模拟图像数 字 图 像

计算机的图象是以数字的方式存储与工作的,它把图像按行与列分割成m×n个网格,然后每个网格的图像表示为该网格的颜色平均值的一个像素,亦即用一个m×n的像素矩阵来表达一幅图像,m与n称为图像的分辨率.显然分辨率越高,图像失真越小.也是因为计算机中只能用有限长度的二进制位来表示颜色的缘故,每个像素点的颜色只能是所有可表达的颜色中的一种,这个过程称为图像颜色的离散化.颜色数越多,用以表示颜色的位数越长,图像颜色就越逼真.

以计算机断层扫描技术为基础发展起来的X-CT,MRI,PET和SPECT等是对X射线或其它激发源激发出来带有体内信息的信号(投影)进行数字化图像信息采集和处理,用投影-卷积-反投影方法根据投影数据单准则或多准则来重构的图像.由于这类断层扫描成像系统的主机存储容量有限,最终仍然要以胶片等硬拷贝来载带并储存重构的模拟图像.因此这类医学图像成像技术一般称之为本质上的模拟图像技术.

由于目前的计算机只能处理数字信息，我们得到的照片、图纸等原始信息都是连续的模拟信号，必须将连续的图像信息转化为数字形式。可以把图像看作是一个连续变化的函数，图像上各点的灰度是所在位置的函数，这就要经过数字化的采样与量化。下面简单介绍图像数字化采样的方法。

对连续图像f（x，y）进行等间隔采样，在（x，y）平面上，将图像分成均匀的小网格，每个小网格的位置可以用整数坐标表示，这样采样值就对应了这个位置上网格的灰度值。若采样结果每行像素为M个，每列像素为N个，则整幅图像对应于一个M x N 数字矩阵，这样就获得了数字图像中关于像素的两个属性：位置和灰度。

模拟图像水平读出和垂直转移率

水平读出率是像素从移位寄存器中读出的速率，水平读出率越快，帧率就越高。像素读出速度可变可使CCD具有最大灵活性。较慢的读出通常使读出噪声降低，然而，却以较慢的帧频为代价。不同CCD可设置不同的读出率。　垂直转移率可变很重要。不同的外部事件需要不同的垂直转移速度，事件越短等于速度越高。较快的垂直转移率能克服低时钟感应电荷（尤其对于EMCCD），但缺点是降低了电荷转移效率，但导致强信号时像素内的电荷残留而降低空间分辨率。较低频率的垂直时钟确保了较好的转移效率，但导致了最大帧频下降和阱深的升高。为了改进转移效率，可通过设置垂直时钟电压幅度来增加时钟电压。然而，电压越高，时钟感应的电荷越高。

模拟图像像素合并及子成像

通过有效降低读出像素的总量能提高帧频。降低读出像素总量的方法有：　1.像素合并；　2.子成像模式读出。　像素合并把来自一组像素的电荷合在一起计算总量，除了达到较快帧频意外，提高了信噪比，但也降低了成像分辨率，合并像素的效果等同于一个大像素。子成像模式通过剪裁读出有效成像部分，放弃周边无关图像。子成像区可以是探测器的任何小型矩型区，并且子区域越小，可读出的像素越少，帧频越快。像素合并和子像区也可结合使用，来达到更快的帧频。实现超快帧频的另一种方法是隔离剪裁模式，可在特殊环境中进一步提高帧频。比如，如果探测器左下角有入射信号而其他部分无入射，可输出最近邻读出寄存器的子图像，而不需要放弃图像的剩余部分，从而节省了时间，提高了剪裁的速度。

图像可以分解为结构和纹理2大部分，其中的结构信息体现的是图像的整体框架，包含图像的边缘等重要的描述信息，而纹理信息体现的是图像框架中的细节部分。

TV模型容易在各向异性扩散的过程中，将平滑区域噪声作为边缘而产生阶梯效应，而分解出来的结构图像，去除了图像的噪声。因此，对图像的结构部分使用基于TV模型图像修复，就能避免噪声干扰引入的阶梯效应，但是此时还存在一个问题，利用结构图像进行TV模型的扩散修复，仅能避免原来图像中噪声对图像造成的阶梯效应，而对于图像中的边缘部分图像梯度变化大的地方即图像的特征点，如还沿着梯度的垂直方向扩散，则必然会造成图像特征点的迷糊化，因此，为保证图像的特征点的保持，必须在修复过程中将图像的特征点提取出，保证对特征点不沿着图像的梯度正交方向扩散。

在图像的结构部分采用以下的修复方程：

该修复方程利用图像分解技术提取图像结构部分，避免了原始TV模型容易引入的阶梯效应，防止修复结果出现假边缘，同时，对于图像中存在的特征点能很好地实现保留。