[原创]数字成像技术基础知识之 模拟与数字

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数字成像技术基础知识之 模拟与数字

模拟是以某种范畴的表达方式如实地反映另一种范畴。例如，地球围绕太阳不停的旋转，地球与太阳之间的距离随时间而连续的变化。在我们日常生活中有很多这种现象，温度与时间、电源的频率、电压或电流的变化等，这些信息量的变化是随时间或距离的改变而连续的变化。我们把这种连续变化的信号称为模拟信号或称模拟量。又模拟量构成的图像称模拟图像。
在x线摄影范围内，荧光屏的记录或显示从几乎完全透明（白色）到几乎不透明（黑色）的一个连续的灰阶范围。它是x线透过人体内部器官的投影，这种不同的灰度差即为任何一个局部所接受的辐射强度的模拟，或从另一角度讲为相应的成像组织结构对射线衰减程度的模拟。由此不难理解，传统的x线透视荧屏影像、普通x线照片以及ⅰ&#8226；ⅰ-tv影像，均属于模拟影像。因为这些影像中的密度（或亮度）是空间位置的连续函数，影像中的点和点是连续的，中间没有间隔，感光密度（或亮度）随着做标点的变化是连续改变的。这些成像设备都属于模拟系统或称之为连续系统范畴。
若在一个正旋（或非正旋）信号周期内取若干个点的值，去点的多少以能恢复原信号为依据，再将每个点的只用若干为二进制数码表示，这就是用数字量表示模拟量的方法。将模拟量转换为数字信号的介质为模/数（a/d）转换器。模/数（a/d）转换器把模拟量（如、电压、电流、频率、相移、脉宽、位移、转角等）通过取样转换成离散的数字量。该过程就称为数字化。转化后的数字信号送入计算机图像处理器，进行处理，重建出图像。该幅图像是由数字量组成的，故称之为数字影像。由此可见，数字影像则是将模拟影像被分解成有限个小区域，每个小区域中象密度的平均值用一个整数表示。就是说，数字图像是由许多不同密度的点组成的。数字在这里不仅意味着数码，数字的概念是以某种人为规定的量级且定量化地反映另一种概念范围。数字成像系统也称为离散系统。
模拟信号可以转换成数字信号。同样，数字信号也可以转换成模拟信号，两者时可逆的。完成这种转换的元件是数/模（d/a）转换器，它把离散的数字量（数字脉冲信号）转换成模拟量，即还原成原来信息。
可见，对于同一幅图像可以有两种表现形式。即模拟方法和数字方法（连续方法和离散方法）。这两种方法各有特色，在解决某一具体问题时，往往两种方法混合使用。一幅图像显示后，到底是模拟影像还是数字影像，肉眼很难分辨，若用以精密的密度扫描仪扫描，其结果两者是有差别的。模拟图像是以一种直观的物理量来连续地、形象地表现另一种物理场的情况，数字图像则完全是以一种规则的数字量的集合来表示物理图像。
既然模拟方法和数字方法可以混用，为什么在图像处理中倾向于数字方法呢？总的来说，数字方法在很多方面优于模拟方法：
&#8226；对器件参数不敏感；
·可预先决定精度；
&#8226；较大的动态范围
&#8226；更适合于非线性控制；
&#8226；对环境、温度变化敏感性低；
&#8226；可靠性高；
&#8226；系统依据时间划分进行多路传输时，有较大灵活性；
&#8226；纯数字系统是大量简单通断开关组成的。它基本上不随时间和温度产生飘逸，系统性能始终一致。
总之，数字方法的最大优点是抗干扰能力强。
从应用角度分析，数字图像与传统的模拟图像相比，数字图像的优势为：
    1．数字图像的密度分辨率高。屏/片组合系统的密度分辨率只能达到26灰阶，而数字图像的密度分辨率可达到210-12灰阶。虽然人眼对灰阶的分辨率有一定的限度，但固有数字图像可通过变化窗宽、窗位、转换曲线等技术，可使全部灰阶分段得到充分显示。从而扩大了密度分辨率的信息量。
2．数字图像可进行后处理。图像后处理是数字图像的最大特点。只要保留原始数据，就可以根据诊断需要，并通过软件功能，有针对性的对图像进行处理，以提高诊断率。处理内容有窗技术、参数测量、特征提取、图像识别、二维或三维重建、灰度变换、数据压缩，这些均是高科技医学影像学领域中应用的重要体现。
3．数字图像可以存储、调阅、传输或拷贝。数字图像可以存储于磁盘、磁带、光盘及各种记忆卡，并可随时进行调阅、传输。影像数据的储存和传输是PACS系统建立的最重要部分，为联网、远程会诊、实现无胶片化等奠定了良好基础。
正因为数字影像有其特殊的优越性，它的问世，即可被人们所重视，并已迅猛的发展现是出很强的生命力。