVUS图像中的伪影3.4超声图像的降噪3.4.1中值滤波3.4.2高斯滤波3.4.3各向异性扩散滤波3.5超声图像的分割3.5.1现有方法分类3.5.2基于snake模型的二维分割方法3.5.3模式识别类方法3.5.4三维分割方法3.5.5基于snake模型的三维分割方法3.5.6问题与展望3.6超声图像的组织标定3.6.1现有方法的分类3.6.2斑块纹理特征的提取和描述3.6.3分叉纹理特征的提取和描述3.6.4支架纹理特征的提取和描述3.6.5组织纹理特征的分类3.7超声图像的检索和配准3.7.1IVUS关键帧的自动检索3.7.2含钙化帧的弹性配准3.8冠状动脉内超声图像序列中运动伪影的抑制3.8.1ICUS图像序列中运动伪影的产生机制和表现形式3.8.2心电门控方法3.8.3基于图像的回顾性脱机门控方法3.8.4直接抑制运动伪影的方法3.9三维重建3.9.1X射线造影图像中导管路径的三维重建3.9.2确定各帧IVUS图像的轴向位置3.9.3确定各帧IVUS图像的空间方向3.9.4腔内外表面的拟合3.10形态参数的定量测量3.10.1长度和局部曲率3.10.2横截面积3.10.3容积3.10.4斑块的体积和厚度3.11流动规律参数的估算3.11.1基于三维血管模型的血管壁局部应力应变的估算3.11.2基于IVUS图像的血管壁局部应力应变的估算3.12形态参数与流动规律及参数的关系3.12.1斑块分布与血管曲率之间的关系3.12.2斑块分布与血管壁剪应力之间的关系3.13组织定征显像3.13.1虚拟组织成像3.13.2弹性图参考文献第4章光学相干断层成像及其图像的后处理4.1光学相干断层成像4.1.1OCT的成像原理4.1.2OCT的成像技术4.1.3OCT的临床应用4.1.4OCT与超声的比较4.1.5OCT技术存在的不足4.2OCT图像的特点4.2.1OCT图像的特点4.2.2OCT图像中的伪影4.3OCT图像的分割4.4冠状动脉内OCT图像序列中运动伪影的抑制4.4.1抑制ICOCT图像运动伪影的主要方法4.4.2基于平均帧间差异度的门控方法4.4.3基于运动分量补偿的直接抑制方法4.5超声与OCT图像的配准与融合4.5.1图像配准基础理论4.5.2图像融合基础理论4.5.3图像融合的主要方法4.5.4超声和OCT图像融合的研究现状4.5.5基于特征点的IVUS与IVOCT图像配准4.5.6基于Bandelet变换的IVUS与IVOCT图像融合4.5.7图像融合质量的评价参考文献第5章基于多成像方法融合的虚拟内窥镜技术5.1虚拟现实技术简介5.1.1虚拟现实技术的原理5.1.2虚拟现实技术的特点和应用5.2虚拟现实造型语言简介5.2.1VRML基本概念5.2.2VRML的功能和执行模式5.2.3VRML编辑器和浏览器5.3虚拟内窥镜技术简介5.3.1基本原理5.3.2研究现状5.3.3主要特点5.3.4技术要点5.4冠状动脉虚拟内窥镜技术5.5基于CAG、IVUS和IVOCT图像融合的冠状动脉虚拟内窥镜5.5.1虚拟场景下血管腔的表面拟合和显示5.5.2三维血管模型的交互式可视化5.6虚拟支架植入5.6.1建立虚拟支架库5.6.2查看及选择支架5.6.3模拟支架植入5.6.4血管支架与血管壁交互的有限元分析参考文献第6章光声成像技术6.1光声成像及其在生物医学中的应用6.1.1光声效应6.1.2光声成像的原理6.1.3光声成像的优势6.1.4典型的光声成像系统6.1.5光声图像的重建6.1.6光声效应和光声成像在生物医学中的应用6.2光声成像6.2.1IVPA的成像原理6.2.2热IVPA成像（tIVPA）6.2.3光谱IVPA成像（sIVPA）6.2.4分子IVPA成像6.2.5冠状动脉支架的IVPA成像6.2.6IVPA成像导管6.2.7IVPA成像存在的问题与技术难点6.3光声图像的建模与仿真6.3.1建立横截面模型6.3.2仿真激光脉冲照射血管壁的过程6.3.3仿真多层血管壁组织产生的光声信号6.3.4重建横截面的IVPA图像6.4光声图像的重建6.4.1时间反演算法6.4.2滤波反投影算法6.4.3相控聚焦算法6.4.4基于傅里叶变换的重建算法6.4.5其他重建算法6.4.6IVPA图像重建存在的问题参考文献