Reducción de ruido en Imagen Portal mediante técnicas de Wavelet

Resumo

En esta Tesis se ha estudiado la mejora de la calidad de la imagen portal, siendo el objetivo principal la reducción de ruido. La imagen portal se estudia en el dominio wavelet para comprobar en qué medida se asemejan sus propiedades estadísticas a las encontradas en imagen natural. El mismo estudio llevado a cabo sobre la imagen portal se realiza sobre el ruido de los sistemas de imagen portal. Posteriormente se prueban diversos métodos de reducción de ruido sobre imágenes portales De entre los métodos de reducción de ruido, los que operan en el dominio wavelet son la base del estudio presentado en esta Tesis. Además, dos métodos como el filtro de Wiener y el filtro de medias no locales NLM, que operan en el dominio de la imagen, sirven como referencia con la que comparar a los filtros wavelet. Se encuentra que el ruido de los sistemas de imagen portal tiene una distribución estadística de tipo gausiano, y que su espectro es aproximadamente plano en el caso de uno de los detectores estudiado. Además, el valor medio del ruido no depende del valor de la señal, mientras que la varianza del ruido es aproximadamente proporcional al valor de la misma. La distribución estadística del ruido en el dominio wavelet es gausiana y no se observan las dependencias estadísticas entre los coeficientes wavelet observadas en las imágenes del entorno humano. En este sentido, las funciones densidad de probabilidad conjuntas y condicionadas intra-banda e inter-banda son similares a las obtenidas para el ruido blanco y gausiano. El espectro promedio de un conjunto de imágenes portales tiene una dependencia con la frecuencia espacial f según f-a, con a=3.7. Este comportamiento dista del encontrado para las imágenes del entorno humano, en el que la dependencia era del tipo f-2. Esto supone que, para las imágenes portales, la distribución equitativa de la potencia entre las décadas del espectro no se cumple. Por tanto, la pérdida de contraste en las estructuras al disminuir su tamaño es muy importante. Las funciones densidad de probabilidad marginales, para los coeficientes wavelet de las imágenes portales, se asemejan a las obtenidas para las imágenes del entorno humano. Además, las relaciones estadísticas entre los coeficientes wavelet, en una misma banda o en diferentes bandas, también son similares a las encontradas en las imágenes del entorno humano. En cuanto a la reducción de ruido, todos los métodos wavelet analizados obtienen resultados sensiblemente mejores que el filtro de Wiener adaptativo. De entre los filtros que operan en el dominio wavelet, el método bayesiano BLS-GSM obtiene los mejores valores de PSNR en la mayoría de los casos estudiados. Muy cerca de él se sitúan los filtros de umbralización no diezmada y el filtro SURE, de minimización del estimador insesgado de riesgo de Stein. Los tiempos de cálculo varían considerablemente entre los algoritmos estudiados. Para el BLS-GSM los tiempos oscilan entre los 10s y los 20s. Para el resto de algoritmos wavelet el tiempo de cálculo está condicionado por el tipo de transformación que utilizan, diezmada o no diezmada. Así, el algoritmo de umbralización diezmada emplea unas pocas décimas de segundo, mientras que el algoritmo de umbralización no diezmada emplea unos tiempos aproximadamente 10 veces mayores. Por último, el algoritmo de minimización del SURE, que emplea transformaciones diezmadas, realiza los cálculos en menos de 1s. Otros temas que son objeto de estudio en la presente Tesis son la resolución espacial, el procesamiento wavelet y el procesamiento de la imagen en la dosimetría con película en radioterapia. Así, se estudia la resolución espacial de los sistemas de imagen portal; se presenta un nuevo método para la determinación de la resolución espacial de los equipos de imagen de radiología digital: a partir de las imágenes de un patrón de barras en estrella, se desarrolla un algoritmo de agrupación, promediado y sobremuestreo angular para el cálculo de la función de transferencia de modulación. Los resultados obtenidos se comparan con los del método de referencia, recomendado por la CEI, y se comprueba su mayor inmunidad al ruido; se estudia el cálculo del espectro de potencia en el dominio wavelet; se investiga la reducción de la incertidumbre en la dosimetría con película radiocrómica; se presenta un método para la dosimetría de los campos pequeños de radiación con película radiocrómica; se determina la resolución de señal óptima, en función del nivel de ruido, en el proceso de digitalización de películas y se establece el rango de densidades ópticas útil en función de la incertidumbre en un sistema densitométrico basado en un escáner de sobremesa