無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)及內(nèi)窺鏡圖像壓縮編碼算法研究.pdf

1、無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)及內(nèi)窺鏡圖像壓縮編碼算法研究重慶大學(xué)博士學(xué)位論文學(xué)生姓名:楊麗指導(dǎo)教師:彭承琳教授專業(yè):生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科門類:工學(xué)重慶大學(xué)生物工程學(xué)院二00八年二月中文摘要摘要無線內(nèi)窺鏡克服了管道式內(nèi)窺鏡的局限，微型攝像膠囊通過吞咽進(jìn)入腸道，可以對(duì)食道、胃、小腸和大腸進(jìn)行特定和非特定位置的圖像拍攝，從而可以對(duì)整個(gè)消化道系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，克服了傳統(tǒng)電子內(nèi)窺鏡只能檢測(cè)胃部及部分腸道的缺陷。開展無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及其圖像相關(guān)方面的研究對(duì)于人類社會(huì)保

2、健普查工作、消化系癥狀與體征病人的診查，具有重要意義和明顯的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。但是，由于圖像的存儲(chǔ)、傳輸以及壓縮算法所產(chǎn)生的圖像質(zhì)量問題使無線內(nèi)窺鏡的推廣實(shí)用受到了很大的影響。無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)采集的圖像本身固有的信息冗余和統(tǒng)計(jì)特性使內(nèi)窺鏡圖像數(shù)據(jù)壓縮成為可能，為圖像壓縮提供了依據(jù)人類視覺特性為進(jìn)一步對(duì)采集到的圖像進(jìn)行壓縮提供了條件?？梢岳蒙鲜鰞蓚€(gè)條件之一對(duì)內(nèi)窺鏡采集到的圖像進(jìn)行有損和無損壓縮，或者綜合利用上述的兩個(gè)依據(jù)對(duì)其進(jìn)行高效的壓縮。

3、具體研究內(nèi)容及主要工作可以概括為以下幾個(gè)方面:①在分析、參考國內(nèi)外相關(guān)無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，確定了本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案以及無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)組成。設(shè)計(jì)了攝像模塊、無線收發(fā)電路以及體外無線收發(fā)存儲(chǔ)系統(tǒng)。②從BP網(wǎng)絡(luò)的模型、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、分類及其學(xué)習(xí)規(guī)則等方面展開討論及深入研究，探討了BP算法以及數(shù)據(jù)壓縮的原理，深入研究它在圖像壓縮中的應(yīng)用及其關(guān)鍵技術(shù)。但是在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)典的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于圖像壓縮存在網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練收斂速度慢、容易陷入局部最小以

4、及全局搜索能力弱的缺點(diǎn)。本文提出基于遺傳算法(GA)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將它用于圖像壓縮，利用了GA能夠在全變量空間以較大概率搜索到全局解和BP算子的各自特點(diǎn)，不僅收斂速度快而且魯棒性好，圖像壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示恢復(fù)圖像的質(zhì)量較高。這也是本文的創(chuàng)新性之一。③本文在系統(tǒng)研究了ANN和多小波的基礎(chǔ)理論知識(shí)，構(gòu)架了一種以多小波變換為基礎(chǔ)的新的圖像壓縮系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，主要采用BP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和Multiwavelct技術(shù)。其中，圖像處理轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr空間

5、，改進(jìn)了多小波變換的預(yù)濾波方法，使得多小波變換后能量更加集中對(duì)多小波變換后的低頻和高頻部分引入了一種新的壓縮編碼方法，即對(duì)圖像低頻部分采用JPEG編碼進(jìn)一步增加其壓縮率而對(duì)于圖像高頻，則采用GA一BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行壓縮編碼，從而獲得更好的壓縮性能。在整個(gè)系統(tǒng)中，最核心部分是多小波混合重構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用，使得圖像壓縮性能優(yōu)于其它的編碼技術(shù)。在三種多小波混合重構(gòu)實(shí)驗(yàn)中，GHM低頻CL高頻的混合重構(gòu)算法用于三種類型圖像(光滑、紋理、中性)壓縮系統(tǒng)，相對(duì)