РАЗДЕЛ 2
МЕТОД ВЫДЕЛЕНИЯ КОНТУРОВ И ГРАНИЦ НА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ, ОСНОВАННЫЙ НА ВЫЧИСЛЕНИИ ПОЛЯРНЫХ РАЗНОСТЕЙ
В данном разделе проведен анализ пути повышения оперативности доступа к битовому образу ультразвуковых изображений. Для проведения сравнительного анализа различных методов выделения размытых контуров ультразвуковых изображений, разработана модель ультразвуковых изображений, с параметрами, которые можно контролируемо изменять, а также обобщенный показатель эффективности выделения контуров и границ. Исследованы особенности линейных и нелинейных методов контрастирования. Разработан и исследован новый метод выделения контуров и границ на ультразвуковых изображениях, основанный на вычислении полярных разностей.
2.1. Пути повышения оперативности доступа к битовому образу
В процессе ультразвукового и радиолокационного зондирования объектов, а так же сканирования изображений получают графические изображения, которые сохраняют в памяти ПЭВМ в виде файлов на диске [28, 83, 117]. Наиболее распространенным форматом представления и хранения графической информации является аппаратно-независимый растровый формат DIB (Device Independent Bitmap). Однако при работе с данным форматом пользователь не имеет прямого доступа к битовому образу.
Предлагается метод преобразования структурированного *.bmp файла в двумерный массив [82], позволяющий получить оперативный доступ к битовому образу непосредственно из программ написанных на языках высокого уровня.
Подобные преобразования могут быть выполнены при помощи библиотечных подпрограмм в системе Windows. Например, в библиотеке Delphi содержится объект TImage, обеспечивающий вывод на экран изображения форматов BMP, WMF и ICO. Свойство Pixels позволяет получить доступ к каждому пикселю изображения на экране как к двумерному массиву. Однако такой способ работы с графикой может эффективно использоваться только на стадиях моделирования и проверки методик обработки изображений. Он требует достаточно больших ресурсов компьютера и плохо приспособлен для решения задач реального времени. При нехватке ресурсов быстродействие выполнения программ падает в несколько раз.
Особенностью файлов формата DIB является то, что в них используется кодировка цветов с одной битовой плоскостью. Файл данного формата имеет четко определенную структуру. Он состоит из двух заголовков и битового образа. Битовый образ представляет собой массив, определяющий соответствие между цветами палитры и пикселями изображения.
Для преобразования *.bmp файла в массив данных, удобных для последующей обработки графической информации, необходимо:
1. Идентифицировать формат файла и верифицировать его объем.
2. Получить данные о смещении битового образа.
3. Определить основные атрибуты изображения: размеры по горизонтали и по вертикали, количество цветов, разрешение.
4. Установить цвета используемой палитры (за исключением полноцветных изображений).
5. Считать битовый образ и разместить его в видеопамяти.
Для извлечения информации из заголовка следует точно указать его структуру, т.е. последовательность и размер всех его полей. Первый заголовок файла имеет структуру BITMAPFILEHEADER представленную в табл. 2.1 [83].
Таблица 2.1.
Структура BITMAPFILEHEADER
№ п/пНазвание поляРазмер, битОписание поля1.bfType16тип файла (имеет значение = 424Dh)2.bfSize32размер файла в байтах3.bfReserved116не используется4.bfReserved216не используется5.bfOffbits32смещение данных bitmap от заголовка в байтах В качестве примера рассмотрим заголовок файла описывающего шестнадцатицветный рисунок (рис.2.1а) размером 640 х 480 пикселей. Он имеет вид: 42 4D - 76 58 02 00 - 00 00 - 00 00 - 76 00 00 00.
а б
Рис. 2.1. Исходное (а) и обработанное (б) изображения
Атрибуты графического изображения и коды палитры содержатся во втором заголовке. Он находится непосредственно за первым и имеет структуру BITMAPINFO представленную табл. 2.2 [83], которая состоит из двух частей. Первая часть BITMAPINFOHEADER описывает размеры, разрешение и другие атрибуты битового образа. Вторая содержит массив данных, соответствующих структуре RGBQUAD, определяющий цветовую палитру. Данные этого заголовка используют в качестве параметров при инициализации графического режима. Графический режим выбирает в соответствии с возможностями используемой операционной системы. Он зависит от количества цветов и размеров изображения. Для настройки палитры используют элементы массива структур RGBQUAD, их значения заносят в соответствующие регистры графического адаптера.
Для вывода на экран изображения достаточно считать битовый образ и разместить его в видеопамяти. Для большинства систем, это старшие адреса оперативной памяти, к которой имеется непосредственный доступ.
Таблица 2.2.
Структура BITMAPINFO
№ п/пНазвание поляРазмер, (бит)Описание поляBITMAPINFOHEADER1.biSize32число байт, занимаемых структурой2.biWidth32ширина битового образа в пикселях3.biHeight32высота битового образа в пикселях4.biPlanes16число битовых плоскостей устройства5.biBitCount16число битов на пиксель6.biCompression32тип сжатия7.biSizeImage32размер картинки в байтах8.biXPelsPerMeter32горизонт. разрешение устройства пикс/м9.biYPelsPerMeter32вертик. разрешение устройства, пикс/м10.biClrUsed32число используемых цветов11.biClrImportant32число значимых цветовRGBQUAD13.rgbRed8интенсивность красного14.rgbGreen8интенсивность зеленого15.rgbBlue8интенсивность синего16.rgbRserved8не используется
Фрагмент программы считывания битового образа имеет вид:
// Смещение указателя на начало битового образа
fseek(InStream, bfOffbits, SEEK_SET);
// Считывание битового образа в заданную область памяти
fread(&V, biSizeImage, 1, InStream).
При последующей обработке графической информации (фильтрации, выделении контуров, сжатии