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超声检测在临床医学中具有广泛的应用。医学超声检测利用超声波的反射和衍射特性,通过观察显示在超声检测仪上的反射波的位置、强度变化,来判定被检器官内部和表面是否存在异常。超声检测具有无创,实时,双模等优点。
超声回波反射技术是超声检测中常用的技术之一。然而,在使用回波反射技术时,由于回波的干涉效应以及散射回的超声波束之间存在相互干扰,当相关反射源反射出的两束回波重叠时,在超声图像上呈现为颗粒状,即论文说论述的超声图像斑点噪声。斑点噪声影响诊断信息的提取,给诊断带来困难。因此,使用超声检测时,消除斑点噪声对于获取准确的诊断确信息具有重要的意义。
计算机技术的发展,使得计算机可以应用到更广的领域。数字图像处理就是其中一种应用。使用计算机处理超声图像,研究去斑算法,降低噪声,能提高获取诊断信息的准确性。利用计算机模型仿真斑点噪声,为研究、验证去斑算法提供了客观对象。而对于超声图像的研究应该建立在二维图像的基础上,因此,研究计算机仿真的二维超声图像斑点模型就更有现实意义。
目前针对斑点噪声模型的研究主要集中于斑点的一维分布特性。主要有两种分布模型。根据Burckhardt的研究发现,斑点噪声的幅值遵循瑞利(Rayleigh)分布,而斑点的位置分布会随着分辨单元的增多而发生变化。Burckhardt的理论详细描述了斑点的分布特性,许多研究均建立在此理论基础之上。但Burckhardt只给出了斑点噪声的一维分布模型。Cramblitt在对Burckhardt模型的研究基础上,用一个泊松点过程描述一维斑点噪声的位置分布特性。而对噪声幅值则没有采用Burckhardt模型中给出的瑞利(Rayleigh)分布,转而以一个平稳高斯过程表示噪声的幅值统计特性。Cramblitt模型对Burckhardt模型进行了改进,但同样只给出了一维的统计分布和一维斑点噪声模型的实现。因此,探索一种易于实现的二维斑点噪声模型计算机仿真,对研究二维超声图像的去斑算法很重要。
Hilbert于1891年发现了Peano曲线的一种变形,把单位正方形分成四个小正方形。然后,类似地再把四个小正方形的每一个分成四个更小的正方形,以此类推。最终得到Hilbert曲线,这种曲线具有空间填充的特性。Hilbert曲线是一种重要的数字图像处理工具,在图像处理中被广泛的使用。
本文在研究Burckhardt模型和Cramblitt模型的基础上,给出了一种易于实现的利用Hilbert空间填充曲线生成二维斑点噪声图像的计算机模型。生成过程主要分三个步骤:仿真一维斑点噪声;生成Hilbert空间填充矩阵和Hilbert空间填充曲线:利用Hilbert空间填充矩阵生成二维斑点噪声图像。在一维斑点噪声的仿真中,对斑点噪声位置分布的描述保留了Cramblitt模型中给出的泊松点过程,本文还保留了Cramblitt给出的在点过程中,不同散射密度对斑点位置分布的影响结果。而幅值特性则采用Burckhardt模型中给出的瑞利(Rayleigh)分布来描述。生成Hilbert空间填充矩阵和Hilbert空间填充曲线是通过采用矩阵计算递归算法编程实现。然后利用生成的空间填充矩阵将一维噪声转换为二维斑点噪声图像。最后,通过对不同散射密度下生成的二维斑点噪声图像做图像分析对比,通过对不同散射密度下生成的二维斑点噪声图像做直方图分析,通过对不同散射密度下生成的二维斑点噪声图像做功率谱密度分析,通过与临床超声图像中的斑点分布作比较分析以及通过采用Burckhardt给出的斑点噪声模型复杂度计算公式,对Burckhardt模型,Cramblitt模型和本文给出的模型做模型复杂度柱状图比较,验证本文给出的二维斑点噪声图像模型的可行性和易实现性。实验结果表明,该模型生成的二维斑点噪声,能保持斑点噪声的统计特性,与真实噪声接近,且生成斑点噪声图像的算法相对容易。