در اين مقاله به معرفي متدهاي مورد استفاده در پردازش تصوير به روش قطعه بندي (segmentation) مي‌پردازيم كه مورد استفاده در تشخيص پزشكي است. قطعه بندي تصاوير غير‌واضح يكي از مشكل‌ترين عمليات در پردازش تصاوير است. دقت قطعه بندي ميزان موفقيت يا عدم موفقيت روال‌هاي تحليلي و محاسباتي را مشخص مي‌كند. به همين دليل نياز به دقت مضاعفي براي بهبود قطعه بندي وجود دارد.در قطعه بندي، يك تصوير به نواحي يا اشيا سازنده آن تقسيم بندي مي‌شوند. سطح عمليات تقسيم بندي با توجه به نوع مسئله مورد حل، تعيين مي‌شود. در واقع روال قطعه بندي با تجزيه كردن تصوير به اشيا مطلوب پايان مي‌پذيرد.
الگوريتم‌هاي قطعه بندي تصاوير تك رنگ عموما بر مبناي يكي از دو خصوصيت مربوط به intensity عمل مي‌كنند كه اين دو خصوصيت اصلـي عبـارتنـد از: نـاپيـوستگـي و تشابه.در اين مقاله در مورد تعدادي از روش‌هايي كه در اين دو دستـه گنجـانـده مـي‌شـونـد ، بحـث مـي‌كنيـم، به خــصـــــوص تــشــخــيـــــص لــبـــــه‌هـــــا كــــه شــــالــــوده الگوريتم‌هاي قطعه بندي در طول سال‌ها بوده اند.
اولتراسوند تشخيصي و انواع تصاوير آن
فرا صوت يا اولتراسوند تشخيصي ، يكي از رشـتــه‌هــاي دانــش پــزشـكــي اســت كــه گــاهــي مــي‌تــوانــد داده‌هــاي بـيـشتـري را در مقـايسـه بـا راديـولوژي فراهم سازد و از سوي ديگر براي جـنـيـن نـيز خطري ندارد.سونوگرافي از امواج صـوتـي، بـراي ايـجـاد تصويرهايي از بافت‌ها و اندام‌هاي داخلي بدن استفاده مي‌كند.
تصـاويـر اولتـراسـونـد نمـايـش داده شـده در مانيتور، تصاوير دوبعدي هستند و در سيستم‌هاي سه بعدي داده‌هاي مربوط به تصاوير دوبعدي وارد كامپيوتر مي‌شود كه كـامپيوتر آن‌ها را به شكل سه بعدي بازسازي كرده و تصاويري با عمق و روشنايي منـاسـب نشـان مي‌دهد. در سيستم اولتراسوند چهاربعدي، پزشك مي‌تواند تصاوير سه‌بعدي را مشاهده كند و در عين حال حركات جنين در زمان واقعي نمايش داده مي‌شود.
چرا تصاوير دو بعدي براي تشخيص بيماري‌ها برتري خود را حفظ كرده اند؟سونوگرافي سه بعدي از نظر مزايا و تشخيص ناهنجاري‌ها نسبت به سونوگرافي دوبعدي برتري ندارد و بيشتر براي شناخت ناهنجاري‌هاي صورت، لب شكري و كام‌شكري مؤثر است و بي خطر بودن آن هنوز ثابت نشده است. به طور مثال نقص دستگاه سونوگرافي سه بعدي به مايع آمونياتي دور جنين آسيب مي‌زند.در سونوگرافي چهاربعدي علاوه بر ايجاد تصاوير سه بعدي از جنين، حركات جنين نيز به صورت زنده نمايش داده مي‌شود، ولي علت اين‌كه هنوز تصاوير دو بعدي مورد توجه و استفاده پـزشكـان اسـت ايـن اسـت كه بيماري‌هاي مهم ، براي نمونه بيماري‌هاي جنين مثل سنـدروم دان، از روي تصـاوير دو بعدي قابل تشخيص هستند ،زيرا براي تشخيص بيماري‌ها از ابعاد و اندازه‌هاي جسمي كه از آن تصويربرداري شده استفاده مي‌كنند و اين قابليت فقط از اين تصاوير به دست ميآيد.
روش ها
در روش قطعه بندي دو هدف اصلي را دنبال مي‌كنيم:
1- تشخيص لبه ها
2-استخراج هسته لبه‌ها با رديابي مراكز و به دست آوردن مرزي كامل و پيوسته
1-1- تشخيص لبه‌ها از طريق اپراتورهاي تفاوتي
(Detection by the Difference Operators)
اساس كار به دست آوردن تفاوت‌ها در شدت (تراكم) پيكسل مرز و پيكسل‌هاي اطراف است. اپراتورهاي تفاوتي، شامل ماسك‌هاي Robert , perwitt , sobel،canny و Kirsch اســت و تـشـخـيــص لـبــه، مـهـم تـريـن روش در راستـاي نـاپيـوستگـي‌هـا اسـت. ناپيوستگي‌ها با استفاده از مشتقات مرتبه اول و دوم قابل تشخيص هستند و گراديان يك تصوير به صورت زير است:
نقاط گراديان در آشكارسازي مناطقي كه شدت آن‌ها به سرعت تغيير مي‌كند به صورت زير به دست ميآيد:
كه شدت گراديان از فرمول زير حاصل مي‌شود:
و همچنين قدرت لبه با اندازه گراديان متناسب است:
اپـراتـورهـاي تـفـاوتـي، از مـاسـك‌هـاي مـختلفي براي پردازش تصاوير استفاده مي‌كنند كه با اعمال يك ورودي يكسان به اپراتورهاي مختلف خروجي‌هاي متفاوتي پديد ميآيد با مقايسه آن‌ها مي‌توان به كيفيت تصاوير خروجي پي برد.
در توضيح شكل 1 بايد گفت كه:
در اپراتور سوبل ، جهت و قدرت هر لبه از ادغام تصوير و ماتريس‌هاي افقي و عمودي زير در اپراتورهاي نوع اول و دوم سوبل به دست ميآيد:
اپراتور نوع اول سوبل 
اپراتور نوع دوم سوبل 
به نظر مي‌رسد كه در اين روش هر دو لبه افقي و عمودي ، در يك ماتريس ادغام مي‌شوند:
اپــراتــور پــريــويـت ، عملكـردي همچـون سـوبـل دارد ولـي از مـاتـريـس‌هـاي زيـر استفاده مي‌كند:
اپراتور كريش، اين اپراتور يك ماسك تنها را گرفته و آن را در 8 جهت اصلي مي‌چرخاند، به طــوري كـه در آن قـدرت لبـه بـرابـر مـي‌شـود بـا مـاكـزيمم مقداري كه از كانولوشن هر كدام از ماسك‌ها و تصوير اصلي به دست ميآيد.جهت لـبه هم با ماسكي كه بيشترين مقدار را حاصل مي‌كند، تعريف مي‌شود.
قطعه بندي تصوير با Watersheds
در جغرافيا Watershed ناحيه اي است كه زه‌هاي ايجاد شده توسط رودخانه‌هاي مختلف را از هـم جـدا مـي‌كـنـد. حـوزه آبـخـيـزي نـاحـيه جغرافيايي است كه به يك رودخانه يا مخزن آب منتهي مي‌شود.تبديل Watershed نواحي آبگير را در تصوير پيدا مي‌كند. ابزاري كه معمولا در كنار تبديل Watershed در راستاي قطعه بندي مــورد اسـتـفــاده قــرار مــي‌گـيــرد تـبــديـل فـاصـلـه اســت.اغـلــب از گــراديــان بــه عـنـوان يـك پيـش پردازش بر روي تصاوير و قبل از اعمال تبديل Watershed روي آن‌ها استفاده مي‌شود. اندازه گـراديـان يك تصوير در پيكسل‌هاي مربوط به لـبـه‌هـاي شـي داراي بيشترين مقدار و در ساير قسمت‌هاي تصوير داراي كمترين مقدار است.
تشخيص مرز با روش canny
شاخص لبه canny يك روش خوب براي تشخيص مرزها است.Canny ابتدا تصوير را با يـــك فــيــلــتـــر گـــوســيـــن ، بـــراي كـــاهـــش نــويــز هموارسازي كرده ، سپس شيب تصوير را براي مـنـاطـق سـايـه روشـن بـا اسـتـفـاده از مـشتق‌هاي مـراتـب بـالاتـر پـيـدا مـي‌كـند. نقطه لبه به عنوان نـقـطـه‌اي كـه تـوان مـاكـسـيـمـم در جـهت شيب داراسـت، تـعـريف مي‌شود. الگوريتم از بالا به پايين ميآيد تا همه پيكسل‌ها به صفر برسد.اين پروسه nonmaximal suppression نام دارد.
آشكارسازي مرز با استفاده از پردازش مورفولوژيك تصاويرلغت مورفولوژي عموما در شاخه اي از علم زيـســت شـنــاســي كــه دربـاره شـكـل و سـاخـتـار حـيــوانـات و گيـاهـان صحبـت مـي‌كنـد، بـه كـار مي‌رود. در اين‌جا از اين لغت با محتواي مورفولوژي رياضياتي و به عنوان ابزاري براي استخراج اجزاي تصويراستفاده مي‌شود. اين ابزار در ارائه و توصيف شكل نواحي و خصوصياتي مانند مرزها، اسكلت و تحدب بدنه بسيار مفيد است. دو عمليات اساسي موفولوژيك عبارتند از: Dilitation وErosion.
Dilitation عملياتي است كه طي آن اشيا در يك تصوير دودويي رشد مي‌كند يا در اصطلاح ضخيم تر مي‌شوند. رفتار و اندازه اين روال ضخيم شدن با توجه به عضو ساختاري كنترل مي‌شود.
Erosion عملگري براي كوتاه كردن يا نازك كردن اشيا در تصوير دودويي به كار مي‌رود.
و در نتيجه:
آشكارسازي مرز تصوير با روش بازسازي مورفولوژيك
فرايند بازسازي، يك تبديل مورفولوژيك شامل دو تصوير و يك عضو ساختاري است. تصويري كه مشخص كننده نقطه شروع تـبــديــل اسـت، تصـويـر نشـانـه نـاميـده مـي‌شـود. تصوير ديگر تصوير ماسك است كه تبديل را محدود مي‌سازد.اگر g يك ماتريس ماسك و f ماتريس نشانه باشد، بازسازي g از روي f با Rg)f) نشان داده مي‌شود و به صورت روال تكراري زير تعريف مي‌شود:
"تعريف 1h به عنوان تصوير نشانه .f
"ايــجــاد يــك عـضــو ســاخـتــاري بــه صــورت (B =ones (3
"تكرار عمليات زير:
"اين عمليات تا زماني كه = hk 1hk+شود ادامه مي‌يابد.
و در نـهــايــت جــدول 1 كـه مقـايسـه اجمـالـي روش‌هاي قطعه بندي است، بيان كننده مزايا و مـعايب استفاده از روش‌هاي ذكر شده در بالا است.
منابع
[1]Digital Image Processing (Rabert C.Gonzalez , Richard E.Wood , Steven L.Eddins)
[2]Survey of Retinal Image Segmentation and Registration (GVIP Journal, Volume 6, Issue 2, September, 2006)
نویسنده: مهندس مهديه هدايتي، مهندس مرضيه مشهدي علي اكبر
پست الکترونیکی: asal_hus@yahoo.com
