医学图像增强系统的设计_kaic

Posted 2023-04-04 李开兴

目录
1绪论
1.1课题背景
1.2医学图像增强以及相关理论的现状
1.3本文内容安排
2图像增强技术
2.1空域增强方法
2.1.1空域点运算增强方法
2.1.2空域滤波增强方法
2.2频域增强算法
2.2.1低通滤波
2.2.2高通滤波
2.2.3同态滤波
2.3本章小结
3医学图像增强算法
3.1医学图像的特点
3.2医学图像噪声分析
3.3图像质量评价参量
3.4小波变换
3.5小波去噪
3.6基于小波变换的医学图像增强
3.7有关小波变换图像增强相关方法理论研究
3.8本章小结
4图像增强系统设计
4.1增强系统研究分析
4.1.1增强系统设计目的
4.1.2增强系统特点
4.1.3研究方法及内容
4.2系统功能实现
4.3界面设计
5结论
5.1本文工作总结
5.2展望
参考文献
摘  要
当今社会,人们越来越富有,对自己的身体健康情况关注度显著提高，对于自身的疾病要趁早发现,然后进行一些列的治疗，既能救人于水火之中，又能减缓病人的难受程度,还能减少病人的医疗开销。在医疗的范畴内，医学影像技术应用极广，具有高效，经济，无创等优点,医生给病人进行诊断，其就诊的准确与否，与其图像质量密切相关，在当今的医疗领域中，医学图像是其中的领头羊。并且，在某一时候获得的医学图像十分不清晰，很难达到标准。它们没有很好地突出病变的信息。这很容易导致误诊或漏诊。因此，有必要加强医学图像技术，使图像更加清晰、准确。
本文非常仔细的研究了医学图像增强原理，列出了一系列有关的方法技巧，标明了图像增强方法的特征和所涉及到的范畴领域，改善了传统的图像增强技术。论文详细介绍了该系统设计的具体思路，所有模块的作用、实现方法以及实现功能。然后利用MATLAB软件对医学图像增强系统的设计的算法进行实现，对图像增强系统进行了调试与仿真。
在本文的最后章节，对本课题进行了详细分析和总结，得出相应的结论，取得了显著的成果。对医生的诊断提供了非常可靠的依据，在原有的增强软件基础上进行了改良，且能够较好的抑制噪声，处理效果更佳优异。

关键词：医学图像；图像增强；小波变换

Abstract
In today's society, people are getting richer, and they pay more attention to their own physical health. They need to find out about their own diseases as soon as possible, and then perform some treatments to save the lives of people and reduce the discomfort of patients. The degree can also reduce the patient's medical expenses. In the medical field, medical imaging technology is extremely versatile. It has the advantages of high efficiency, economy, and non-invasiveness. Doctors diagnose patients. The accuracy of their visits is closely related to their image quality. In today's medical field, medical images are Is one of the leaders. Also, the medical images obtained at a certain time are very unclear and it is difficult to reach the standard. They do not highlight diseased information very well. This can easily lead to misdiagnosis or missed diagnosis. Therefore, it is necessary to strengthen medical image technology to make images more clear and accurate.
This article studied the principle of medical image enhancement very carefully, listed a series of relevant method techniques, marked the features of the image enhancement method and the areas of the involved areas, and improved the traditional image enhancement techniques. The paper introduced in detail the specific ideas of the system design, the role of all modules, implementation methods and implementation functions. Then the algorithm of the design of the medical image enhancement system was implemented by using MATLAB software, and the image enhancement system was debugged and simulated.
In the last section of this article, this topic was analyzed and summarized in detail, and the corresponding conclusions were drawn. Significant results were achieved. It provides a very reliable basis for the diagnosis of the doctor, and it is improved on the basis of the original enhancement software, and it can suppress the noise better, and the treatment effect is better.
Keywords: medical image; image enhancement; Wavelet transform
 
1 绪论
1.1 课题背景
近年来，医学影像水平越来越好，越来越完备，医学影像水平应用在生活的各个方面，尤其是临床诊断这一领域，尤为重要，在医学图像处理领域处于领先地位。
 医学图像质量也存在诸多问题，噪声是其中之一。在医学领域，噪声是普遍存在的，对此，消除噪声是一个重要的事情，图像的质量在医疗领域里非常重要，其次是提高图像对比度。
在各个领域，这种现象随处可见，往往就导致了医学图像看不清、看不仔细等各方面的问题。既保证医学图像能看清、能看仔细，同时，又能让医生准确的找到病因，这是医疗诊断的前提条件和重要保证。
由于热噪声、机械噪声以及气温、空气的潮湿度、地理位置和使用者的影响，噪声在医学图像中处处存在。图像成像原理一般有所差异，每种形式的医学图像本身的噪声也有所差异。
医学图像增强以及其他普通的图像增强都存在着一定的问题。同时，每种医学图像都各有差异，或者如成像原理、设备以及其他原因所导致的原因，图像看起来特别模糊，灰度对比度低是其中的原因。因为对比度低，病变的细节以及其他原因医生往往无法获得相应且及时的信息，导致了诊断不太理想。增强图像方法在医学图像领域里效果可见一般，正是由于这个原因，要找到一种可观的医学图像增强方法是医学图像领域里一个热点问题。
图像增强有很多技巧，关于图像的各个领域，应用也十分广泛，常见的就是均值滤波、中值滤波、平滑滤波、灰度变换、梯度增强和频域变换。上述所述这些算法很是繁琐，要求算的东西非常多。医学图像通过一系列的分析以及系统的处理之后，跟之前的图像相比，清晰程度有着明显改善。
正是因为获得医学图像的方法和一般光学图像有很大差别，跟普通数字图像对比来看，有如有几个显著特点:
(1)特别低的灰度级对比度，特别高的清晰度要求
医学图像里对比度低的现象到处都是。因为这种情况，就会使得医学图像看不清、细节也看的不是很仔细以及其他问题。医学图像的首要作用是方便医生给病人进行相应的诊断，对病人进行护理。正是由于这个原因，医学图像要看的更加仔细，有关医学图像清晰程度的问题是研究该领域的前提条件和重要保证。
(2)噪声各具特点，消噪要求高
由于热噪声、机械噪声、气温、空气的潮湿度、地理位置和使用者的影响，医学图像的噪声是不可避免的。由于成像原理大不相同，各种医学图像各有特点，譬如，高斯噪声往往在CT医学图像领域普遍存在，斑点噪声在B型超声医学图像领域中出现的几率很高，椒盐噪声在X光医学图像中很常见。对于各种噪声拥有大不相同的特点，需要使用多种处理方法进行噪声去除。正是由于这个原因，清除噪声俨然成为医学图像增强相关理论十分重要的课题。根据医学图像所持有的特点，医学图像增强领域的相关知识在医学图像中处于首要地位，是其他相关理论根本不可替代的。
本文旨在做一个能有效减少和去除噪声点并增强图像整体视觉的系统。改善医学图像不清晰的特点，把图像进行一系列相关的增强处理,以及增强边缘信息。在这段时间里面，图像对比度增强能够在很大程度上改变图像对比度，使人眼看得图像更加清晰明了。使其更容易在人体视觉特征的机器进行分析和加工，并有效地突出病变点。使病理学诊断变得更加可靠，更加轻而易举。
1.2医学图像增强以及相关理论的现状
普遍存在的图像增强依照范围有所不同能够划分成空域增强技术还有与之不尽相同且应用广泛的频域增强技术。空域增强技巧对像素灰度进行了一系列处理之后，对图像进行了直接操作，这不仅仅是面向整个图像全体发起的一系列操作。和空域增强不同的频域增强技术，该技术由以下几步组成，第一步把需要增强的整个图像本身做傅里叶变换，将所得到变换之后的频谱内容进行一系列相关操作，再之后对刚才的频谱内容进行傅里叶逆变换等其他操作，以便于得到最终的画面。空域增强技术主要包括点运算，还有就是滤波技术，在这些技术里面，灰度变换技术以及直方图修正理论被包含在点运算操作范畴之内，每个图像特点不一样，区分起来就大不相同，不过也有技巧可言。据此，滤波操作就应运而生了，它能够划分成线性滤波以及与之不相同的非线性滤波、普遍应用的平滑滤波以及应用普遍的锐化滤波。频域增强技术种类只有四种，包含下列比较常见的四种滤波技术：同态滤波、低通滤波、高通滤波、带阻带通滤波。
正是因为医学图像和普通图像大不一样，各有其特点，相比普通图像而言具有特殊性，因此，在一般的图像增强技术的基础上，相关人员研发了医学图像增强技术。最近几年比较常见的滤波理论、随处可见的直方图变换和最近新兴且快速流行的图像处理方法如下所示，应用十分广泛，如偏微分方程增强、应用普遍的小波变换和普遍应用的脉冲耦合神经网络等，已经是高效而日趋完备的医学图像增强技术。
滤波有线性还有与之有着差异的非线性。常见的线性滤波理论与常见的非线性滤波理论相比来说，数字分析尤为通俗易懂，但它在图像边缘信息保护这方面表现不是很好，并且非线性滤波也照顾了最佳滤波准则这点要求，并且在人眼视觉标准方面有着显著的效果。非线性滤波在线性滤波的相比之下更贴近医学图像增强处理。该方法获得了较好的加工效果。俊盛和刘宗田两人经过不断努力研究，发现并提出了一种将中值滤波和各向异性扩散结合起来的适用于超声医学图像去噪的实用方法，不仅能高速有效的把噪声进行了清除，还在一定程度上保持了图像信息所要求的完整性。
与之不同的增强方法还有很多，常见的有直方图变换法，全国各地很多相关研究人员发现了有关于直方图的相关方法来使医学图像进行了一系列的增强。根据超声图像本身所具有的特征，刘青团和他的团队经过自己的努力实现了三元双向直方图均衡化增强方法，使图像亮度处于不变状态。它在保持图像细节完整性的同时，又把图像的初始亮度处在不变状态，并且一定程度上抑制了黑色背景的过度增强图像，有成效地提高了图像的对比度，并获得了所需要的图像对比度。使治疗效果处于上成地位，治疗的更好。
随着机器感官技术的繁荣发展，偏微分方程的数学理论受到了相关人士的格外关注，根据这个理论的图像增强方法也随之而来。在之后改造各向异性复合扩散的模型方面，张美瑜等人发现了新的消噪方法，其消除噪声方法优点有很多，耗时少、去噪效果特别好、边缘完整还有其他特点。改造之后的模型迭代次数显著地减少，运算效率大幅度的提高。
小波变换经过最近几年不断新兴发展，越来越成熟的图像处理方法也普遍存在。有关于多分辨率分析特性的技术，让小波变换既在空间域，又在频率域这两个不同的变换域一起进行局部变化分析，然后能快速地在信号中提取相关人有用的信息。自从 Dohono于九十年代提出了基于可变阈值小波去噪方法首次得到成功以后，世界各地相关研究人员积极实施了研究，经过一系列的研究发现，提出了一系列具有有效性的改进，并提出了相关的图像去噪方法。
PCNN在图像增强范畴这一方面越来越好，越来越完备，最近几年有特别多的研究人员发现了特别多的有关于PCNN模型增强方法还有相应的改进模型方法。陈锐还有他的朋友对于X射线图像特点有所研究，发表了自己的看法，全盘考虑了人眼视觉特点以及相应的PCNN模型关联，为了取的相对满意的增强效果，对比度大大增强。郭业才以及王绍波还有他的团队把PCNN模型放到小波域里实行斑点噪声识别，完美识别噪声点所处地方，然后在一定程度上过滤并清除掉噪声，高效保护到了细节信息，相关边缘信息的完备性也有所提高。
根据上面的研究，论文将把CT图像噪声特点，把通过维纳滤波得到最小均方误差特性，发起并改正，再之后与小波包以及其他相关联的知识联系起来，然后加以总结，发现了修正维纳滤波小波包变换图像去除噪声的相关方法以及一系列其他相关理论；对于B型超声图像的噪声特性，相关人士把维纳滤波、普遍存在的脉冲耦合神经网络模型还有与存在普遍的小波自适应去噪特点和其他知识点结合起来，进行了一系列的计算。有关医学图像对比度低等其他突出特点普遍存在，将小波融合、小波分析还有与之不太一样的对比度拉伸等相关一系列技术知识相结合起来，想出了小波变换医学图像增强方法以及其他相关知识理论。分析相关图像特点，把想要得到的图像进行消除噪声增强等一系列相关处理，大大提高医学图像质量，把医学图像里面比较微小信息传达出来，尤其就是关于病灶点的相关知识等一系列的诊断所必要信息，以使医生的诊断达到预期的目的，患者更加安心。
1.3本文内容安排
有关于综上所述的研究，本文特别重点的针对医学图像噪声特征进行一系列的去噪还有一系列的增强。本文的安排大致如下所示：第一章把医学图像增强技术以及相关知识背景弄明白，了解这些发展现状，以及简单明了的说明本文所要表达内容的具体安排。第二章将着重讨论图像增强技术方法：小波变换法。第三章则是本文重点章节，会把讨论去噪及增强方法详细的分开叙述。第四章将重点探讨医学图像增强系统设计：第一点将会介绍系统设计流程，第二点将会进行功能的分析，第三点将会完成系统的实现。第五章是本文结尾，将把本文已经弄好了的事情进行一个结尾然后探讨，并给出结论。根据上述结论，还会把本文涉及到的工作遇到的错误进行一系列的探讨，再对以后工作所持有的看法。

 

 

 

基于JSP的学生奖学金评定管理系统的设计与实现_kaic

摘  要
随着信息时代的到来，计算机技术已经逐步融入到生活的各个领域，在教育行业中的应用也非常广泛，各种管理系统应运而生，能够为学生的学习和生活等方面提供更加周到和实用的服务。然而，由于学生人数众多，奖学金评定工作的复杂性等诸多因素，制约了学生奖学金评定的开展。
基于以上背景，本文设计并实现了一个基于SpringMVC的高校奖学金评定系统。用户可以登录、学生信息管理、学生成绩管理、教师管理、公示、投票、评分等。在学生申请过程中，院系可以确定学生是否在规定的时间内申请奖学金，也可以自动选择学生的成绩作为录取依据。同时还可以把各方面反馈给系部领导，以便于及时了解学生学习及生活等多方面的信息，为进一步改进工作提供参考依据。通过判断和选择，学生可以申请奖学金，如果没有，学生的申请就会失败。
系统的代码部分是用Java语言编写的，采用B/S架构，基于MyEclipse平台，MySQL数据库管理系统是MQL数据库的骨干，并结合了SpringMVC与Hibernate技能，实现了系统功能。该系统具有良好的扩展性，可根据用户需求灵活地增加新的模块以满足不同学生对奖学金评定的要求。
关键词  奖学金评定  Java  MVC模式  MySQL数据库  

 
The Design and Implementation of the Student Scholarship Evaluation System

ABSTRACT
With the advent of the information age, computer technology has been gradually integrated into all fields of life, and has been widely used in the education industry. Various management systems have emerged, which can provide more thoughtful and practical services for students' study and life. However, many factors, such as the large number of students and the complexity of scholarship evaluation, restrict the development of student scholarship evaluation.
Based on the above background, this paper designs and implements a university scholarship evaluation system based on springmvc. Users can log in, manage student information, manage student scores, manage teachers, publicize, vote, score, etc. In the process of student application, the college and department can determine whether students apply for scholarships within the specified time, and can also automatically select students' scores as the basis for admission. At the same time, it can also feed back all aspects to the department leaders, so as to timely understand the information of students' study and life, and provide reference basis for further improvement. Through judgment and selection, students can apply for scholarships. If they do not, their application will fail.
The code part of the system is written in Java language, using B/S architecture, based on MyEclipse platform. MySQL database management system is the backbone of MQL database, and combines springmvc and Hibernate skills to realize the system functions. The system has good expansibility and can flexibly add new modules according to user needs to meet the requirements of different students for scholarship evaluation.
Key words  Scholarship assessment  Java  MVC model  MySQL database 

目  录
第1章  绪论
1.1  研究背景与意义
1.2  国内外研究现状
1.3  本文组织结构
第2章  系统开发环境
2.1  JQuery技术
2.2  Java语言
2.3  MySQL数据库
2.4  JSP技术
第3章  系统分析
3.1  系统可行性分析
3.1.1  技术可行性
3.1.2  系统运行可行性
3.1.3  操作可行性
3.2  系统功能分析
第4章  系统设计
4.1  系统功能模块设计
4.2  系统业务流程设计
4.2.1  用户登录业务流程
4.2.2  修改密码业务流程
4.2.3  信息浏览业务流程
4.2.4  奖学金申请业务流程
4.3  数据库设计
4.3.1  数据库概要设计
4.3.2  E-R图向关系模型的转变
第5章  系统实现
5.1  用户登录模块
5.2  密码修改模块的实现
5.3  学生管理模块的实现
5.4  教师管理模块的实现
5.5  科目管理模块的实现
5.6  奖学金类型管理模块的实现
5.7  评分管理模块的实现
5.8  成绩录入管理模块的实现
5.9  奖学金申请管理模块的实现
第6章  系统测试
6.1  测试方法
6.2  功能模块测试
6.2.1  用户登录测试
6.2.2  学生管理测试测试
6.3  测试结论
结  论
致  谢
参考文献
附  录

第1章  绪论
1.1  研究背景与意义
奖学金管理工作是高校学生管理工作的重要组成部分，奖学金评定涉及的领域广泛，包括对学生各科学习成绩、家庭经济收入、学校学科情况等进行综合评价，在奖学金的评估和管理方面投入了大量的人力、物力和财力。奖学金评审工作每年进行一次，传统的评审工作主要输入打印各年级各部门的临时计算机数据库，存在效率低、错误多等问题[1]。
鉴于高职院校奖学金的奖学金覆盖率小、金额少， 评定制度不规范，奖学金、助学金混淆； 本文结合多年来高职院校学生管理工作的经验[2]。旨在改善高职院校学生奖学金的现状，深入探讨奖学金制度存在的问题。提出增加高职院校奖学金的种类和名额，制定统一的奖学金评审制度,规范奖学金评审程序，使奖学金评审管理工作程序化、智能化[3]。 因此，本文所描述的高校奖学金评定系统的设计与实现具有重要的意义。
1.2  国内外研究现状
高校奖学金评审管理工作是学生工作中一项十分重要而繁琐的工作，是高校思想政治教育的重要手段之一。 传统的人工纸质评定方法已经不能适应学生人数的增加和奖学金种类的多样化，奖学金系统具有周期短、成本低、管理规范、科学统计、查询快捷等特点。
2014程维刚和田勇认为，由于传统的奖学金评审数据量大、手工计算计算时间长、容易出错和公平，利用先进的计算机技术对学生的成绩进行智能评价已成为一个新兴的交叉研究领域[4]。
国外对奖学金评定管理系统研究起步较早，经历几十年的发展后现己达到了智能化管理的水平。2017年，Wang Xu，Ma Deshan指出根据高校奖学金评价体系，运用层次分析法（AHP）等方法，建立了高校奖学金等级递降结构模型，同时结合西北民族大学研究生奖学金评定体系进行了实证研究，旨在进一步完善现有的研究生奖学金评定制度[5]。
1.3  本文组织结构
从需求分析到数据库模型，再到页面设计模块，最后完成系统的测试。接下来简单介绍本论文的组织结构。
第一章为绪论。在本文的开头，对本研究的理论基础和本主题的重要性进行了一定的文字描述。
第二章探讨了学生奖学金评定系统中使用的开发技术和开发工具。
第三章是把系统给详细的剖析一下，这里面有对正常系统需求的描述，对系统需求的功能性进行探索以及用于查看系统是否可以执行的非功能分析。
第四章是系统的详细介绍设计。本文介绍了该系统的体系结构设计和一些关键功能模块设计说明。
第五章为系统的实际开发和运行阶段，介绍了各系统模块的实际运行情况。
第六章在前几章的基础上对系统进行了测试和使用。

第2章  系统开发环境

本项目主要采用JSP技术，后台数据库采用MySQL，前端采用JQuery技术，系统采用MyEclipse开发工具。 整个系统使用B/S系统框架以及SpringMVC和Hibernate整合技术来有效地管理和维护奖学金评审。
2.1  JQuery技术
JQuery封装了JavaScirpt中常用的功能代码，优化了HTML文档操作、事件处理和Ajax交互，并允许用户调用命令而无需将JS插入HTML代码，只需定义id即可[6]。 本文中使用JQuery的主要原因是：
（1）实现脚本和页面的分离，实现灵活、清晰的页面代码。
（2）强大的数据处理能力。JQuery提供丰富的数据类型。JQuery封装了函数  “$.ajax（）”中的所有操作，因此程序员不必考虑创建HtpRequest对象来关注业务逻辑。
（3）链式表达式。为了解决复杂任务的执行效率问题，JQuery技术被广泛用于开发分布式编程系统。 JQuery可以采取一组发生在同一对象上的操作，并将它们直接写入代码行，而不需要一遍又一遍地创建多个对象[7]。
2.2  Java语言
Java程序在计算机的程序应用过程当中是非常重要的程序设计语言，因为它的性能比较高，而且能够应用在多重领域中，所以该程序设计语言在计算机的软件应用当中的范围相对来说是非常广泛的。而从专业的技术角度来说，Java程序的应用的实用性也是非常强的，这是因为它与传统的C语言或C++相比没有太大的基本结构的变化，也就是说它的语法结构是相对单一，而且具有稳定的特性，还有更重要的一点是Java程序语言的基本参考对象就是C语言，所以他的程序编写并不是很复杂，而且还能够起到优化工作效率提升系统设计本身的基础功能的作用，因此他也就受到了非常广泛的程序员们的青睐[8]。
本次进行系统设计开发研究的过程当中，还发现Java程序语言之所以能够得到市场上更多用户的好评和青睐，其根本原因在于他能够具备各种语言的自身独特优点的展现，也就是说它的兼容性是常强的。因此，我们可以说在任何一个程序的开发过程当中，Java语言程序的应用是必不可少的，程序员在进行改动的时候，哪怕是一个程序字母的改动，都可以形成一种特定的程序，这也是 Java程序非常独特的另一个优点[9]。不仅如此，Java源程序的可移植性也是非常大，而且它的安全系数很高，能够通过不同方式进行移植到其他程序当中，而且可以兼容不同程序的系统，在运行的过程当中，其安全系数也是非常强的，能够确保用户在使用网络的过程当中去确保网络的安全，而正是基于这样的可移植性，为程序员节约了很多的系统语言程序的开发设计的时间，这是非常难得的一种自有优势。
2.3  MySQL数据库
之所以选择我的MySQL数据库管理系统是因为MySQL数据库灵活，体积小，速度快，存储量高，成本低。 另外,MySQL数据库系统是目前使用比较广泛的一种关系型数据库系统。它具有良好的查询功能，并且还可以对数据信息进行分析处理[10]。此外，该系统还有很好的安全性。MySQL数据库的优点被它运行和适应上述环境的能力无限放大。
2.4  JSP技术
JSP技术是SUN公司所开发的，对于SUN公司开发JSP技术来说，它通过将各个平台的设备和信息规范化的处理，通过个性化的方式将这些技术进行集成开发，JSP技术的开发在网络技术的发展中占据着非常重要的意义[11]。通过JSP技术可以实现以往通过其他技术实现不了的功能，因此JSP技术在SUN公司的开发下实现了信息领域的大幅度跨度，通过JSP技术可以实现以往不能实现的各项功能，在实际的使用过程当中可以实现用户无论任何时间，任何地点都可以对于信息进行交换[11]。这种大型的互联网服务，使得每一个人在使用智能设备的过程中，都可以利用智能型设备来为自己的生活更好的服务，提高自己的生活质量，在JSP技术开发成熟之后，会使得人们没有闲暇的时间去处理信息分析，或者在实际使用过程当中可以不对数据进行分析，只要相关的智能设备听到了相关的数据传输过程，就可以对相关知识进行查找，高效的为我们寻找到更专业的知识[12]。