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篇(1)

目前，生物醫(yī)學(xué)圖像信息技術(shù)主要包括生物醫(yī)學(xué)圖像傳輸、圖像管理、圖像分析、圖像處理幾方面。這些技術(shù)同以前的圖像技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)都有一定的聯(lián)系，其在涵蓋以往圖像技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的同時(shí)，也具有自身的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的圖像和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)相比，生物醫(yī)學(xué)圖像信息技術(shù)更加強(qiáng)調(diào)在醫(yī)學(xué)圖像信息收集、處理等過程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)。

1.1圖像成像

從本質(zhì)上來看，生物醫(yī)學(xué)圖像成像技術(shù)（下文簡(jiǎn)稱“圖像成像技術(shù)”）與醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的區(qū)別并不大，僅僅是人們更習(xí)慣將其表達(dá)為醫(yī)學(xué)影像。生物醫(yī)學(xué)圖像成像技術(shù)的研究?jī)?nèi)容為：利用染色方法和光學(xué)原理，清晰地表達(dá)出機(jī)體內(nèi)的相關(guān)信息，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢晥D像。圖像成像技術(shù)研究的圖像對(duì)象有：人體的標(biāo)本攝影圖像、觀察手繪圖像、斷層圖像（如ECT、CT、B超、紅外線、X光）、臟器內(nèi)窺鏡圖像、激光共聚焦顯微鏡圖像、活細(xì)胞顯微鏡圖像、熒光顯微鏡圖像、組織細(xì)胞學(xué)光學(xué)顯微鏡圖像、基因芯片、核酸、電泳等顯色信息圖像、納米原子力顯微鏡圖像、超微結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡圖像等等。

圖像成像技術(shù)主要包括2個(gè)部分：現(xiàn)代數(shù)字成像和傳統(tǒng)攝影成像。通常可采用掃描儀、內(nèi)窺鏡數(shù)碼相機(jī)、采集卡、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等進(jìn)行數(shù)字圖像采集；顯微圖像采集則可應(yīng)用光學(xué)顯微鏡成像設(shè)備及超微結(jié)構(gòu)電子顯微鏡成像設(shè)備；特殊光源采集可應(yīng)用超聲成像儀器、核磁共振成像儀器及X光成像設(shè)備。目前，各種醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)的發(fā)展都十分迅速，特別是MRI、CT、X線、超聲圖像等技術(shù)。在醫(yī)學(xué)圖像成像技術(shù)方面，如何提高成像分辨力、成像速度、拓展成像功能，尤其是在生理功能及人體化學(xué)成分檢測(cè)方面，已經(jīng)引起了相關(guān)領(lǐng)域的重視。

1.2圖像處理

生物醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)，是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟硬件對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行數(shù)字化處理后，進(jìn)行數(shù)字圖像采集、存儲(chǔ)、顯示、傳輸、加工等操作的技術(shù)。圖像處理是對(duì)獲取的醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行識(shí)別、分析、解釋、分割、分類、顯示、三維重建等處理，以提取或增強(qiáng)特征信息。目前，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域所應(yīng)用的圖像處理技術(shù)種類較多，統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)、成像技術(shù)知識(shí)、解剖學(xué)知識(shí)、臨床知識(shí)等的圖像處理均得到了較快的發(fā)展。另外，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊處理等技術(shù)也引起了圖像處理研究領(lǐng)域的廣泛重視。

1.3圖像分析及圖像傳輸

生物醫(yī)學(xué)圖像分析技術(shù)，是指測(cè)量和標(biāo)定醫(yī)學(xué)圖像中的感興趣目標(biāo)，以獲取感興趣目標(biāo)的客觀信息，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)描述。通過計(jì)算測(cè)定的圖像數(shù)據(jù)，可揭示機(jī)體功能及形態(tài)，推斷損傷或疾病的性質(zhì)及其與其他組織的關(guān)系，進(jìn)而為臨床診斷、治療提供可靠依據(jù)。生物醫(yī)學(xué)圖像傳輸技術(shù)，是指應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)上開展醫(yī)學(xué)圖像信息的查詢與檢索。通過網(wǎng)上傳輸圖像，在異地間進(jìn)行圖像信息交流，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。同時(shí)，在院內(nèi)通過PACS（數(shù)字醫(yī)學(xué)系統(tǒng)—醫(yī)學(xué)影像存檔與通信系統(tǒng)），也能在醫(yī)院內(nèi)部實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像的網(wǎng)絡(luò)傳遞。

2總結(jié)

篇(2)

關(guān)鍵詞： 法學(xué)基礎(chǔ)理論教育 法律認(rèn)知科學(xué) 實(shí)驗(yàn) 教學(xué)步驟

法學(xué)基礎(chǔ)理論教育是法學(xué)教育的基石，由于其所涉及的理論問題眾多，與其他人文社會(huì)學(xué)科的交叉較多；長期以來，深受哲學(xué)、政治學(xué)、社會(huì)學(xué)和歷史學(xué)的影響；最近一二十年又受到了經(jīng)濟(jì)學(xué)的重大影響，因此，傳統(tǒng)法學(xué)教育以講授、探討為主，后來受到社會(huì)科學(xué)的影響，加入了社會(huì)調(diào)查和經(jīng)濟(jì)分析演算的模式。但是，法學(xué)教育與自然科學(xué)存在一定交叉，也能進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)課程，典型就是犯罪學(xué)、偵查學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)研究。在法律心理學(xué)方面，不僅能夠進(jìn)行法律心理學(xué)的社會(huì)研究，還能夠進(jìn)行生理、心理學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)研究，典型的就是從事“法律與認(rèn)知科學(xué)”交叉問題的實(shí)驗(yàn)研究。本文以“法律認(rèn)知科學(xué)”（法律認(rèn)知心理）實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)法律實(shí)驗(yàn)問題進(jìn)行探討。

法律屬于社會(huì)科學(xué)，作為法律基本理論的法哲學(xué)問題則既屬于社會(huì)科學(xué)問題，又屬于哲學(xué)問題。所以，法哲學(xué)屬于人文社會(huì)科學(xué)。法律認(rèn)知科學(xué)是指運(yùn)用認(rèn)知科學(xué)的一些理論和方法對(duì)法哲學(xué)的基本問題進(jìn)行研究；法律認(rèn)知科學(xué)是運(yùn)用自然科學(xué)的方法研究人文社科的法哲學(xué)問題，其屬于人文社會(huì)科學(xué)與自然科學(xué)的銜接。

與傳統(tǒng)的法哲學(xué)講授、討論的方法不同，法律認(rèn)知科學(xué)也可以采用實(shí)驗(yàn)的教學(xué)研究方法。但是，法律認(rèn)知科學(xué)實(shí)驗(yàn)與自然科學(xué)（醫(yī)學(xué)和生物學(xué)）實(shí)驗(yàn)有本質(zhì)區(qū)別。一般的醫(yī)學(xué)和生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是研究生命體的生理狀況和病變的醫(yī)治問題，而法律認(rèn)知科學(xué)的實(shí)驗(yàn)則是運(yùn)用醫(yī)學(xué)或生物學(xué)的手段，研究法律決策中生理心理過程，研究人文社科問題的生理基礎(chǔ)。

法律認(rèn)知科學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)步驟如下。

一、實(shí)驗(yàn)之前的課程講授

1.相關(guān)法哲學(xué)理論的講授。法哲學(xué)理論的講授，主要是介紹現(xiàn)有的一些法哲學(xué)流派和主要的法哲學(xué)觀點(diǎn)爭(zhēng)議，這為日后提出問題奠定了基礎(chǔ)。法律認(rèn)知科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用生理實(shí)驗(yàn)解決法哲學(xué)問題或者部門法的主要問題，所以人文社科問題是實(shí)驗(yàn)的目的之所在。很多法律認(rèn)知科學(xué)的生理實(shí)驗(yàn)流程大同小異，運(yùn)用的設(shè)備相差無幾，但是其所解決的法哲學(xué)問題卻大相徑庭，所以，相關(guān)的法哲學(xué)理論的基礎(chǔ)必須夯實(shí)，否則實(shí)驗(yàn)就是無的放矢。

為了進(jìn)行“法律認(rèn)知科學(xué)”的實(shí)驗(yàn)，就必須讓學(xué)生選修“法哲學(xué)”、“西方法律思想史”和各個(gè)部分法的法哲學(xué)課程（如“民法哲學(xué)”、“刑法哲學(xué)”、“訴訟法基礎(chǔ)理論”等課程）。為此，我們開設(shè)了“西方法理學(xué)”和“法哲學(xué)”等課程。通過相關(guān)法哲學(xué)課程的講授，并組織學(xué)生對(duì)部分重點(diǎn)問題、爭(zhēng)議問題進(jìn)行詳細(xì)分析，提煉出核心爭(zhēng)議之所在，由此設(shè)想日后可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的粗略方案。這一點(diǎn)也是體現(xiàn)“認(rèn)知研究”與“治療研究”之間的區(qū)別，體現(xiàn)我們研究的人文社科的目的指向（而非一般的自然科學(xué)或醫(yī)學(xué)意義）。此外，我們還為法學(xué)碩士生開設(shè)了“神經(jīng)元法學(xué)”和“法律認(rèn)知科學(xué)”等課程，對(duì)此類問題的探討更為專業(yè)、細(xì)致。

2.聯(lián)系醫(yī)院的醫(yī)生前來講課。由于課程具有跨學(xué)科性質(zhì)，這種課程需要其他學(xué)科的知識(shí)。而本學(xué)科的教師雖然具有一定的跨學(xué)科知識(shí)背景，但畢竟其主導(dǎo)學(xué)科還是法學(xué)或法理學(xué)，在其他學(xué)科方面的學(xué)識(shí)顯然不如這個(gè)領(lǐng)域的專家。所以，邀請(qǐng)其他學(xué)科的教師或研究人員前來授課就顯得很有必要。而對(duì)于法律心理實(shí)驗(yàn)課程而言，這方面主要是請(qǐng)醫(yī)院的醫(yī)生前來上課。這里包含了以下三類，一類是神經(jīng)科專業(yè)的醫(yī)生，其為我們講解腦神經(jīng)系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。部分高學(xué)歷的醫(yī)生由于擁有系統(tǒng)的碩士、博士乃至博士后的教育和科研知識(shí)，甚至還可能從事過“認(rèn)知”領(lǐng)域的生理研究，就能夠從“生理心理學(xué)”的“認(rèn)知”角度為我們講解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案、流程等對(duì)實(shí)驗(yàn)特別有意義的問題。

3.帶領(lǐng)學(xué)生前往實(shí)驗(yàn)室參觀。由于法學(xué)專業(yè)學(xué)生對(duì)工科和醫(yī)科的實(shí)驗(yàn)室一般都比較陌生，如果他們對(duì)醫(yī)療設(shè)備或者醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室沒有相關(guān)的認(rèn)識(shí)，就不可能設(shè)計(jì)出好的實(shí)驗(yàn)方案，因此，非常有必要讓他們參觀實(shí)驗(yàn)室或者醫(yī)療設(shè)備。在參觀的過程中，由醫(yī)務(wù)和實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的講解，其中包括儀器、操作流程和儀器軟件的介紹。老師和學(xué)生甚至可以進(jìn)一步接觸機(jī)器，如進(jìn)入密封的磁共振室，躺入磁共振儀器內(nèi)模擬作為實(shí)驗(yàn)的受試者。這樣，他們能夠親身體會(huì)到躺在儀器內(nèi)接受檢查或?qū)嶒?yàn)者的境況，設(shè)計(jì)出更加切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案。

從事“法律認(rèn)知科學(xué)”實(shí)驗(yàn)的儀器設(shè)備與“醫(yī)學(xué)治療和檢查”的實(shí)驗(yàn)設(shè)備雖然相同，但是依舊存在一些差別。如磁共振機(jī)器，一般醫(yī)學(xué)治療目的進(jìn)行的檢查往往只需要運(yùn)用“1.5T”級(jí)別的機(jī)器；雖然這種級(jí)別的機(jī)器也能運(yùn)用于“法律認(rèn)知科學(xué)”實(shí)驗(yàn)，但是相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)儀器的要求往往更高，通常要求是“3.0T”級(jí)，此級(jí)別儀器在普通醫(yī)學(xué)檢查中的運(yùn)用就比較少；認(rèn)知科學(xué)實(shí)驗(yàn)的磁共振儀器甚至使用到高達(dá)“12T”級(jí)別。

二、帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作

1.通讀實(shí)驗(yàn)報(bào)告。法律認(rèn)知科學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)論文很多，必須進(jìn)行大范圍的選題篩選。粗略篩選之后的論文，由任課教師組織學(xué)生進(jìn)行研讀。研讀的目的有兩個(gè)，一是看看研究現(xiàn)狀，知道他人的研究進(jìn)程、重點(diǎn)、熱點(diǎn)和難點(diǎn)。通過這些研讀，我們就能夠根據(jù)現(xiàn)有的研究進(jìn)度，選擇尚未研究（發(fā)表的）而又可能比較重要的一些問題，這些問題就是日后實(shí)驗(yàn)選題的大致范圍。

二是參考他們的研究手段、流程，對(duì)他們的研究方法進(jìn)行借鑒。現(xiàn)在發(fā)表的論文，一般都會(huì)大致介紹實(shí)驗(yàn)的流程。然而，學(xué)術(shù)論文畢竟不是實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其更多側(cè)重于問題的提出、解決和分析，流程的介紹往往比較粗糙。當(dāng)然，部分學(xué)術(shù)論文也有比較詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)流程，對(duì)此類論文的仔細(xì)研習(xí)，就能對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)生比較大的影響。①

2.對(duì)主題進(jìn)行社會(huì)科學(xué)的探討。在進(jìn)行文獻(xiàn)研讀的基礎(chǔ)上，我們能夠得出大致的可能的研究“主題”，這時(shí)返回法律社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域，以法哲學(xué)的視角重新進(jìn)行審閱，才能更好地獲得“生理心理學(xué)”和“人文社會(huì)科學(xué)”之間的自然銜接。在生理自然科學(xué)領(lǐng)域可能可以從事實(shí)驗(yàn)研究的“主題”，還必須獲得“法哲學(xué)”、“法社會(huì)科學(xué)”上的意義。因?yàn)椋械膯栴}雖然在自然科學(xué)上具有很大的研究?jī)r(jià)值，然而從人文社會(huì)科學(xué)的角度看，其意義可能就會(huì)大打折扣（或者意義就不那么直接）。此類論文的價(jià)值更多是在“治療性”而非“認(rèn)知性”。很多人文社會(huì)科學(xué)（法哲學(xué)）的問題雖然意義重大，但從自然科學(xué)（生理心理學(xué)）的角度看，在現(xiàn)階段卻還缺乏研究該問題的“方法”和“設(shè)備”。所以，必須獲得二者的協(xié)調(diào)和平衡。

主題的選定是法律認(rèn)知科學(xué)實(shí)驗(yàn)的第一個(gè)難點(diǎn)。這個(gè)難點(diǎn)意指“我們要解決什么主題”，其既涉及“什么主題十分重要”，又指“對(duì)該主題的研究到什么程度”，還指“現(xiàn)在已經(jīng)具備研究該主題的手段或方法”。

3.組織實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。從法律認(rèn)知科學(xué)實(shí)驗(yàn)的角度看，組織實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的第一步是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，這是最重要的一步。設(shè)計(jì)何種方案、設(shè)計(jì)何種場(chǎng)景、設(shè)計(jì)何種問題，以及何種音像、問卷材料，都關(guān)系到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)與否。這也是法律認(rèn)知科學(xué)實(shí)驗(yàn)的第二個(gè)難點(diǎn)。我們要設(shè)計(jì)出一些“場(chǎng)景”或者“問題”，讓受試者在這種環(huán)境下能更真實(shí)地思考或者表達(dá)情緒，從而得出比較真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

西方國家在以往的研究中，存在比較巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，例如對(duì)于道德中不公正問題的容忍情況，研究者在最后通牒實(shí)驗(yàn)中，部分受試者拒絕接受不公平的分配方案，這是其情緒化的表現(xiàn)。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下②：19名（方案接受者，“responder”）接受磁共振掃描，共進(jìn)行了30輪游戲，對(duì)手（方案的提出者，“offer”）部分是人，部分是計(jì)算機(jī)。每次都涉及10美元的瓜分。對(duì)手所提出的方案中，一半是公平的（對(duì)半開），剩下的為2次“9比1”，2次“8比2”，1次“7比3”；在這些方案中，方案提出者的分配比例較大，而接受者的比例較小。結(jié)果是，對(duì)于公平的方案，方案接受者都接受了；越不公平的方案，則參與者的接受率越低，“7比3方案”至“對(duì)半開方案”的所有方案（即“5∶ 5”，“6∶ 4”，“7∶ 3”）都被接受了。在“9比1”和“8比2”兩種方案中，如果“方案提出者是人”，則其方案的接受率低于“方案的提出者是計(jì)算機(jī)”。這就意味著方案接受者對(duì)于不公平方案存有情感性反應(yīng)。這種不公平引發(fā)的腦區(qū)為：兩側(cè)前腦島（bilateral anterior insula）、背外側(cè)前額葉皮層（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）、前扣帶回（anterior cingulate cortex）。這證明了兩側(cè)前腦島（bilateral anterior insula）厭惡不公平，作為負(fù)面情感的腦區(qū)，其反映出了對(duì)于不公平方案的厭惡。諸如此類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)非常巧妙，就能夠?yàn)槲覀冞M(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供設(shè)計(jì)上的參考或模仿。

4.進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之后，有必要進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的可實(shí)施程度。這種預(yù)實(shí)驗(yàn)，可以提升實(shí)驗(yàn)者的信心，也可以作為申請(qǐng)相關(guān)課題的依據(jù)。更為重要的是，預(yù)實(shí)驗(yàn)還可以檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的可行性，對(duì)可能出現(xiàn)的問題或缺陷進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?/p>

在預(yù)實(shí)驗(yàn)之后，還必須進(jìn)行志愿者的招募和篩選。

三、實(shí)驗(yàn)操作

實(shí)驗(yàn)操作是實(shí)驗(yàn)的核心狀態(tài)。法律認(rèn)知科學(xué)的實(shí)驗(yàn)流程具有自己的特殊性，其與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)相比通常更簡(jiǎn)單。其運(yùn)用的儀器設(shè)備有核磁共振（FMRI）、眼動(dòng)儀和腦電圖等，其中核磁共振最為典型。該儀器不僅運(yùn)用于醫(yī)學(xué)治療和研究，現(xiàn)在還廣泛運(yùn)用于認(rèn)知科學(xué)的各類研究。核磁共振運(yùn)用于法律認(rèn)知科學(xué)的研究，主要優(yōu)點(diǎn)在于其定位非常準(zhǔn)確（雖然時(shí)間上稍有遲滯）。

由于實(shí)驗(yàn)的磁共振儀器操作是高度專業(yè)化工作（而且機(jī)器極為昂貴），只能由專業(yè)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員進(jìn)行操作，因此法學(xué)教師和學(xué)生不能從事，在此不做詳細(xì)介紹。

四、實(shí)驗(yàn)之后的分析總結(jié)

實(shí)驗(yàn)之后的分析總結(jié)屬于實(shí)驗(yàn)的后期工作，主要是數(shù)據(jù)、圖像分析，以及人文社會(huì)科學(xué)分析總結(jié)。

1.數(shù)據(jù)、圖像分析。數(shù)據(jù)分析具有客觀性，需要專業(yè)的實(shí)驗(yàn)工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖像的分析。法律認(rèn)知科學(xué)實(shí)驗(yàn)主要運(yùn)用核磁共振儀器，對(duì)于腦區(qū)圖像的要求比較高，還需要比較好的核磁共振配套分析軟件，對(duì)此進(jìn)行精細(xì)的分析。此類軟件一般只有磁共振專業(yè)技術(shù)人員才會(huì)使用，由他們進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)圖像分析比較科學(xué)。如果涉及大量的數(shù)據(jù)分析和必須建立數(shù)據(jù)模型，則還需要數(shù)學(xué)專業(yè)人士進(jìn)行相關(guān)的工作。

此外，除了實(shí)驗(yàn)工作人員和數(shù)學(xué)人才外，還需要神經(jīng)科專業(yè)醫(yī)師或者認(rèn)知神經(jīng)學(xué)專家對(duì)此類數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行“認(rèn)知神經(jīng)心理”方面的分析。這種分析就是我們后期進(jìn)行人文社會(huì)分析和理論化的基礎(chǔ)。

2.進(jìn)行相關(guān)的人文社會(huì)科學(xué)分析總結(jié)。與前一步工作的科學(xué)性和客觀性相比，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行人文社會(huì)科學(xué)的分析總結(jié)則具有一定的主觀性質(zhì)。我們需要從已有的數(shù)據(jù)和圖像，根據(jù)我們需要解決的人文社科（法哲學(xué)）主題進(jìn)行解讀。這種解讀是人文社科的解讀，是運(yùn)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像得出人文社科的結(jié)論。所以，一定的主觀性是原有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和人文社科理論基礎(chǔ)的延續(xù)。現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的理論分析，如道德的情感性實(shí)驗(yàn)，就需要根據(jù)道德哲學(xué)理論進(jìn)行分析；“先天犯罪人”問題的實(shí)驗(yàn)，這就需要根據(jù)刑法哲學(xué)理論進(jìn)行相關(guān)探討。

五、注意事項(xiàng)

1.“主題的選定”、“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”和“理論性總結(jié)”這三點(diǎn)是整個(gè)流程的重中之重。這三點(diǎn)工作如果沒有做好，整個(gè)實(shí)驗(yàn)就是失敗的實(shí)驗(yàn)。這三點(diǎn)如果做好了，實(shí)驗(yàn)獲得成功的概率就非常大。

2.法律認(rèn)知科學(xué)的實(shí)驗(yàn)需要人文社會(huì)科學(xué)（法律基礎(chǔ)理論）和醫(yī)學(xué)兩個(gè)大領(lǐng)域（兩大領(lǐng)域內(nèi)還有各個(gè)小專業(yè)）的工作者進(jìn)行跨學(xué)科的合作，尤其需要強(qiáng)烈的團(tuán)隊(duì)合作精神。因?yàn)殡S著知識(shí)分工越來越精細(xì)，知識(shí)總量的迅速膨脹，此類合作需要跨越多個(gè)傳統(tǒng)學(xué)科。一方面，我們跨越的知識(shí)領(lǐng)域非常大，另一方面，在各種細(xì)微領(lǐng)域卻依舊要求保持原有的嚴(yán)謹(jǐn)性（否則就違背科學(xué)的客觀性）。所以，很難有一個(gè)人在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)同時(shí)保有各個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)水平。因此，為了在多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的合作能夠維系原有各個(gè)學(xué)科的嚴(yán)密性，我們只能求助于多學(xué)科專業(yè)人士之間的合作。這是完成此類工作的最佳模式，所以我們必須組建緊密團(tuán)結(jié)的團(tuán)隊(duì)。

注釋：

①在認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域，例如以下論文：M.R.DELGADO,H.M.LOCKE,V.A.STENGER,J.A.FIEZ.Dorsal striatum responses to reward and punishment:Effects of valence and magnitude manipulations.Cognitive,Affective& Behavioral Neuroscience，2003，3（1）：27-38.

②Fiery Cushman,Liane Young,Marc Hauser.The Role of Conscious Reasoning and Intuition in Moral Judgment.PSYCHOLOGICAL SCIENCE，2006，（17）：1082-1089.

篇(3)

【關(guān)鍵詞】 DR醫(yī)學(xué)圖像;變換域;局部增強(qiáng);直方圖均衡;Retinex

Abstract：In order to enhance the image contrast as well as to represent the image details， we propose a new multi-scale contrast enhancement algorithm which separates the low frequency signals and the high frequency signals of the image in logarithmic domain， processes them separately by using HE method and local contrast enhancement. This method integrates HE and local contrast enhancement and finally produces a visually comfortable result image.

Key words：Medical image;Ttransform domain; Local enhancement;Histogram equalization; Retinex

1 引 言

數(shù)字X線攝影(DR)圖像在醫(yī)學(xué)診斷中有著廣泛應(yīng)用，能夠幫助醫(yī)生發(fā)現(xiàn)病灶、提高診斷正確率。但由于人體結(jié)構(gòu)和組織的復(fù)雜性，以及數(shù)字X線成像系統(tǒng)中X線散射、電器噪聲、光量子噪聲等各種不利因素的影響，使得DR圖像成像效果不盡如人意，影響醫(yī)學(xué)診斷的正確性。因此，對(duì)DR圖像進(jìn)行處理是必不可少的。[1]

未經(jīng)處理的DR圖像有如下特點(diǎn)：信息量大，對(duì)比度低，細(xì)節(jié)豐富但湮沒不可分辨。另外，圖像常常伴有較為明顯的椒鹽噪聲。因此，對(duì)于DR圖像的圖像增強(qiáng)算法，要求能夠在提高圖像的動(dòng)態(tài)范圍、增強(qiáng)對(duì)比度的同時(shí)，盡可能抑制噪聲的放大。

直方圖均衡是圖像增強(qiáng)處理最為常用的方法之一，是將給定圖像的直方圖分布映射成為均勻分布的直方圖，從而提高圖像的動(dòng)態(tài)范圍，增強(qiáng)圖像對(duì)比度。但直方圖均衡存在一些缺陷，例如當(dāng)圖像灰度集中于某個(gè)灰度值時(shí)，經(jīng)過直方圖均衡的圖像會(huì)出現(xiàn)“洗白”的效果，見圖1。另外，基于直方圖的圖像增強(qiáng)方法利用的是圖像的灰度統(tǒng)計(jì)信息，并未考慮到圖像灰度在空間上相關(guān)性。

局部對(duì)比度增強(qiáng)方法，能夠顯著提高圖像局部的對(duì)比度，但同時(shí)對(duì)于噪聲有放大作用，且對(duì)全局對(duì)比度的提高沒有顯著作用。

綜合以上考慮，我們提出一個(gè)結(jié)合局部增強(qiáng)和全局直方圖均衡的算法。主要原理是在不同尺度上提取圖像細(xì)節(jié)予以增強(qiáng)[2-3]，并根據(jù)Retinex理論對(duì)圖像照明分量用直方圖均衡方法進(jìn)行處理，最后對(duì)上述高低頻分量進(jìn)行混合，使之在圖像動(dòng)態(tài)范圍得以改善的同時(shí)也能增強(qiáng)局部對(duì)比度，最終得到較好的視覺效果。

2 算法與分析

2.1 Retinex模型

按照Retinex圖像理論[4-5]，一般自然景物的圖像f(i，j)可以用照明函數(shù)I(i，j)和反射函數(shù)R(i，j)的乘積來表示，照明函數(shù)描述景物照明，與景物無關(guān);反射函數(shù)R(i，j)包含景物的細(xì)節(jié)，與照明無關(guān)。基于該模型，定義理想的圖像f(i，j)為：

f(i，j)=R(i，j)×I(i，j)

利用對(duì)數(shù)函數(shù)，可以將兩者分開，同時(shí)也符合人眼主觀亮度近似為客觀亮度的對(duì)數(shù)這一視覺特性。

ln〔f(i，j)〕=ln〔R(i，j)〕+ln〔I(i，j)〕

一般認(rèn)為，照明分量的頻譜落在空間低頻區(qū)域，通常具有變化緩慢的特性;而反射分量的頻譜落在空間高頻區(qū)域，隨著圖像細(xì)節(jié)不同在空間上迅速變化。若物體受到照明度明暗不均時(shí)，圖像上對(duì)應(yīng)照度暗的部分，其細(xì)節(jié)就較難分辨。

2.2 局部增強(qiáng)技術(shù)

醫(yī)學(xué)X光圖像大多存在對(duì)比度不足的缺陷，但僅僅利用全局信息的增強(qiáng)技術(shù)往往不能夠達(dá)到很好的對(duì)比度增強(qiáng)效果。

局部增強(qiáng)技術(shù)是解決該問題的途徑之一。一般認(rèn)為，窗口中心的像素灰階與窗口鄰域中所有的像素灰度值相關(guān)[6]。本研究利用局部窗口中像素灰度均值作為基準(zhǔn)，計(jì)算窗口中心像素灰度與均值的差，并按照一定的拉伸函數(shù)對(duì)差值進(jìn)行拉伸，從而增強(qiáng)局部對(duì)比度。

y(m，n)=u(m，n)+A(x(m，n)-u(m，n));

其中，u(m，n)表示局部均值，A表示增益系數(shù)。增益系數(shù)的選擇對(duì)于圖像處理效果也有較大影響。若選擇常數(shù)作為增益因子，在灰度陡然變化的邊緣部分往往會(huì)出現(xiàn)偽影，且無法控制噪聲的放大。所以，一般將增益因子看成是關(guān)于原始圖像的函數(shù)，找到合適的增益函數(shù)較為困難[7]。

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，我們采用了冪函數(shù)形式的增益函數(shù)y=bxa，見圖2。

圖2 歸一化增益函數(shù)圖像

Fig 2 Normalized gain function figure

通過對(duì)a值的選擇，可以按不同的曲線對(duì)歸一化差值進(jìn)行拉伸。選擇a=0.8的曲線(圖中紅色曲線所示)，使差值較小的部分拉伸幅度較大，而差值較大部分拉伸幅度較小。利用這樣的增益函數(shù)，使許多被湮沒的細(xì)節(jié)得以顯現(xiàn)。

2.3 算法思路與基本步驟

本研究的主要思路，在對(duì)數(shù)域上[8]對(duì)圖像在大、中、小三個(gè)尺度下進(jìn)行高頻/低頻信息的分離，使原圖中各個(gè)尺寸的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)顯現(xiàn)在不同尺度下，并在不同尺度下實(shí)行局部對(duì)比度拉伸，從而凸顯細(xì)節(jié)。

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合Retinex理論，將最大尺寸下分離出的低頻圖像看成是原圖像的照明分量，對(duì)該部分圖像進(jìn)行直方圖均衡，使其有較為均衡的灰度分布。

最后對(duì)各個(gè)尺度下的分量進(jìn)行混合，映射到灰階域。基本步驟如下：

(1)對(duì)圖像進(jìn)行一次中值濾波，旨在消除圖像中明顯的椒鹽噪聲。

(2)利用對(duì)數(shù)變換ln(·)將原圖像x(i，j)轉(zhuǎn)換到對(duì)數(shù)域T(i，j)。

T(i，j)=ln〔x(i，j)+1〕;

(3)在對(duì)數(shù)域上，利用均值濾波器實(shí)現(xiàn)低通濾波，得到圖像的低頻部分。

LPL{T(i，j)｝=1L×L∑i+L2m=i-L2∑j+L2n=j-L2T(m，n)

相應(yīng)的，得到圖像高頻分量：

HPL{T(i，j)｝=T(i，j)-LPL{T(i，j)｝

高頻分量往往體現(xiàn)了圖像的細(xì)節(jié)。考慮到醫(yī)學(xué)DR圖像中信息豐富、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過控制濾波窗口大小，分別在大、中、小三個(gè)尺度上提取圖像細(xì)節(jié)，并按一定增益系數(shù)進(jìn)行局部對(duì)比度增強(qiáng)，以凸顯不同尺度的細(xì)節(jié)。

T′(i，j)=LPL{T(i，j)｝+AL×HPL{T(i，j)｝+

LPM{T(i，j)｝+AM×HPM{T(i，j)｝+

LPS{T(i，j)｝+AS×HPS{T(i，j)｝

(4)結(jié)合Retinex理論，可以將大窗口濾波下的低頻分量看成是濾去圖像細(xì)節(jié)的照明部分，對(duì)這一部分進(jìn)行修正——直方圖均衡，使圖像照明分量有更為均衡的灰度分布，則

T″(i，j)=LP″L+AL×HPL{T(i，j)｝+

LPM{T(i，j)｝+AM×HPM{T(i，j)｝+

LPS{T(i，j)｝+AS×HPS{T(i，j)｝

(5)對(duì)這三通道增強(qiáng)結(jié)果平均，最后利用指數(shù)變換將結(jié)果變換到灰階域，得到最終的增強(qiáng)結(jié)果。

流程見圖3。

圖3 算法整體流程圖

Fig 3 Flow chart of the algorithm

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

圖4所示是人體側(cè)脊DR圖像在不同處理方法下的效果圖。圖4(a)為原始圖像;4(b)為基于直方圖均衡方法處理后的效果圖;4(c)為多尺度的局部增強(qiáng)算法處理后的效果圖;4(d)是本研究論述的算法處理后的效果圖。可以看出，基于直方圖均衡方法處理后的圖像有明顯的動(dòng)態(tài)范圍增大，但細(xì)節(jié)丟失嚴(yán)重，有“洗白”現(xiàn)象發(fā)生，無法清晰看到側(cè)脊形態(tài)和細(xì)節(jié)，不利于醫(yī)生診斷。而圖4(c)中多尺度局部增強(qiáng)算法的使用，明顯增強(qiáng)了圖像局部對(duì)比度，對(duì)于細(xì)節(jié)部分表現(xiàn)良好，但圖像整體偏暗，人工處理痕跡明顯，失去DR圖像真實(shí)感，視覺上有所欠缺。

而圖4(d)，對(duì)比((b)、(c)圖像，可以發(fā)現(xiàn)，本研究論述的方法結(jié)合了直方圖均衡方法和局部增強(qiáng)兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，提高圖像動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)，局部對(duì)比度也顯著提高，凸顯圖像細(xì)節(jié)。

圖4(a)原圖;(b)基于直方圖均衡處理效果圖;(c)多尺度局部對(duì)比度增強(qiáng)效果圖;(d)本文論述算法處理后的效果圖。

Fig 4 (a) Original image; (b) Enhancement result by HE method; (c) Enhancement result by multi-scale local enhancement method; (d) Enhancement result by the proposed method of our article

通過濾波器窗口大小的選擇，可以對(duì)不同尺度細(xì)節(jié)加以提取增強(qiáng)。醫(yī)學(xué)圖像具有其復(fù)雜性，不同部位細(xì)節(jié)尺度不同，應(yīng)對(duì)圖像進(jìn)行分析后，確定細(xì)節(jié)大小，再?zèng)Q定濾波器窗口大小。圖5中胸片(局部)的大中小濾波窗口分別選擇為S=11，M=21，L=121。最大的濾波窗口一般選擇較大尺寸，將該尺度下的濾波后圖像作為照明分量。可以看出，選擇合適的濾波器窗口，可以使不同尺度的細(xì)節(jié)，如胸骨、肺紋理都得到增強(qiáng)。

需要指出的是，窗口越大，均值濾波耗費(fèi)的時(shí)間越長。該算法需要在三個(gè)尺度上進(jìn)行濾波，即使使用了均值濾波的快速算法，依然需要較長時(shí)間，以秒為單位計(jì)。另外，增益函數(shù)的選擇也較為困難，本研究中增益函數(shù)是在多次實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)積累下確定的，不具有自適應(yīng)性。這兩部分需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探究。

圖5(a)為原圖，圖5(b)為用本文方法處理后的圖像。從圖中可以看出不同尺度的細(xì)節(jié)都得到較好的增強(qiáng)。

4 結(jié)論

本研究論述了一種基于人眼視覺特性的多尺度圖像增強(qiáng)方法。在多尺度上進(jìn)行局部增強(qiáng)，并在Retinex理論基礎(chǔ)上，結(jié)合直方圖均衡處理算法對(duì)圖像進(jìn)行處理，處理后的圖像結(jié)合兩種算法的優(yōu)點(diǎn)，有較好的視覺效果，是一種適合于醫(yī)學(xué)DR圖像的增強(qiáng)算法。

參考文獻(xiàn)

[1]楊詞銀.基于人眼視覺特性的數(shù)字X線醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)方法的研究[D].中國科學(xué)院博士學(xué)位論文，2003.

[2]Boccignone， Picariello.Multiscale contrast enhancement of medical images[C].Proceedings of the 1997 IEEE International Conference on Acoustics， Speech and Signal Processing (ICASSP '97).

[3]Eli Peli.Contrast in complex images[J].J Opt Soc Am，1990，(7)：10.

[4]Land E and McCann J.Lightness and the retinex theory[J].J Opt Soc Am，1971，61：1-11.

[5]肖燕峰.基于Retinex理論的圖像增強(qiáng)恢復(fù)算法研究[D].上海交通大學(xué)碩士論文， 2007.

[6]Zeyun Yu and Bajaj C，A fast and adaptive method for image contrast enhancement[C].International Conference on Image Processing， 2004.[7]Go Tanaka， Noriaki Suetake and Eiji Uchino.Image enhancement based on multiple parametric sigmoid functions[C].International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems，2007.

篇(4)

[關(guān)鍵詞]嵌入式系統(tǒng)；數(shù)字圖像處理；技術(shù)探討

現(xiàn)今，伴隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展與用戶需求的逐年提高，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用逐年擴(kuò)大，已經(jīng)逐漸的融入到了國民生產(chǎn)的諸多方面。嵌入式系統(tǒng)具體講，就是一種擁有特定功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合，有效的提高了通信的智能性與靈活性。應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行處理，可以顯著的提高圖像處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、通信等能力，進(jìn)而有效的擴(kuò)大圖像處理技術(shù)的使用范圍，以及對(duì)于不同要求與環(huán)境的適應(yīng)能力。應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行圖像處理，是進(jìn)行圖像處理的新的途徑之一。當(dāng)前圖像處理技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛，涉及儀表檢測(cè)安全、消費(fèi)電子、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，因此圖像處理技術(shù)具有十分廣泛的應(yīng)用前景。

1嵌入式圖像處理系統(tǒng)特點(diǎn)

1）圖像處理系統(tǒng)，具有系統(tǒng)專用的圖形用戶界面，同時(shí)具備運(yùn)行速度快、簡(jiǎn)單易用與功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。2）圖像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立，可以為智能化模式識(shí)別技術(shù)，諸如圖像匹配等提供支持。3）改變了原有的對(duì)待處理圖像的處理策略與算法，可以依據(jù)具體的待處理圖像的不同特點(diǎn)，提供有效的圖像處理算法，進(jìn)而提高圖像處理的效率與速度。4）對(duì)于外部圖像的總線結(jié)構(gòu)與輸入輸出設(shè)備等都是采取專用的設(shè)備，進(jìn)而有效的提高了外部圖像輸入輸出設(shè)備、中央計(jì)算單元的數(shù)據(jù)交換速度。5）改變了原有的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用了嵌入式的專用平臺(tái)，同時(shí)應(yīng)用圖像高速處理器，使圖像處理的速度有效的提高，同時(shí)也提高了圖像處理任務(wù)的實(shí)時(shí)性。

2圖像處理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1嵌入式圖像處理系統(tǒng)

嵌入式圖像處理系統(tǒng)，具體由嵌入式操作系統(tǒng)、圖像處理算法的應(yīng)用軟件與硬件平臺(tái)構(gòu)成。系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖具體如圖1所示。硬件平臺(tái)可以為圖像處理提供顯示、存儲(chǔ)器與計(jì)算支持，主要采用的是MagicARM2410嵌入式開發(fā)平臺(tái)，同時(shí)包括圖像存儲(chǔ)模塊；顯示模塊；通信模塊；嵌入式處理器S3C2410、SDRAM等。

2.2圖像處理過程

嵌入式操作系統(tǒng)，可以為底層硬件提供有效的技術(shù)支持與管理，諸如可以進(jìn)行圖像處理任務(wù)管理；中斷管理；內(nèi)存管理；任務(wù)管理；驅(qū)動(dòng)支持等。首先，在系統(tǒng)啟動(dòng)后，經(jīng)由引導(dǎo)程序啟動(dòng)操作系統(tǒng)，進(jìn)而完成硬件的初始化。其次，經(jīng)由操作系統(tǒng)的任務(wù)管理模塊，進(jìn)行內(nèi)存的分配，同時(shí)將圖像信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的視頻緩沖區(qū)中。第三，經(jīng)由軟件算法，將顯示緩沖區(qū)的圖像信息，寫入到LCD緩沖區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)顯示。第四，通過圖像處理的算法，進(jìn)行圖像的編碼與處理，同時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)。應(yīng)用軟件可以實(shí)現(xiàn)圖像處理算法，其主要是針對(duì)目標(biāo)要求編寫的專用程序。

2.3系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

嵌入式圖像處理可以有效的解決在嵌入式環(huán)境下實(shí)現(xiàn)圖像的處理。具體的主要應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)的方式，將需要系統(tǒng)完成的任務(wù)進(jìn)行功能模塊化的設(shè)計(jì)。在每一個(gè)模塊中，都包含一類圖像處理的操作方法，而且在進(jìn)行執(zhí)行時(shí)都會(huì)調(diào)用對(duì)應(yīng)的算法。系統(tǒng)功能模塊具體如圖2所示，主要分為形態(tài)運(yùn)算；幾何變換；圖像分析；圖像增強(qiáng)。其中圖像增強(qiáng)的模塊具體又包括：灰度變換調(diào)整；直方圖修正法；直方圖等，具體如圖3所示。各大系統(tǒng)模塊的下面都會(huì)細(xì)分圖像的處理操作，其余的三個(gè)模塊的設(shè)計(jì)形式與圖像增強(qiáng)模塊的設(shè)計(jì)具有相似性。

3圖像處理系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

1）在圖像處理系統(tǒng)的內(nèi)部，主要進(jìn)行集成軟件的開發(fā)，對(duì)于用戶而講，可以依據(jù)自己的需求開發(fā)相應(yīng)的圖像處理算法，可以顯著的提高系統(tǒng)的效率。2）圖像處理系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合性逐漸提高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了圖像的遠(yuǎn)程傳輸與采集。3）圖形處理系統(tǒng)的功能不再完全借助PC與多種輔助設(shè)備，而是會(huì)集成在一個(gè)方便使用的電子設(shè)備上。4）伴隨硬件設(shè)備的進(jìn)步，圖像處理系統(tǒng)的性能逐年提高，因而價(jià)格也會(huì)逐年下降。

4結(jié)語

在嵌入式系統(tǒng)的圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，使得圖像處理領(lǐng)域中出現(xiàn)了人機(jī)用戶界面、多種通信模式與網(wǎng)絡(luò)接口的便捷性。圖像處理技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，因此，在未來的發(fā)展道路上，其必然會(huì)朝著網(wǎng)絡(luò)化、便攜性、多任務(wù)與多功能的方向發(fā)展。伴隨著嵌入式操作系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，圖像處理技術(shù)的發(fā)展方向必定會(huì)更加寬廣。

[參考文獻(xiàn)]

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[3]楊永敏.嵌入式圖像處理系統(tǒng)的研制[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.

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篇(5)

關(guān)鍵詞：盲源分離，自然梯度算法，自適應(yīng)步長

 

引言

在科學(xué)研究和工程中，很多觀測(cè)信號(hào)可以看成是不可見的源信號(hào)的混合，這意味著源信號(hào)和傳輸信道都是未知的，僅僅由觀測(cè)信號(hào)對(duì)未知的傳輸信道和源信號(hào)進(jìn)行估計(jì)的問題稱為盲源分離（Blind Signal Separation,BSS），所謂“盲”是指（1）源信號(hào)不可觀測(cè)；（2）混合方式未知。碩士論文，自然梯度算法。BSS技術(shù)是當(dāng)前信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究問題，在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理、軍事雷達(dá)技術(shù)、通信信號(hào)處理中有著廣泛的應(yīng)用[1-3]。碩士論文，自然梯度算法。

在Amari[4]的自然梯度算法中，步長的選擇對(duì)算法的穩(wěn)定性和收斂速度有著非常重要的影響。步長越大，算法的收斂速度就越快，但同時(shí)會(huì)引起算法的穩(wěn)態(tài)失調(diào)；步長越小，算法的穩(wěn)態(tài)誤差就越小，但同時(shí)收斂速度變慢。本文算法在迭代過程中，適時(shí)對(duì)步長進(jìn)行優(yōu)化，使得算法在保證穩(wěn)態(tài)誤差的情況下收斂速度大幅提高。

1 線性混疊盲源分離模型

假設(shè)有n個(gè)相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的未知源信號(hào)，經(jīng)過未知的傳輸信道后獲得m個(gè)觀測(cè)信號(hào),寫成矩陣形式為：

（1）

即，該模型稱為盲源分離的線性混疊模型，稱為混疊矩陣或者傳輸信道，t為時(shí)間指標(biāo)。碩士論文，自然梯度算法。盲源分離的任務(wù)就是在源信號(hào)和傳輸矩陣A均為未知的情況下，僅僅由對(duì)源信號(hào)作出估計(jì)，通過學(xué)習(xí)，尋找一個(gè)滿秩的分離矩陣W使得各分量之間盡可能的獨(dú)立，依此作為對(duì)源信號(hào)的一個(gè)估計(jì)。若全局矩陣[5]的各行各列只有一個(gè)元素接近于1，其余的元素皆接近于0，此時(shí)估計(jì)信號(hào)是源信號(hào)的一個(gè)拷貝。碩士論文，自然梯度算法。

2、Iformax[6]（information maximization）盲源分離算法

Informax算法采用信息傳輸極大準(zhǔn)則，通過調(diào)整分離矩陣使得非線性輸出與網(wǎng)絡(luò)輸入之間的互信息最大：

圖1 Informax 算法原理圖

由信息論知識(shí)：

（2）

邊緣熵： （3）

微分熵： （4）

得到代價(jià)函數(shù)：（5）

與分離矩陣無關(guān)，優(yōu)化代價(jià)函數(shù)為：

（6）

即算法通過調(diào)整通過調(diào)整分離矩陣，使得(5)式極大。

采用自然梯度算法搜索代價(jià)函數(shù)（5）的極值點(diǎn)：

（7）其中： （8）

第個(gè)分量：（9）

稱為激活函數(shù)，是對(duì)源信號(hào)的概率密度函數(shù)的近似估計(jì)。碩士論文，自然梯度算法。

3、改進(jìn)的自適應(yīng)步長算法

在信號(hào)分離的初始階段，由于信號(hào)之間的強(qiáng)相關(guān)性，算法需要使用較大學(xué)習(xí)速率，以加速信號(hào)的分離，到了算法的后期，需要跟蹤分離出來的信號(hào)，同時(shí)還需要捕捉未分離出來的信號(hào)，此時(shí)較小的步長可以滿足需求，以分離出剩余的信號(hào)。碩士論文，自然梯度算法。算法收斂時(shí)滿足：

（10）

計(jì)算過程的迭代式為[4]：

（11）

當(dāng)（9）式成立時(shí)，算法的迭代式滿足：

（12）

由（11）式可以看出，當(dāng)[7]取值較大時(shí)，則信號(hào)分離情況較差，需要較大的步長，算法趨于收斂時(shí)，取值趨于0。所以可以依據(jù)取值大小調(diào)整步長。現(xiàn)有定義如下：

（13） （為源信號(hào)個(gè)數(shù)）（14）

（15）

綜合（10）(11)（12）（13）（15），本文的自適應(yīng)步長算法可以描述為：

（16）

令，設(shè)置小的正數(shù)，當(dāng)時(shí)算法收斂。

4、計(jì)算機(jī)仿真

隨機(jī)選取混合矩陣，兩個(gè)語音信號(hào)為：

圖2：源聲音信號(hào)圖

Fig2:Sourcespeech signal

混合后的信號(hào)圖像為：

圖3：混合聲音信號(hào)

Fig3:Mixture speech signal

還原后的信號(hào)圖像為：

圖4: 還原聲音信號(hào)

Fig4: Recovery speech signal

串音誤差曲線圖[8]為：

圖5：串音誤差曲線圖

Fig5: Crosstalk error

5總結(jié)：

本文在對(duì)自然梯度算法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了算法迭代過程中步長適時(shí)調(diào)整的依據(jù)，在加快算法收斂速度的同時(shí)兼顧穩(wěn)態(tài)誤差，通過計(jì)算機(jī)仿真，本文算法的收斂速度明顯優(yōu)于原算法，且穩(wěn)態(tài)誤差較小。

參考文獻(xiàn)：

[1]張賢達(dá)，保錚.盲信號(hào)分離.[J]電子學(xué)報(bào)，2001，29(12):1766一77.

[2]CardosoJF.Blindsignalseparation:statisticalprinciples.ProceedingofIEEE.[J],86(10):2009-2025,1998.

[3]E.OjaThenonlinearpcalearningruleinindependentcomponentanalysis.[J].NeuroComputing,17(1):25-46,1997.

[4]SAmari.NaturalGradientWorksEfficientlyinLearning.[J].NauralComputation,10,251-276,1998.

[5]CardosoJF.Blindsignalseparation:statisticalprinciples.ProceedingofIEEE.[J],86(10):2009-2025,1998.

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[8]AmariS,CichockiA,YangHH.Anewlearningalgo2rithmsforblindsignalseparateion[J].NeuralInformationProcess2ingSystems,1996,(8):757～763

篇(6)

關(guān)鍵詞：遺傳算法；肝臟CT圖像；圖像分割；閾值

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)04-0864-02

Research on Liver CT Image Segmentation Based on Genetic Algorithm

KONG Xiao-rong1, SHI Yan-xin2, LIU Peng1

(1.Department of Computer Technology，Inner Mongolia Medical College, Huhhot 010059; 2.Department of Mathematics and Physics, Xi'an Technology University, Xi'an 710032, China)

Abstract: Genetic Algorithm (GA) is a global optimization and random search algorithm based on natural selection and genetic mechanism. It is suited to dealing with the tradition searching algorithms which cannot solve difficult and complicated problem. And it have great potentialities. First, this paper discusses fundamental principle and primary features of Genetic Algorithm. And it emphases on image segmentation based on GA. Then applying genetic algorithm to select theproper threshold, and it uses maximum entropy method to process liver CT images by segmentation methods. It obtains the results by segmentation experimentation and analyses the results.

Key words: genetic algorithm; liver CT images; image segmentation; threshold value

遺傳算法(Genetic Algorithm, GA)的基本思想來源于Darwin的生物進(jìn)化論和Mendel的群體遺傳學(xué)，該算法最早是由美國Michigan大學(xué)的John Holland教授于20世紀(jì)70年代創(chuàng)建，之后，遺傳算法的研究引起了國際組織及學(xué)者的關(guān)注。遺傳算法通過模擬生物的遺傳進(jìn)化過程形成一種全局優(yōu)化概率搜索算法，提供了一種求解復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化問題的通用框架，可以不依賴于問題的具體領(lǐng)域[1]。近年來，遺傳算法已被廣泛應(yīng)用于函數(shù)優(yōu)化、組合優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、自動(dòng)控制、人工智能、人工生命、機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像處理和模式識(shí)別等多個(gè)領(lǐng)域，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α１疚闹饕榻B遺傳算法在醫(yī)學(xué)圖像處理方面的應(yīng)用。

1 遺傳算法的基本原理

遺傳算法是模擬生物進(jìn)化和遺傳機(jī)制發(fā)展起來的一種全局優(yōu)化、隨機(jī)、自適應(yīng)搜索算法。它模擬了自然界遺傳過程中的繁殖、和變異現(xiàn)象，依據(jù)適者生存、優(yōu)勝劣汰的進(jìn)化原則，利用遺傳算子（即選擇、交叉和變異）逐代產(chǎn)生優(yōu)選個(gè)體（候選解），最終搜索到適合的個(gè)體。

遺傳算法的運(yùn)算對(duì)象是由N個(gè)個(gè)體所組成的集合，稱為群體。遺傳算法的運(yùn)算過程是一個(gè)群體反復(fù)迭代的過程，這個(gè)群體不斷地經(jīng)過遺傳和進(jìn)化操作，每次按照優(yōu)勝劣汰的進(jìn)化原則將適應(yīng)度較高的個(gè)體以更高的概率遺傳到下一代，這樣最終在群體中將會(huì)得到一個(gè)優(yōu)良的個(gè)體，它將達(dá)到或接近于問題的最優(yōu)解[2]。

遺傳算法的求解步驟如下：

1）編碼：定義搜索空間解的表示到遺傳空間解的表示的映射，兩個(gè)空間的解需一一對(duì)應(yīng)且編碼盡量簡(jiǎn)明。遺傳算法把問題的解也稱為個(gè)體或染色體，個(gè)體通常由字符串表示，字符串的每一位稱為遺傳因子，多個(gè)個(gè)體形成一個(gè)種群。

2）初始化種群 隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)個(gè)體組成一個(gè)種群，此種群代表一些可能解的集合。GA 的任務(wù)是從這些群體出發(fā)，模擬進(jìn)化過程進(jìn)行優(yōu)勝劣汰，最后得出優(yōu)秀的種群和個(gè)體，滿足優(yōu)化的要求。

3）設(shè)計(jì)適應(yīng)度函數(shù)：將種群中的每個(gè)個(gè)體解碼成適合于計(jì)算機(jī)適應(yīng)度函數(shù)的形式，并計(jì)算其適應(yīng)度。

4）選擇：按一定概率從當(dāng)前群體中選出優(yōu)良個(gè)體，作為雙親用于繁殖后代，一些優(yōu)良的個(gè)體遺傳到下一代群體中，適應(yīng)度越高，則選擇概率越大。進(jìn)行選擇的原則是適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)良個(gè)體將有更多繁殖后代的機(jī)會(huì)，從而使優(yōu)良特性得以遺傳。選擇是遺傳算法的關(guān)鍵，它體現(xiàn)了適者生存原則。

5）交叉：交叉操作是遺傳算法中最主要的遺傳操作。對(duì)于選中的用于繁殖的每一對(duì)個(gè)體，隨機(jī)選擇兩個(gè)用于繁殖下一代的個(gè)體的相同位置，在選中的位置實(shí)行交換。交叉體現(xiàn)了信息交換的思想。

6）變異：從群體中選擇一個(gè)個(gè)體，對(duì)于選中的個(gè)體按一定的概率隨機(jī)選擇改變串結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中某個(gè)串的值，即對(duì)某個(gè)串中的基因按突變概率進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。變異模擬了生物進(jìn)化過程中的偶然基因突變現(xiàn)象，遺傳算法中變異發(fā)生的概率很低。對(duì)產(chǎn)生的新一代群體進(jìn)行重新評(píng)價(jià)、選擇、雜交和變異。

7）終止準(zhǔn)則：如此循環(huán)往復(fù)，使群體中最優(yōu)個(gè)體的適應(yīng)度和平均適應(yīng)度不斷提高，直至最優(yōu)個(gè)體的適應(yīng)度滿足某一性能指標(biāo)或規(guī)定的遺傳代數(shù)，迭代過程收斂，算法結(jié)束。

2 遺傳算法在圖像分割處理中的應(yīng)用

在圖像處理中，圖像分割是圖像三維重建的基礎(chǔ)，常用的分割方法包括閾值法、邊緣檢測(cè)法和區(qū)域跟蹤法，其中閾值法是最常用的方法[3]。圖像閾值分割算法是利用圖像中目標(biāo)物體與背景灰度上的差異，根據(jù)圖像灰度值的分布特性把圖像分為不同灰度級(jí)的目標(biāo)區(qū)域和背景區(qū)域，目前已有模糊集法、共生矩陣法、四元樹法、最大類間方差法、最佳直方圖熵法、最小誤差閾值法等多種閾值分割方法。

遺傳算法在圖像分割中的作用是：幫助現(xiàn)存的圖像分割算法在參數(shù)空間內(nèi)搜索參數(shù)，或者在候選的分隔空間內(nèi)搜索最優(yōu)的分隔方案[3]。在參數(shù)空間內(nèi)搜索參數(shù)主要是指利用遺傳算法的全局搜索特性優(yōu)化現(xiàn)有的閾值分割算法，用于幫助確定最佳分割閾值。

3 基于遺傳算法的肝臟CT圖像分割

本文基于遺傳算法選取閾值，采用最大熵原則對(duì)肝臟CT圖像進(jìn)行分割。目的是將圖像的灰度直方圖分成兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的類，使得各類熵的總量最大，根據(jù)信息論，這樣選擇的閾值能獲得的信息量最大[4]。在圖像的灰度直方圖中設(shè)定一個(gè)灰度閾值，可以把圖像分成背景和物體兩類區(qū)域，這是一般的單閾值選擇的情況，而設(shè)定N個(gè)閾值，可以把圖像分成N+1類區(qū)域[4]。

最大熵分割方法步驟為：

用p0,p1,…,pn表示灰度級(jí)的概率分布，如果把閾值設(shè)置在灰度級(jí)s，將獲得兩個(gè)概率分布，一個(gè)包含1到s間的灰度級(jí)，另一個(gè)包含s+1到n間的灰度級(jí)，這兩個(gè)分布如下：

其中，與每一個(gè)分布相關(guān)的熵為：

令: (4)

當(dāng)該函數(shù)取最大值時(shí)即為圖像的最佳分割，用此函數(shù)作為遺傳算法中的適應(yīng)度函數(shù)。通過遺傳算法的設(shè)計(jì)步驟，取得最佳閾值，既而對(duì)人體肝臟中有病灶組織的CT圖像進(jìn)行分割，得到下面分割處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

(a) 原圖 (b) 分割結(jié)果(c)原圖 (d) 分割結(jié)果

圖1 對(duì)有病灶肝臟圖像進(jìn)行分割

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，基于遺傳算法采用最大熵原則，對(duì)人體肝臟CT圖像進(jìn)行分割，能夠使選取的閾值獲得的信息量比較大，從而原始圖像和分割圖像之間的信息量差異最小。因此分割后的圖像效果明顯，具有一定的優(yōu)勢(shì)[5]。

但由于醫(yī)學(xué)圖像的復(fù)雜性和人體的差異性，對(duì)人體同一器官不同狀況的圖像，無法找出一種最為適合的分割方法處理，必須根據(jù)具體情況具體分析，針對(duì)圖像的特點(diǎn)來選取相應(yīng)的分割算法，才能較好地解決問題。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 徐丹霞,郭圣文,吳效明,等. 肝臟CT圖像分割技術(shù)研究進(jìn)展[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2009,30(3):34-36.

篇(7)

“國家優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)生獎(jiǎng)學(xué)金”從2005年設(shè)立至今，已評(píng)選了三屆。該獎(jiǎng)項(xiàng)已經(jīng)成為祖國關(guān)愛自費(fèi)留學(xué)生的知名品牌，受到國內(nèi)外權(quán)威媒體和有關(guān)人士的普遍關(guān)注和廣泛贊譽(yù)。

廣大自費(fèi)留學(xué)生是國家寶貴的人才資源，為了進(jìn)一步加強(qiáng)他們與祖國的聯(lián)系，弘揚(yáng)優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)人員奮力拼搏的精神，本刊從2006年第1期開始，向廣大讀者介紹部分獲獎(jiǎng)?wù)摺Ｍ瑫r(shí)近期我們又開辟了“我的自費(fèi)留學(xué)經(jīng)歷”專題，真誠歡迎更多的自費(fèi)留學(xué)生將你們留學(xué)中的酸甜苦辣與心得寫給我們。

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葉海濤，2003年獲獎(jiǎng)?wù)撸魧W(xué)英國。現(xiàn)任英國倫敦大學(xué)學(xué)院(UCL)納米研究中心博士后研究員，與勞斯萊斯公司(Rolls-Royce plc)合作共同研發(fā)飛機(jī)引擎內(nèi)部的高溫功率放大器。1998年西安交通大學(xué)本科畢業(yè)，曾獲得“好來西”企業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金、首屆美國聯(lián)合科技公司(UTC)容閎科技教育獎(jiǎng)。2000年新加坡南洋理工大學(xué)(NTU)碩士畢業(yè)，獲新加坡Tan Chin Tuan國際交流獎(jiǎng)學(xué)金及李氏基金(Lee Foundation)。2004年英國倫敦大學(xué)博士畢業(yè)，主要專業(yè)方向?yàn)榻饎偸勺訉W(xué)及納米器件2004～2005年被聘為日本電信電話株式會(huì)社國際研究員，從事單晶金剛石場(chǎng)效應(yīng)管的研發(fā)。現(xiàn)已發(fā)表國際期刊論文20多篇及國際會(huì)議論文40多篇，多次應(yīng)邀參加國際學(xué)術(shù)會(huì)議并做大會(huì)專題報(bào)告。在攻讀博士期間，連續(xù)三年榮獲英國大學(xué)校長委員會(huì)頒發(fā)的海外研究生獎(jiǎng)學(xué)金(ORS)、英國EPSRC獎(jiǎng)學(xué)金和香港王寬成獎(jiǎng)學(xué)金(KCWong)，并被吸收為英國材料學(xué)會(huì)(IOM3)(2000年)、英國物理學(xué)會(huì)(10P)(2001年)及英國電子工程師學(xué)會(huì)(IEE)的會(huì)員，(2003年、2006)年當(dāng)選為旅英中國工程師協(xié)會(huì)的理事，并應(yīng)邀成為以色列國家科學(xué)基金委的特約評(píng)審人。

而立之年的葉海濤表示：“一定不會(huì)辜負(fù)祖國的期望，不斷提升和完善自己，腳踏實(shí)地做好每一份工作，心系祖國，愿為祖國的繁榮和發(fā)展貢獻(xiàn)自己的青春和智慧。”

謝向華，2004年獲獎(jiǎng)?wù)撸魧W(xué)英國。2000年畢業(yè)于上海同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，2001年9月赴英國布里斯托爾大學(xué)攻讀計(jì)算機(jī)碩士學(xué)位，一年后順利完成“高級(jí)計(jì)算科學(xué)”課程，并獲得理學(xué)碩士學(xué)位。2003年11月開始在布里斯托爾大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系媒體計(jì)算科研小組攻讀博士學(xué)位，同時(shí)擔(dān)任“研究助理”一職從事科研工作。2006年3月通過博士論文答辯。自2006年2月起，在布里斯托爾大學(xué)計(jì)算機(jī)系做博士后，從事一項(xiàng)由歐盟委員會(huì)(European Commission)資助的旨在開發(fā)幫助盲人和視力嚴(yán)重?fù)p傷的病人與外界交互的計(jì)算機(jī)認(rèn)知系統(tǒng)的研究項(xiàng)目(CASBliP)。其研究主要為立體計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)曲線分割模型，計(jì)算機(jī)材質(zhì)分析，自動(dòng)缺陷識(shí)別和醫(yī)學(xué)圖像。他在計(jì)算機(jī)視覺與圖形處理領(lǐng)域的國際性刊物和國際性學(xué)術(shù)研討會(huì)上以第一作者發(fā)表了10多篇論文。2004年，應(yīng)美國瑪柯尼醫(yī)療系統(tǒng)(Marconi Medical System，Inc．)蘇里博士的邀請(qǐng)，在《醫(yī)學(xué)圖像分析手冊(cè)高級(jí)圖形分割與圖像注冊(cè)模型》一書中撰寫章節(jié)――“區(qū)域支持的幾何彩色動(dòng)態(tài)曲線分割模型”。謝向華現(xiàn)參與《材質(zhì)分析手冊(cè)》一書的編撰工作，該書將于2007年出版。2006年初，他與默曼迪博士的PRINS研究方案得到了英國Levelhulm研究基金會(huì)為期兩年的資助。他現(xiàn)擔(dān)任多個(gè)國際性學(xué)術(shù)期刊的評(píng)委，并是英國“醫(yī)學(xué)圖像分析與認(rèn)知”年會(huì)等多個(gè)國際性學(xué)術(shù)協(xié)會(huì)的會(huì)員。謝向華認(rèn)為，獲得“國家優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)生獎(jiǎng)學(xué)金”是祖國對(duì)自己在海外多年努力學(xué)習(xí)的莫大鼓勵(lì)與肯定，同時(shí)也讓所有海外的莘莘學(xué)子看到祖國對(duì)于他們的重視與厚望。在今后的研究工作中，他將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)尖端技術(shù)，為祖國將來的科技發(fā)展貢獻(xiàn)微薄之力。

姚小軍，2004年獲獎(jiǎng)?wù)撸魧W(xué)法國，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)信息學(xué)。1994年就讀于蘭州大學(xué)化學(xué)系，2002年1月獲“促進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究中法協(xié)會(huì)信息科學(xué)獎(jiǎng)學(xué)金”資助，作為蘭州大學(xué)與巴黎第七大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士生，赴法國留學(xué)，師從法國巴黎第七大學(xué)ITODYS研究所化學(xué)信息學(xué)和分子模型實(shí)驗(yàn)室主任范波濤教授和蘭州大學(xué)胡之德教授。在范教授和胡教授的共同指導(dǎo)下，主要開展了以下兩個(gè)方面的研究：(1)新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法在QSAR／QSPR中的應(yīng)用；(2)計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)。他在國際知名學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表了30余篇論文并被多次引用，所做的工作曾多次在國際會(huì)議上介紹，得到了同行的廣泛好評(píng)。留學(xué)法國期間，曾獲得2002年“法國華人青年企業(yè)家協(xié)會(huì)”教育基金會(huì)第二屆“優(yōu)秀中國留學(xué)人員獎(jiǎng)”和2004年中國國家留學(xué)基金委“國家優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)生獎(jiǎng)學(xué)金”以及2005年“促進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究中法協(xié)會(huì)信息科學(xué)獎(jiǎng)”。2004年12月獲得博士學(xué)位。獲得學(xué)位后，姚小軍響應(yīng)國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略，懷著對(duì)母校的深厚感情，決定回到蘭州大學(xué)，從事教學(xué)和科研工作，為國家的西部大開發(fā)戰(zhàn)略和母校的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。獲獎(jiǎng)后，他深深地感謝國家對(duì)海外留學(xué)生的關(guān)心和支持。他表示將會(huì)繼續(xù)努力，爭(zhēng)取更大的成績(jī)，更好地報(bào)效國家。