無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)設(shè)計及內(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入腸道，可以對食道、胃、小腸和大腸進行特定和非特定位置的圖像拍攝，從而可以對整個消化道系統(tǒng)進行檢測，克服了傳統(tǒng)電子內(nèi)窺鏡只能檢測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)方面的研究對于人類社會保

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與經(jīng)濟效益。但是，由于圖像的存儲、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)人類視覺特性為進一步對采集到的圖像進行壓縮提供了條件?？梢岳蒙鲜鰞蓚€條件之一對內(nèi)窺鏡采集到的圖像進行有損和無損壓縮，或者綜合利用上述的兩個依據(jù)對其進行高效的壓縮。

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)計方案以及無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)組成。設(shè)計了攝像模塊、無線收發(fā)電路以及體外無線收發(fā)存儲系統(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。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，不僅收斂速度快而且魯棒性好，圖像壓縮實驗結(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，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，即對圖像低頻部分采用JPEG編碼進一步增加其壓縮率而對于圖像高頻，則采用GA一BP網(wǎng)絡(luò)進行壓縮編碼，從而獲得更好的壓縮性能。在整個系統(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)實驗中，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