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18度灰2的n次方

 溪流园 2019-01-02

你可能会注意到一些超声仪器厂商的广告语讲到:我们的产品的显示灰阶是64,128,256,512或1024,总是2的n次方。还有的厂商宣称他们的仪器采用了10 bit(或者12bit)的储存器,使图像更加细腻、细节显示更为完美巴拉巴拉。

那么这种宣传的这是含义是什么?存储器又是什么东西?bit数目的大小与图像的细腻与否又有什么关系呢?

存储器是所有影像设备,或者说所有的信号处理设备中非常重要的部件。它能够存储二进制的数字信息。对于超声诊断仪来讲,仪器接收到的回声信号是模拟信号,通过仪器的模数转换器后将这些模拟信号转换成数字信号后存在存储器内。图像显示系统则从存储器内调取数字信息后,将对应的数字转变成灰度信息在显示器上显示出来。

图1 超声诊断仪信号处理-显示框图

存储器只能存储二进制的数字信息,存储器的bit数实际上就是指存储器每个点(像素)所能存储的数字的位数。1bit就是说只能存储一位数字,即0和1两个数值;2bit能存储2位数字,对应的十进制数字0,1,2,3四个数字;3bit能够存储十进制数字0~7,8个数值,nbit的存储器能够存储十进制数字0~2n-1,共2n个数值。

图 2 四位二进制的数字只能表示十进制中的0-15共24=16个数值。

(有关二进制和十进制转换的内容,请自行参阅相关的计算机教程)

存储器内的存储的每一个数值对应于一个灰阶值,所谓的灰阶,是将最亮与最暗之间的亮度变化,区分为若干份,每一份就是一个灰阶。比如5bit和8bit存储器能够使用32级灰阶和256级灰阶来表现。

图3 将最亮到最暗分为32个灰阶。用数值0~31来表示。

图4 将最亮到最暗分为256个灰阶。用数值0~255来表示。

所以说,存储器的比特数越多,所能存储的数值越多,所对应的显示的灰阶就越多。这种情况下细微的回声变化就越能够显示出来。

我们用下面的图片感受一下:

图5 1bit 只能显示黑白两个灰阶。

图6 2bit 能显示4个灰阶。

图7 4bit能显示16个灰阶。

图8 5bit 能够显示32个灰阶。

图9 8 bit 能够显示256个灰阶。

人的肉眼大约只能够分辨出40~50个灰阶的差别,再多的灰阶差别依靠肉眼是无法分辨的。所以日常的超声诊断仪的存储器只要具有6bit的存储(64个灰阶)能力就足够用了。这样讲来,高比特数的存储器似乎是没有什么意义了。其实不然,尽管我们肉眼不能够分辨更多的灰阶差别,但是对于计算机来讲却是轻而易举。因此在人工智能(AI)技术蓬勃发展的今天,比特数越高的存储器提供的信息就越丰富,越有利于人工智能对图像的识别和处理。换言之,一个在我们眼中看起来非常均匀的一个结节,在计算机眼中可能是差别非常之大。

所以说,高比特数的存储器可能是未来超声诊断仪的一个发展方向,它或许是未来人工智能(AI)技术发展的一个核心。

计算机人工智能

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