蔡佳

【摘要】 數(shù)字圖像處理技術(shù)原理是將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，利用計算機(jī)對數(shù)字信號進(jìn)行處理，至今已有近100年的歷史。圖像處理技術(shù)分成兩大類：模擬圖像處理及數(shù)字圖像處理。其主要處理技術(shù)有：幾何處理、算術(shù)處理、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像重建、圖像編碼、圖像識別和圖像理解。數(shù)字圖像處理技術(shù)逐步得打發(fā)展，目前已經(jīng)涉及很多學(xué)科領(lǐng)域。本文將針對中南大學(xué)創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊自主研發(fā)的醫(yī)療產(chǎn)品便攜式人體表層靜脈顯示儀的數(shù)字圖像處理技術(shù)，分析數(shù)字圖像處理在醫(yī)學(xué)方面的利用。

【關(guān)鍵詞】 圖像 創(chuàng)新 技術(shù)處理

一、產(chǎn)品介紹

核心產(chǎn)品便攜式人體表層靜脈顯示儀，采用對人體無損傷的特殊紅外光作為照射光源，照射難以用肉眼裸視直接看見腳背、手背、手臂、頭皮靜脈的患者或群體的相關(guān)靜脈部位，從而幫助醫(yī)護(hù)人員準(zhǔn)確的查找靜脈血管。

目前該產(chǎn)品已申請國家專利2項，采用紅外線照射成像的陰影投影圖像處理方法，準(zhǔn)確定位表層靜脈，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)注射。本產(chǎn)品操作便攜、定位精準(zhǔn)的特性，彌補(bǔ)了目前市場同類產(chǎn)品，體積龐大，操作不便，成像不清晰的缺陷，產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢突出。

二、技術(shù)簡介

圖像增強(qiáng)處理是便攜式人體靜脈顯示儀的關(guān)鍵技術(shù)，血管圖像具有特殊性，因此采用一般的增強(qiáng)算子如平滑算法很難取得良好的效果。

本產(chǎn)品采用微分直方圖法二值化，微分直方圖法是一種經(jīng)典的二值化方法，其閾值的選擇考慮到了有關(guān)靜脈血管圖像與背景之間的關(guān)系，對于目標(biāo)較為突出，背景單一的情況下匹配效果較理想。微分直方圖法的原理是設(shè)想圖像中的目標(biāo)和背景之間的灰度值急劇變化，利用灰度的變化率（微分值）來決定閾值。實(shí)際過程中，先將處理的圖形分為若干個區(qū)域，根據(jù)每個區(qū)域內(nèi)的不同情況設(shè)置不同的閾值。為了使區(qū)間之間有良好的連續(xù)性，使用了逐點(diǎn)分區(qū)判斷的方法，即綜合每點(diǎn)附近100×100 區(qū)域內(nèi)的像素情況來判斷該點(diǎn)的最后的二值化取值。

三、技術(shù)處理過程

選擇閾值步驟：

（1）用3×3的Laplacian算子處理輸入圖像并統(tǒng)計其直方圖。程序中所用的3×3的Laplacian算子為：

（2） 用p-參數(shù)法選出閾值t。通常p- 參數(shù)可選為90%— 100%，在實(shí)際操作中，根據(jù)定義p= 灰度值大于t的像素數(shù)之和/全體像素數(shù)來計算P 的值，由此可得一個閾值t。微分直方圖法二值化后結(jié)果，基本完好地提取出了特征紋線。

通過初期處理的圖像，周圍充滿毛刺，這將會對接下來的處理產(chǎn)生很多干擾為了解決這一問題，采用中值濾波的方法來消除毛刺，使界限光滑，中值濾波會將會展現(xiàn)更清晰的圖像處理效果。

細(xì)化是經(jīng)過上述處理后的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具體實(shí)現(xiàn)是將二值化圖像逐層剝?nèi)ポ喞吘壣系狞c(diǎn)，變成只有一個像素點(diǎn)的骨架圖像。細(xì)化通過確定圖像的輪廓像素，移去所有不是骨架像素的輪廓像素，從而使處理后的骨架圖線保留原圖形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的軌跡和人體血管的走向是非常一致的，細(xì)化后的圖像既可以展現(xiàn)在人的手臂上也可以展現(xiàn)在顯示屏上，通過兩方面的保證，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)扎針的效果。

四、技術(shù)發(fā)展前景

通過分析便攜式靜脈顯示儀的圖形處理的技術(shù)部分，發(fā)現(xiàn)數(shù)字圖像處理技術(shù)在不久的未來，將會更廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)工程、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航空航天、軍事、工業(yè)檢測、文化藝術(shù)等，應(yīng)經(jīng)發(fā)展成為一門前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科。

數(shù)字圖像處理技術(shù)在航天航空技術(shù)方面的應(yīng)用將會更加多元化，除了簡單的處理宇宙星球的照片外，可以在飛機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感方面發(fā)揮作用。

數(shù)字圖像處理技術(shù)對生物醫(yī)學(xué)工程的應(yīng)用，尤其是微型產(chǎn)物的照片的處理將會加快生物醫(yī)學(xué)的研究速度和發(fā)展。

數(shù)字圖像處理技術(shù)在公安破案方面主要用于不完整圖片的復(fù)原、指紋識別以及交通監(jiān)控、事故分析等。除此之外，也可以對軍事上導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)，各種偵察照片的判讀，具有圖像傳輸、存儲和顯示的軍事自動化指揮系統(tǒng)和模擬訓(xùn)練系統(tǒng)等需要縝密的數(shù)字圖像處理技術(shù)。

其它方面的應(yīng)用，數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)在社會生活的各個領(lǐng)域發(fā)揮作用，如目前在網(wǎng)絡(luò)上非常流行的立體地圖，便是利用了數(shù)字圖像處理技術(shù)；教育領(lǐng)域的輔助教學(xué)領(lǐng)域和流媒體技術(shù)領(lǐng)域等等也會有更多的利用。

參考文獻(xiàn)

[1] （法）麥特爾，《現(xiàn)代數(shù)字圖像處理》，電子工業(yè)出版社；，第1版 （2006年7月1日），國外電子與通信教材系列

[2] 阮秋琦，《國外電子與通信教材系列：數(shù)字圖像處理（第3版）》，電子工業(yè)出版社，2011年5月1日版

[3] 孫宏斌，基于數(shù)字圖像處理的血管血紅蛋白研究；計算機(jī)軟件及計算機(jī)應(yīng)用；TP391.41