圖像分析系統，英文名稱：Image analysis system，是指用於圖像測試、圖像處理及分析的儀器、設備和方法。
基本介紹
- 中文名：圖像分析系統
- 外文名：image analysis system
- 作用：圖形測試、圖像處理及分析
- 原理：儀器、設備和方法的統稱
- 含義：對圖像描述、分類和解釋的系統
- 處理對象：數字圖像
理解,發展過程,結構和原理,圖像源,圖像採集,圖像處理和分析,
理解
圖像分析系統是指用於圖像測試、圖像處理及分析的儀器、設備和方法。 粗略地說，圖像是任一二維或三維景物呈現在人們心目中的影像。更確切地說，圖像是用各種觀測系統以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作業於人眼並進而產生視知覺的實體。
物理圖像是物質或能量的實際分布。它既包括各種波長的電磁波強度的空間分布不同所構成的圖像，如可見圖像中的光學圖像子集等；也包括如溫度、壓力、高度以及人口密度等等 所構成的不可見物理圖像子集。
圖像的另一個子集是抽象的數學圖像，即用數學函式代表的圖像，它包括了連續型與離散型 (即數字圖像)兩大類。
在所有各類圖像中，只有數字圖像是可以被計算機直接處理的圖像。
發展過程
圖像分析系統是隨著科學技術發展的要求而發展起來的。促使它的發展有3個主要因素:
(1)量和質的關係越來越被人所重視。 這些量的測定往往是難度大、數量多，靠人工測量不僅要花費很多時間 , 而且又難以達到一定的精度。 例如: 細胞密度的分 布、細胞的定性分類、染色體的配對等，都需要求助於儀器。
(2)“體視學”的發展。所謂“體視學”就是由二維圖像來解釋三維圖像的一門科學。顯然單靠一個平面的值不能解釋和它有關的三維信息，而只有進行大量的統計測量 ,經過一定的幾何關係轉換，才能有效地解釋三維空間的量。 而這統計的量往往是上百個，甚至是上千個值，這又需要求助於儀器。
(3)計算機技術的迅猛發展及計算機價格的不斷下降。 從1946年第一台計算機誕生至今，經歷了四個發展階段 ,形成目前運算速度快、計算精度高、記憶能力強、高度自動化等特點，並正向著微型化、網路化發展，計算機的發展極大地促進了圖像分析系統的測試功能、速度、精度及自動化程度的大幅度提高。
結構和原理
一般圖像分析系統由下面幾個部分組成：圖像源、圖像採集、圖像處理和分析、圖像存儲、圖像通信、圖像顯示。
圖像源
是一般的顯微鏡和巨觀儀，或者是掃描電子顯微鏡和透射電鏡，也可以是電視等成像設備。在顯微鏡觀察，往往一個視場是不夠的，要求多個視場，所以又配備有自動步進移動的載物台和自動聚焦裝置 根據不同的要求還可以在顯微鏡部分附加各種不同的配件，如暗場、偏光、濾光片等。
巨觀儀主要是由一組燈源和一個帶透鏡的掃描器組成，工作原理和顯微鏡一樣。把照片或負片通過燈光照，反射或透射到掃描器上，進行光電轉換成電信號，輸入到儀器中去。所用的樣品，在巨觀儀上可以是照片，也可以是負片。在顯微鏡上可以是反射樣品，也可以是透射樣品。但因為測量是通過光電轉換後的電信號，所以要求所測樣品乾淨，其圖像和背底之間要有一定的襯度。
圖像採集
可採用電荷藕合器件照相機、帶有視像管 (Vidicon)的視頻攝像機和掃瞄器(Scanners)等。這些器件均稱為數位化器，它能將 (模擬 )電信號轉化為數字 (離散 )的形式。
圖像處理和分析
(1)圖像處理著重強調在圖像之間進行變換。主要是指圖像進行各種增強以改善圖像的視覺效果並為自動識別打基礎 ,或對圖像進行壓縮編碼以減少對其所需存儲空間或傳輸時間、傳輸通路的要求。這是“圖像→圖像”的變換 ,輸入的是圖像，輸出的還是圖像。
對圖像進行增強的一般方法有: 陰影校正、灰度變換、圖像銳化、圖像平滑等，下面做一些簡單介紹：
①陰影校正 ( Shading Corrected ) 往往由於圖像源的光照不均勻，顯微鏡透鏡組的球差、消色差，樣品背底各點的反射或透射強度不一等系統光路不均勻性，給測量帶來了由於背底灰度不均勻而產生的誤差。這些通常稱為“陰影”，它會影響被測對象的數值，因此必須進行校正。陰影校正常採取測定空白部分數值 (相片中的空白紙 ,切片中無標本的玻片部分)，把它存入計算機，以便自動扣除校正。
②灰度變換 (Transformation) 在原有灰度數值，每個像素的灰度經計算機按不同的計算公式增減，如可以使灰度轉變為倒數 (Invert) ，圖像黑白影像對調，也可用對數或指數的計算，改變或擴大灰度級差，使像素灰度級差增加或縮小，使其達到預定的目的。
③圖像銳化 (Sharpening ) 用於去掉引起圖像質量低下原因之一的“模糊” ，並把圖像變得輪廓分明。圖像模糊是由於高頻成分比低頻成分弱這一原因造成的。這一影響表現在灰度均勻區域間的邊界部分 (邊緣)，因此，消除模糊可以增強高空間頻率的成分。 使用高通濾波器即可達到這一目的。 但高頻增強濾波不僅使有用的信息增強 ,而且噪音也同時被增強，所以不能隨意地使用這種方法。
④圖像平滑 ( Smoothing ) 圖像中包含著多種噪音，根據噪音具有的一般性質來消除噪音。通常有三種算法: 移動平均法、中值濾波法和有選擇的局部平均法。最常用的是中值濾波法，這是把局部區域各像素的灰度從小到大順序排列，取位於正中的那個像素的灰度值作為輸出灰度值。
(2) 圖像分析主要是對圖像中感興趣的目標進行檢測和測量 ,以獲得它們的客觀信息，從而建立對圖像的描述。 這是“圖像 描述”的過程，輸入的是圖像，輸出的是對圖像的描述。
檢測就是用圖像分割 ( Segmentation)的方法將所要測量的特徵物提取出來而取掉作為背影的特徵物。常用的圖像分割的方法有: 閾值法、邊緣檢測法、線檢測、區域分割等。
特徵物提取出來後，就可以進行測量，最基本的測量參數包括有顆粒數、坐標、面積、面積百分數、周長、最大徑、最小徑、圓形因子、圖像的取向等形態幾何及區域幾何特徵參數 ,它們可以反映組織細胞的形態區域的變化;還包括有平均灰度、平均光密度、積分光密度等參數，它們可以反映組織細胞被染色的深淺 ,並可以體現組織細胞被染色物質的化學成分。
(3)圖像存儲: 圖像包含有大量的信息 ,因而存儲圖像需要大量的空間。在圖像分析系統中 ,需要有大容量和快速的圖像存儲器。 計算機記憶體就是一種提供快速存儲功能的存儲器 ,目前一般微型計算機的記憶體常為幾十M byte(兆位元組 )；磁碟是另一種比較通用的線上存儲器，它的一個特點是需要經常讀取數據，目前常用的 Winchester磁碟已可存儲多個G byte(吉位元組 )的數據，還常用磁光存儲器，它可在
英寸的光片上存儲 G byte的數據。
(4)圖像通信: 近年來隨著信息高速公路的建設，各種網路的發展，使不同的系統可以共享圖像數據資源，從而推動了圖像在各個領域的廣泛套用。圖像通信可分成近程圖像通信和遠成圖像通信。近程圖像通信主要指在不同設備間交換圖像數據;遠程圖像通信主要指圖像系統間傳輸圖像。
(5)圖像顯示: 常用圖像分析系統的主要顯示設備是電視顯示器、可以隨機存取的陰極射線管(CRT)和各種印表機等，它們均可用於圖像輸出和顯示。
