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伪彩色 中北大学课 程 设 计 说 明 书
学生姓名：李翀学 号：1305014136
学 院：信息与通信工程
专 业：电子信息工程
题 目： 医学荧光分子图像伪彩色增强方法
指导教师： 王 玉 职称: 副教授
中北大学
课程设计任务书
16/17 学年第 一 学期
学 院： 信息与通信工程学院
专 业：电子信息工程
学 生 姓 名：李翀学 号：1305014136
学 生 姓 名：孙建光学 号：1305014118
学 生 姓 名：薛鹏已学 号：1305014133
课程设计题目：医学荧光分子图像伪彩色增强方法
起 迄 日 期： 2016年11月21日～2016年12月9日
课程设计地点： 科学楼310实验室
指 导 教 师： 王 玉
负 责 人： 王浩全
下达任务书日期: 2016 年11月20日
1．设计目的：
（1）掌握荧光图像采集的过程和原理；
（2）掌握伪彩色增强的过程和原理；
（3）了解MATLAB的信号处理技术；
（4）掌握MATLAB实现图像增强。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
（1）查阅相关资料，撰写课程设计报告；
（2）了解CCD相机获取近红外荧光图像的过程；
（3）采用MATLAB完成伪彩色算法；
（4）分析近红外图像灰度分布，通过伪彩色达到图像增强，突出荧光区域的目的；
（5）要求3位同学完成。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：
（1）要求设计组的每个成员都要了解设计的要求和思路；
（2）MATLAB数据处理部分要求有正确的运行结果及结果分析；
（3）对于信号处理部分要求每位同学有自己的理解；
（4）每位同学针对上述内容撰写设计说明书（每人1份）。
4．主要参考文献：
【1】 张德丰.详解MATLAB数字图像处理.北京:电子工业出版社，2010
【2】 刘刚，王立香，董延.MATLAB数字图像处理.北京:机械工业出版社，2010
【3】 李刚.MATLAB函数速查手册.北京：清华大学出版社，2011
【4】 刘保柱，苏彦华，张宏林.MATLAB7.0从入门到精通（修订版）.北京:人民邮电出版社，2011
【5】 Rafael ez，Richard .数字图像处理（第三版）.北京:电子工业出版社
5．设计成果形式及要求：
课程设计说明书
程序运行结果
6．工作计划及进度：
2016年
11月21日 ~ 11月27日：查资料，了解基于伪彩色的图像增强方法；
11月18日~ 12月1日：在老师指导下完成课程设计内容；
1月2日~ 12月9日：撰写课程设计说明书、答辩。
负责人审查意见：
签字：
年月日
目录
摘要 1
1 荧光图像采集的过程和原理 2
2 伪彩色图像增强处理方案 3
3 源程序 7
4 图像处理结果 9
5 学习心得 10
参考文献 10
随着现代医学的发展，医学图像在疾病诊断方面的应用越来越受到重视，其中荧光分子分析技术因为其广阔的前景收到了广泛的应用，然而获得的荧光分子图像属于灰度图像，对于人眼而言只能分辨4-5bits灰度级，却可以分辨近千种不同的颜色，为了提高图像的分辨率，可通过伪彩色图像增强处理技术，实现了使灰度图像变为伪彩色图像的目的，当荧光分子图像中含有极其微弱的有用的局部对比度信息的时候，效果尤佳。
1.1荧光分子层析
荧光分子层析（Fluorescence Molecular Tomography ,FMT）是建立在扩散光学层析技术与特异性分子荧光标记技术相结合基础之上，能定量提供特异性分子事件空间分布信息的现金光学分子影像模态。该技术采用特定的波长的近红外光激发荧光分子探针产生荧光，通过组织边界的激发光--荧光测量及其耦合方程反演理论得到组织体的特性荧光三维空间分布图像，FTM检测系统主要采用基于CCD相机扫描方式，具有高空间采样能力，但需要较长积分时间才可以获得较好的信噪比。
1.2 CCD相机工作原理
CCD（charge couple device）即电荷耦合器件由美国贝尔实验室Boyle和Smith发明，是一种大规模集成电路工艺制作的半导体光电元件，它在半导体硅片上制有成千上万个光敏元，产生与照在它上面的光强成正比的电荷。
CCD基本构成单元是MOS电容器，它以电荷为信号，通过对金属电极施加时钟脉冲信号，在半导体内部形成储存载流子的势阱。当光或电注入时，将代表信号的载流子引入势阱，再利用时钟脉冲的规律变化，使电极下的势阱作相应变化，就可以使代表输入信号的载流子在半导体表面作定向运动，再通过对电荷的收集、放大，把信号取出。
现今新型的CCD产品主要有底插式和侧装式两种，其工作原理基本相同。随着科技的进步和应用领域的不断更新，CCD相机在自动化工业检测及高校的教学和科研中发挥着举足轻重的作用。CCD相机具有强大的自扫描功能，图像清晰度好，可以随时捕捉图像，支持多重合并像素模式，创新的读出技术能够充分降低噪音，达到一个更高的灵敏度和转化效果，使得图像具有极高的信噪比，在医学领域得到非常广泛的应用。与传统摄像机比较，CCD相机具有体积小、可靠性高、灵敏度高、抗强光、抗震动、抗磁场、畸变小、寿命长、图像清晰、操作简便等优点。CCD相机具有稳定的PELTIER制冷系统，真空室与透射电镜的真空系统隔离，光纤耦合具有单个电子灵敏抗临近信号干扰的功能。此外CCD相机具有强大的视频图像记录器软件功能和工作语言界面，使研究人员在观察到超微结构后，实验结果可以直接用U盘带走，省去了繁琐的暗室显影、定影、冲洗底片和照片上光等步骤，提高了实验的工作效率和图片的清晰质量，克服了人为操作时安全灯、水温、试剂浓度等因素的影响。
2 伪彩色图像增强处理方案
人的生理视觉系统对微小的灰度变化不敏感，却对彩色的微小差距极为敏感。人眼一般可以分辨出的灰度级有20多个，而对不同亮度和色调的彩色图像分辨能力却可达到灰度分辨能力的百倍以上。利用这个特性，就可以把人眼不敏感的灰度图像信号映射到人眼敏感的彩色信号，增强图片的分辨率，让荧光分子医学灰度图像的信息更易被捕捉。
伪彩色图像处理的基本方案是将黑白图像或单色图像的各个灰度级匹配到彩色空间中的一点，从而使单色图像映射为彩色图像，对黑白图像中的不同灰度级赋予不同的色彩。
设为一副黑白图像，、、为映射到RGB空间内的3个颜色分量，则伪彩色处理可表示为：
其中为某种映射函数，给定不同的映射函数就可以将灰度图像转化为不同的伪彩色图像，但要注意，这种彩色不是真正的原始彩色图像，而是一种便于识别的伪彩色
2.1 灰度级-彩色变换法
灰度级-彩色变换法可以将灰度图像变为具有多种颜色渐变的连续彩色图像。
该方法先将灰度图像送入具有不同的变换特性的红绿蓝3个变换器，然后再将3个变换器的不同输出分别送入彩色显像管的红绿蓝，再合成某种颜色。同一灰度由于3个变换器对其实施不同变换使3个变换器输出不同，从而不同大小的灰度级可以合成不同的颜色。灰度级-彩色变换伪彩色处理过程如图2.1.1所示。
图2.1.1灰度级-彩色变换伪彩色处理技术原理示意图
一组典型的灰度级-彩色变换的传递函数如图2.1.2所示，其中（a）（b）（c）分别表示红色蓝色绿色的传递函数，图2.1.2（d）是3种彩色传递函数组合在一起的情况。下面对图2.1.2（a）的变换函数加以说明。由图可知，凡灰度级小于L/2的像素将被转换为尽可能暗的红色，而灰度级位于L/2至3L/4之间的像素则取红色从暗到明的线性变换。凡灰度级大于3L/4的像素均被转换为最亮的红色。
图2.1.2典型的变换函数
2.2 密度分割法
密度分割法也称强度分割法，是伪彩色增强中最简单的而又最常用的一种方法，它是对图像的灰度值动态范围进行分割，使分割后的每一个灰度值区间甚至每一灰度值本身对应某一种颜色，如图2.2（a）（b）所示，如果用多个密度切割平面对图像函数进行分割，那么就可以将图像的灰度值动态范围切割成多个区间，每一个区间赋予一个颜色，则原来的一幅灰度图像就可以变为一副彩色图像。
要注意的是，每一个灰度值区间赋予何种颜色是由具体应用所决定的。所有的区间颜色差别不应太大也不应太小，每一个区间都是等间隔的。
图2.2密度分割原理图
2.3 频域伪彩色处理
在频域伪彩色处理中，伪彩色图像的彩色取决于黑白图像的空间频率。
据此，可以将原始黑白图像中感兴趣的空间频率成分以某种特定的彩色来表示。设计3种不同滤波功能的滤波器，对黑白原始图像进行滤波，3个滤波器的输出经过适当处理，作为彩色输出设备的红绿蓝三原色输入，最后输出该按原始黑白图像的频率分布形成的伪彩色图像。空间频域处理的原理图入图2.3所示。
图2.3 频域伪彩色增强原理图
3 源程序
3.1 灰度级-彩色变换法
clear all;
I=imread("C:\Users\chong\Desktop\");
figure(1);imshow(I);
I=rgb2gray(I);%将图像转换为灰度图象
I=im2double(I);%返回与原矩阵数值相同单类型为double的矩阵，防止计算时出现溢出报错
[W H]=size(I);%分别返回矩阵I的行数W，列数H
R=zeros(W,H);%创建W*H全零矩阵R
G=zeros(W,H);%创建W*H全零矩阵G
B=zeros(W,H);%创建W*H全零矩阵B
L=1;
for i=
1:W
for j=
1:H
if(I(i,j)>=L/2 & I(i,j)3*L/4
R(i,j)=1;
end
if I(i,j)=3*L/4
G(i,j)=-4*(I(i,j)-L);
else
G(i,j)=1;
end
if I(i,j)3*L/4 &I(i,j)