第三节　图像标准

一、像素、分辨率和像素尺寸

像素是组成图像的最基本单元。可以把像素看成是一个极小的方形的颜色块，一个图像通常由许多像素组成，这些像素被排列成横形或纵形，每个像素都是方形的。当用户使用缩放工具将图像放到足够大的时候，就可以看到类似马赛克的效果，其中每一个小方块就是一个像素。像素即数字图像矩阵中的单个元素，其位置决定了在图像中的位置，其大小为灰度图像的灰度值或彩色图像的RGB值。

单位面积内的像素越多，分辨率越高，图像的效果就越好。图像分辨率的单位是像素/英寸，即每英寸所包含的像素数量。如果图像分辨率是72像素/英寸，就是在每英寸长度内包含72个像素。图像分辨率越高，意味着每英寸所包含的像素越多，图像就会有越多的细节，颜色过渡得越平滑。

需要注意的是，通常提到的图像分辨率指图像打印后，在相纸上单位面积内的像素个数。而在医学断层图像中，像素尺寸是图像上两点间测的原始距离（单位为像素个数）与实际代表物体的物理距离（单位为厘米）的比例。两者的参照对象不同，前者为打印相纸，后者为实际物体；应用领域也不同，前者为摄影和相片冲洗行业，后者为医学影像专业。

二、颜色深度

颜色深度是指一幅图像颜色的数量，即储存数字图像矩阵元素的二进制位数。

1位二进制只能保存0或1两个数值，所以又称二值或逻辑图像，图像分割结果通常为1位图像，同时图像的形态学操作也是基于1位图像。16位为216=65 536，可保存65 536个灰阶数值，是DICOM格式图像的储存位数。如果这些灰阶在一幅图像中都显示，人眼将无法分辨，因此显示16位的DICOM格式图像只能选定某一位置（即窗位）的某一小范围（即窗宽）内的灰阶来显示，低于窗宽的所有像素显示为黑色，高于窗宽的所有像素显示为白色。

三、图像文件的色彩模式

常用的色彩模式是RGB、CMYK和Lab。

RGB模式又称RGB色空间。RGB分别代表着3种颜色：R代表红色，G代表绿色，B代表蓝色。红、绿、蓝被称为光的三原色。自然界中绝大部分的可见光谱可以用红、绿和蓝三色光按不同比例和强度的混合来表示。

CMYK色彩模式是一种减色色彩模式，同时也是与RGB模式的根本不同之处。不但我们看物体的颜色时用到了这种减色模式，而且在纸上印刷时应用的也是这种减色模式。CMYK分别代表4种颜色：C代表青色，M代表品红色，Y代表黄色，K代表黑色。

Lab模式是人类视觉的颜色空间。它依照的是视觉唯一的原则，即在色空间内相同的移动量在眼睛看来造成彩色的改变感觉是一样的，是均匀色度空间。Lab色空间是与设备无关的色空间，能产生与各种设备匹配的颜色，如显示器和打印机等的颜色。Lab模式弥补了RGB和CMYK两种色彩模式的不足。并能作为中间色实现各种设备的颜色转换。Lab模式中L表示亮度，a表示色调从绿到红的变化，b表示色调从黄到蓝的变化。L一定为正值；a为正，表示颜色为红色，a为负，表示颜色为绿色；b为正，表示颜色为黄色，b为负，表示颜色为蓝色。

四、图像格式

位图（bitmap），又称光栅图（raster graphics），是使用像素矩阵来表示的图像，每个像素的色彩信息由RGB组合或者灰度值表示。

BMP文件是Microsoft公司所开发的一种交换和存储数据的方法，各个版本的Windows都支持BMP格式的文件。Windows提供了快速、方便的存储和压缩BMP文件的方法。BMP格式的缺点是，要占用较大的存储空间，文件尺寸大。

TIFF（tagged image file format）图像文件是由Aldus和Microsoft公司为桌上出版系统研制开发的一种较为通用的图像文件格式。TIFF是一种非失真的压缩格式（最高2～3倍的压缩比）。这种压缩是文件本身的压缩，即把文件中某些重复的信息采用一种特殊的方式记录，文件可完全还原，能保持原有图颜色和层次，优点是图像质量好，但占用空间大。

JPEG 是 Joint Photographic Experts Group（联合图像专家组）的缩写，是最常用的图像文件格式，由一个软件开发联合会组织制定，是一种有损压缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间，图像中重复或不重要的资料会被丢失，因此容易造成图像数据的损伤。但是JPEG压缩技术十分先进，它用有损压缩方式去除冗余的图像数据，在获得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，换句话说，就是可以用最少的磁盘空间得到较好的图像品质。而且JPEG是一种很灵活的格式，具有调节图像质量的功能，允许用不同的压缩比例对文件进行压缩，支持多种压缩级别，压缩比率通常在10∶1～40∶1之间，压缩比越大，品质就越低；相反地，压缩比越小，品质就越好。JPEG格式压缩的主要是高频信息，对色彩的信息保留较好，适合应用于互联网，可减少图像的传输时间，可以支持24位真彩色，也普遍应用于需要连续色调的图像。

五、DICOM格式

从20世纪90年代初开始，随着计算机技术、通信技术以及网络技术的飞速发展，图像分析和图像处理以及PACS（picture archiving and communication systems）在临床诊断、远程医疗以及医学教学中发挥着越来越重要的作用。而保证PACS成为全开放式系统的重要网络标准和通信协议则是 DICOM3.0（digital imaging and communications in medicine 3.0）。PACS 要解决的技术问题之一是统一各种数字化影像设备的图像数据格式和数据传输标准，DICOM3.0就是一种新的数字成像和通信的标准，只要遵照这个标准就可以通过PACS沟通不同厂家生产的不同种类的数字成像设备。

DICOM格式图像文件是指按照 DICOM 标准而存储的文件。DICOM文件一般由 DICOM文件头和 DICOM数据集合组成。

DICOM 文件头（DICOM file meta information）包含了标识数据集合的相关信息。文件头可以理解为记录有关一幅DICOM格式图像的所有有用信息。比如，一幅DICOM格式的CT图像，文件头中记录了病人姓名、图像大小、层厚、层距和像素分辨率等丰富的临床及图像相关信息。

对于图像的描述，DICOM采用的是位图的方式，如前所述，通常灰度图像以16位储存。DICOM允许用三个矩阵分别表示三个分量，也允许仅用一个矩阵表示整个图像，前者可以用来储存彩色图像，比如我们从PACS系统中看到的重建的三维彩色图像，后者用来储存16位的灰度图像。