論圖像處理技術的創新應用

蔡佳

【摘要】 數字圖像處理技術原理是將圖像信號轉換成數字信號，利用計算機對數字信號進行處理，至今已有近100年的歷史。圖像處理技術分成兩大類：模擬圖像處理及數字圖像處理。其主要處理技術有：幾何處理、算術處理、圖像增強、圖像復原、圖像重建、圖像編碼、圖像識別和圖像理解。數字圖像處理技術逐步得打發展，目前已經涉及很多學科領域。本文將針對中南大學創業團隊自主研發的醫療產品便攜式人體表層靜脈顯示儀的數字圖像處理技術，分析數字圖像處理在醫學方面的利用。

【關鍵詞】 圖像 創新 技術處理

一、產品介紹

核心產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靜脈部位，從而幫助醫護人員準確的查找靜脈血管。

目前該產品已申請國家專利2項，采用紅外線照射成像的陰影投影圖像處理方法，準確定位表層靜脈，實現精準注射。本產品操作便攜、定位精準的特性，彌補了目前市場同類產品，體積龐大，操作不便，成像不清晰的缺陷，產品技術優勢突出。

二、技術簡介

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

本產品采用微分直方圖法二值化，微分直方圖法是一種經典的二值化方法，其閾值的選擇考慮到了有關靜脈血管圖像與背景之間的關系，對于目標較為突出，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想圖像中的目標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。實際過程中，先將處理的圖形分為若干個區域，根據每個區域內的不同情況設置不同的閾值。為了使區間之間有良好的連續性，使用了逐點分區判斷的方法，即綜合每點附近100×100 區域內的像素情況來判斷該點的最后的二值化取值。

三、技術處理過程

選擇閾值步驟：

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

（2） 用p-參數法選出閾值t。通常p- 參數可選為90%— 100%，在實際操作中，根據定義p= 灰度值大于t的像素數之和/全體像素數來計算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更清晰的圖像處理效果。

細化是經過上述處理后的關鍵環節，具體實現是將二值化圖像逐層剝去輪廓邊緣上的點，變成只有一個像素點的骨架圖像。細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撲結構。拓撲結構的軌跡和人體血管的走向是非常一致的，細化后的圖像既可以展現在人的手臂上也可以展現在顯示屏上，通過兩方面的保證，可以實現精準扎針的效果。

四、技術發展前景

通過分析便攜式靜脈顯示儀的圖形處理的技術部分，發現數字圖像處理技術在不久的未來，將會更廣泛地應用于生物醫學工程、工農業生產、航空航天、軍事、工業檢測、文化藝術等，應經發展成為一門前景遠大的新型學科。

數字圖像處理技術在航天航空技術方面的應用將會更加多元化，除了簡單的處理宇宙星球的照片外，可以在飛機遙感和衛星遙感方面發揮作用。

數字圖像處理技術對生物醫學工程的應用，尤其是微型產物的照片的處理將會加快生物醫學的研究速度和發展。

數字圖像處理技術在公安破案方面主要用于不完整圖片的復原、指紋識別以及交通監控、事故分析等。除此之外，也可以對軍事上導彈的精確制導，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和模擬訓練系統等需要縝密的數字圖像處理技術。

其它方面的應用，數字圖像處理技術已經在社會生活的各個領域發揮作用，如目前在網絡上非常流行的立體地圖，便是利用了數字圖像處理技術；教育領域的輔助教學領域和流媒體技術領域等等也會有更多的利用。

參考文獻

[1] （法）麥特爾，《現代數字圖像處理》，電子工業出版社；，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：數字圖像處理（第3版）》，電子工業出版社，2011年5月1日版

[3] 孫宏斌，基于數字圖像處理的血管血紅蛋白研究；計算機軟件及計算機應用；TP391.41