WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаРізне → Підвищення візуальної інформативності термограм у оптоелектронних системах тепловізійної медичної діагностики (автореферат) - Реферат

Підвищення візуальної інформативності термограм у оптоелектронних системах тепловізійної медичної діагностики (автореферат) - Реферат

Рис. 4. Термограма живота хворого при неускладненому післяопераційному періоді

Рис. 5. Термограма живота хворої при ускладненому післяопераційному періоді

Візуалізовані теплові зображення оброблено за традиційними методами іконіки - еквалізація гістограми та наступна медіанна фільтрація (маска фільтра 3х3 пікселя).

У четвертому розділі подано методику забезпечення достатньої діагностичної інформативності результату роботи інфрачервоних оптоелектронних систем медичного призначення. На рис. 6 наведено запропоновану схему підвищення візуальної інформативності медичних термограм при тепловізійній діагностиці.

Рис. 6. Схема підвищення візуальної інформативності медичних термограм при тепловізійній діагностиці

Розроблена методика базується на традиційних методах іконіки, а також вейвлет-технологіях і фрактальному кодуванні.

У загальному випадку вейвлет-перетворення - це дерево високочастотних та низькочастотних фільтрів (базовою є ідея про виділення інформації на різних рівнях деталізації; деталі розглядаються як інформація про масштаб або розділення). Рівень декомпозиції термограми визначається числом вейвлетів, що використовуються при розкладанні двомірного сигналу. При збільшенні рівня декомпозиції точність реконструкції результату інфрачервоної візуалізації погіршується, але при цьому зменшується об'єм інформації. Керувати процесом стиснення та очищення від шумів при використанні вейвлет-методів можна шляхом зміни рівня декомпозиції термограми, вибору базисної функції, а також варіації кількістю коефіцієнтів грубої апроксимації.

При дослідженні можливостей та оцінці ефективності вейвлет-технології в застосуванні до обробки теплових знімків онкологічних хворих, медичні термограми оброблялися в середовищі прикладних програм за допомогою ортогональних, біортогональних та обернених біортогональних вейвлетів при різних рівнях декомпозиції зображення. Для визначення ефективності компресії розраховано кількість нульових коефіцієнтів, а для оцінки ступеня спотворення стиснених термограм використано середню піксельну помилку [а]:

, (6)

де та - число рядків і стовбців відповідно; - піксельне значення вихідного теплового зображення в му рядку та му стовбці; - піксельне значення декодованої термограми.

При дослідженнях щодо застосування вейвлет-технологій для зменшення зашумлення напівтонових контрастованих теплових медичних зображень оцінка візуальної якості обробленої термограми здійснювалася за інтегральним показником якості, який включає в себе оцінки за рівнем адаптації зорової системи, ступенем використання можливих градацій яскравості та усередненим контрастом візуалізованого теплового медичного зображення.

Експериментально показано, що задовільну візуальну якість термограм при достатньому стисненні забезпечує використання, як базисної вейвлет-функції, коіфлета 5-го порядку ('coif5') або симлета 4-го порядку ('sym4') при рівні декомпозиції зображення lev=3, а найліпшу візуальну якість відфільтрованих напівтонових контрастованих термограм дозволяє отримати вейвлет-фільтрація з такими параметрами: тип вейвлета - коіфлет 2-го порядку ('coif2') або обернений біортогональний вейвлет за номером 2.4 ('rbio2.4'); рівень декомпозиції зображення - lev=2; показник, через який задається кількість коефіцієнтів грубої апроксимації - Alpha=1,1.

Збільшення лінійних розмірів ділянок медичних термограм у 7 10 разів дозволяє значно підвищити діагностичні можливості тепловізійного обстеження онкологічних хворих, а застосування методу "фрактального збільшення" деталей теплового зображення відкриває нові можливості для стиснення візуальної інформації, яка зберігається в пам'яті комп'ютера. Фрактал - це деякий набір елементів, який залишається одним і тим же незалежно від масштабу, тобто важливою характеристикою фрактальних об'єктів є самоподібність. У відповідності до фрактальних методів кодування, термограму можна визначити як фрактальну гратку, яка складається з рангових та доменних блоків зображення й утворює квадродерево. У процесі фрактального кодування не використовується інформація про лінійні розміри вихідної (оригінальної) термограми або її фрагмента, натомість при декодуванні в зображення більшого розміру додаються деталі, які, однак, не суперечать контексту зображення, сформованого та відтвореного тепловізійною оптоелектронною системою. Зменшити час кодування та розмір файла, в якому зберігається термограма, і отримати високу візуальну якість декодованого зображення можна за допомогою фрактального кодування з використанням нейронної мережі, що самовпорядковується.

Експериментально з'ясовано, що найкращі результати при фрактальному кодуванні (у середовищі прикладних програм) теплових знімків онкологічних хворих забезпечують такі параметри нейромережі, що самовпорядковується: кількість рядків вагової гратки - 300, кількість стовбців вагової гратки - 8, початковий окіл - 4; при наступних параметрах задання базового квадродерева: глибина квадродерева - 6, горизонтальне та вертикальне перекриття - відсутнє, кількість рядків у домені - 8, кількість стовбців у домені - 8. В основі принципу роботи нейронної мережі, на базі якої здійснювалося фрактальне кодування даних медичних термограм, лежить класифікаційна схема нейронної мережі Кохонена. Через наявність ефекту циклічності відстаней між ваговими векторами при малих околах неможливо безпосередньо застосовувати фрактальне кодування до фрагментів термограм із малими лінійними розмірами (у даному випадку 54х54 пікселя та 72х72 пікселя). Збільшення лінійних розмірів фрагментів термограм до 256х256 пікселів шляхом інтерполяції, наступне фрактальне кодування та подальше декодування з лінійними розмірами 512х512 пікселів забезпечують оптимальні результати як за візуальною якістю обробленого зображення (при застосуванні лише бікубічної інтерполяції або інтерполяції за найближчим сусідом на збільшеному зображенні наявний ефект "блочності", при білінійній інтерполяції має місце значне падіння контрасту та деяке розмиття зображення), так і за розмірами файла, в якому воно зберігається (розмір файла в форматі *.bmp для напівтонового зображення з лінійними розмірами 256х256 пікселів складає 61666 байт і 263224 байт при 512х512 пікселів; у форматі JPEG - 14000 37000 байт у залежності від опцій кодування та статистики зображення; розмір файлів *.fbr , які отримано в результаті запропонованої обробки - 5500 15000 байт у залежності від параметрів кодування та структури зображення).

Для диференціації відмінності в яскравості оператору потрібен певний час. У середньому час сприйняття об'єкта людиною складає 1,2 с [б]. Кольорові відмінності сприймаються значно швидше [в, г], тому розглянуто відтворення теплових медичних зображень у хроматичних псевдокольорах. При первинному аналізі медичних термограм використано палітру з мінімальною кількістю хроматичних кольорів (щоб, згідно рекомендацій наведених у літературі, увага оператора не розсіювалась). Експериментально встановлено, що інфрачервона візуалізація залишається досить інформативною при використанні чотирьох або п'яти хроматичних псевдокольорів (це можливо лише після попередньої цифрової обробки теплового зображення, отриманого за допомогою тепловізійного пристрою в градаціях сірого), а при подальшому дослідженні варто попередньо оброблені медичні термограми подати в палітрі з восьми хроматичних псевдокольорів. Використання меншої кількості хроматичних псевдокольорів призводить до втрат деталей візуалізованого зображення, які важливі для правильної інтерпретації термограми. Занадто велика кількість кольорів при відтворенні теплового зображення оптоелектронною системою - це надлишкова інформація, яка не має суттєвого значення при постановці діагнозу, але викликає психологічне перенавантаження та втому оператора [в, д]. На рис. 7 подано запропоновану загальну схему обробки та дослідження теплових знімків онкологічних хворих.

Рис. 7. Схема обробки та дослідження теплових медичних зображень онкологічних хворих

Запропоновані схеми (рис. 6 7) є практичною реалізацією розглянутих шляхів обробки та інтерпретації медичних термограм у застосуванні до забезпечення необхідної інформативності результатів роботи оптоелектронних систем при тепловізійній медичній діагностиці.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі запропоновано шляхи підвищення візуальної інформативності медичних термограм у оптоелектронних системах при тепловізійній діагностиці. Основні результати полягають у нижчезазначеному.

1. Запропонований алгоритм для вирішення прикладних задач поліпшення візуальної якості напівтонових медичних термограм, який враховує особливості зорового сприйняття інформації. Встановлено, що для підвищення контрастності доцільно використовувати або метод еквалізації гістограми, або гамма-корекцію (>1); для зменшення зашумлення теплових медичних зображень ефективна медіанна фільтрація (маска 2 х 2 або 3 х 3 пікселя). Визначено, що відображення інформації у восьми хроматичних псевдокольорах достатньо для правильної інтерпретації попередньо необроблених кольорових термограм. Запропоновано методику обробки кольорових теплових медичних зображень, яка дозволяє скоротити кількість хроматичних псевдокольорів до чотирьох, не погіршуючи при цьому загальну інформативність теплового знімка при первинному аналізі термограми (для усунення надлишкової інформації).

Loading...

 
 

Цікаве