Medikal Görüntüler İçin Sinyal İşleme Metotlarını Kullanan İçerik Tabanlı Bir Görüntü Erişim Sistemi

Transkript

1 6th Iteratioal Advaced Techologies Symposium (IATS 11), May 11, Elazığ, Turey Medial Görütüler İçi Siyal İşleme Metotlarıı Kullaa İçeri Tabalı Bir Görütü Erişim Sistemi M. Bayara 1, B. Erge 1 Yazılım Mühedisliği, Fırat Üiversitesi, mbayara@irat.edu.tr Bilgisayar Mühedisliği, Fırat Üiversitesi, berge@irat.edu.tr A Cotet Based Image Retrieval System Usig Sigal Processig Methods For Medical İmages Abstract I this paper, eiciecy o algorithms or cotet based image retrieval system has bee studied ad the success o developed algorithms has bee proved. the studied algorithms belog to wavelet ad gabor ilter techique which have bee eveluated withi the scope o sigal processig methods. these are requetly used techiques ad have eiciet worig perormace. studies i literature ocus o databases similar to brodatz. however, i this paper, methods have bee eperimeted o built biomedical image database ad high accuracy rate results have bee attaied. I costructed image database,there are 1 images i ive dieret category ad methods have bee wored o databases which cosist o dieret types o biomedical images. i coclusio, it has bee observed that gabor ilter has a higher success rate tha wavelet. Keywords Wavelet, CBIR, Gabor, Teture Aalysis 1. GİRİŞ Bilişim düyasıda görselli gü geçtiçe daha azla öem azamatadır. Güümüzde çolu ortam verisi hem işisel hem de urumsal alamda öemli bir yere sahiptir. Artı bilerce resim veya görütüde oluşa verileri urumsal veritabalarıda salaması ve isteildiğide bu verilere güvele ulaşılabilmesi öemli bir bilgisayar düyası problemidir. Gü geçtiçe sayısal görütü olesiyolarıı sayısı hızla artmata ve bu artışa paralel olara da ullaıcıları aradıları sayısal eselere erişimi güçleşmetedir. Gere bireyler ve gerese urumlar görütü arşivlerii oluştururlare erişimde ciddi sııtılarla arşılaşmatadırlar. Görsel bilgi elimelerle taımlaamaya aca sezgisel olara algılaabile bir yapıya sahiptir. Bu edele sayısal eselere erişim durumlarıda meti tabalı bilgide daha azlasıı talep edilmesi açıılmaz olur ve bu durum veri içeriğii değerli bir hale getirir. İşte bu şeilde veri içeriği üzeride bir erişim söz ousu ise bu tür yapılara içeri tabalı erişim sistemi deir (CBIR) [1]. eresi uzlaştığı bir taım mevcut olmasa da bütü araştırmacılar ii otada hemiirdirler. Biricisi: birbirie yaı piseller arasıdai yoğulu düzeyide öemli bir varyasyo vardır; yai çözülme sıırıda homojeli yotur. İicisi: dou görütüü çözülmeside daha büyü ola bazı oumsal geişlilerde homoje bir özellitir. aralic, bu ii otayı yaptığı taımla özetlemiştir: douu aa özelliği, toal ileller belirtilmede asla aaliz edilememesidir. üz gri todai bir yüzey içi yüzey icelediği zama öyle bir ölçü vardır i bu yüzeyi hiç dousu yotur [,3]. Yai çözülme arttıça yüzey aba douda ziyade ice bir dou halii alır. İstatistisel yalaşımlar, douyu bir aladai yoğulu dizilişii icel bir ölçüsü olara taımlar. er dou, ço boyutlu öziteli alaıda bir otayı göstere özellileri öziteli vetörü ile betimleir. İstatistisel yalaşımlar, oumsal ala metotlarıı, siyal işleme metotlarıı ve model tabalı metotları apsar.. SİNYA İŞEME METOTARI Siyal işleme metotları, reas tabalı metotlar olup görsel sistemi model alırlar ve görütüleri, ço sayıda bat geçire iltreli görütülere bölmetedirler. Bu iltreli görütüleri her biri, belli dousal özellilere bezeyece ola bir dizi reas(boyut) ve yöelimi üzeride yoğulu varyasyoları içerirler. Bu çalışmada siyal işleme metotları arasıda algacı öüşümleri ve Gabor yötemi icelemiş ve çalışılmıştır. So yıllarda algacı teorisii gelişimiyle birlite bu metoda arşı özel bir ilgi oluşmuştur. oulu görütüleri sııladırılmasıda ve bölümeside algacı döüşümüe ve gabor iltresie dayaa ço sayıda algoritma öerilmiştir [4]. Bu çalışma apsamıda bu ii yötemle çalışılmış ve yötemleri etiliği ispatlamıştır..1. algacı öüşümü algacılar, veriyi arlı reas bileşelerie ayıra ve sora edi ölçeleriyle eşleştirilmiş bir çözüürlüğe sahip bileşeler üzeride çalışa matematisel osiyolardır. İşareti süresizlilere ve esi, sivri uçlara sahip olduğu izisel durumları icelemede, Fourier metotlarıa göre daha avatajlıdır. algacılar matemati, uatum iziği, eletri mühedisliği ve sismi jeoloji alalarıda bağımsız olara geliştirilmişlerdir. So o yıl içeriside bu alalar arasıdai yer değiştirmeler resim sııştırma, haberleşme, isaı görme gücü ve radar gibi birço yei dalgacı uygulamalarıa yol açmıştır. algacı döüşümü, osiyoları, operatörleri veya veriyi arlı reastai bileşelerie ayıra ve ayrı ayrı her bileşe üzeride çalışmamıza izi vere bir araçtır [5]. () ile gösterile aa dalgacığı öteleip geleşmesiyle elde edile ve aşağıda taımlaa ( ) osiyoları bir birim üme oluştururlar şöyle i; m / m ( ) ( ) (1) Burada m ve tam sayılardır. erhagi bir () siyalii ( ) osiyoları ile çözümlemesi olara taımlaır. ( ) osiyoları birim di bir üme 87

2 M. Bayara, B. Erge oluşturdularıda () siyali içi, sırasıyla, aşağıdai aaliz ve setez ormülleri yazılabilir; c ( ) ( ) d () ( ) c ( ) (3) Aa dalgacı ii aşamada taımlaabilir. Birici aşama aşağıdai ar delemii sağlaya bir ölçeleme osiyou () aa dalgacı ölçeleme osiyou ile ilişiledirilir. Bu iadeler sırasıyla aşağıda verilmiştir; ( ) h( ) ( ) (4) ( ) g( ) ( ) (5) g( ) Burada ( 1) h(1 ). Çözümleme aşamasıda ölçeleme ve aa dalgacı osiyolarıı hesaplaması gerememetedir; h() ve g() osiyolarıı ullaılara döüşüm atsayıları yielemeli olara buluabilir. J- seviyeside bir çözümleme şu şeilde iade edilebilir; ( ) c,, ( ) Görütü Satırlar Kololar Şeil1: Te seviyeli dalgacı aaliz iltre baası A Siyaller sadece alça geçirge batları ullaılması ile piramit yapıda dalgacı döüşümü ile alt batlara ayrıştırılabileceği gibi tüm alt batları ullaa dalgacı paet döüşümü ile de alt batlara ayrıştırılabilir. -boyutlu uzaydai -düzeyli bir dalgacı paet ağaç yapısı Şeil de gösterilmiştir. A hari yalaşığı, hari yatay, hari diey, hari ise öşegesel detayı temsil etmetedir. A AA A A A J ( c J 1, J 1, j1, j1, j ( ) d ( )) (6) Burada c, atsayıları bilimetedir ve j+1 seviyesidei c j +1, ve d j +1, atsayıları, j seviyesidei c j, atsayıları ile şu şeilde ilişilidirler ( j J ); (a) (b) c c h( j 1, j, ) (7) d j 1, d j, g( ) (8) Bu iadeleri siyal işleme yöüde yorumu ise şöyledir: j+1 çözüürlüğüdei c j+1, ve d j+1, atsayılarıı elde edilmesi içi, j çözüürlüğüdei c j, ve d j, atsayılarıı ~ h ( ) ve g ~ ( ) osiyoları ile evriştirilip öre sayısıı ii ere seyreltilmesi geremetedir. Burada ~ h ( ) ve g ~ ( ) osiyoları, sırasıyla alça geçirge dördü iiz ve yüse geçire dördü iiz süzgeçleridir ve aşağıdai şeilde taımlamışlardır; ~ h ( ) h(-) (9) g ~ ( ) g(-) (1) Bu işlemi soucuda her j-seviyesidei çözüürlü içi alça çözüürlüğe sahip c j, atsayıları ve detayları göstere d j, atsayıları elde edilir. Şeil 1 de te boyutlu dalgacı iltreleri ii boyutlu görütüye asıl uyarladığı gösterilmiştir. Görütüü satırları ve sütuları ayrı ayrı alça ve yüse geçire iltrelerde geçirilip, öre sayısı yarıya düşürülür. Böylece görütüü yalaşığı ile detayları elde edilir. Şeil : ayrışımı (a) Te seviyeli ayrışım (b) İi seviyeli ayrışım.. Gabor Yötemi Gabor iltreleri görütü aalizide ullaıla popüler bir araçtır ve bilgisayar görütüsüde yaygı olara ullaılır. Uygulamalar, yüz izleme, yüz ve ese taımlama ve dou aalizii içerir. Gabor iltrelerii ullaımı aa görme merezidei basit hücreleri alıcı alalarıı davraışlarıı göstere öroizial çalışmalarla desteleir i bu da gabor iltreleri taraıda olduça iyi bir şeilde hesaplaır. Buda dolayı da gabor iltreleri, biyoloji olara esileilmiş il görme sistemleride de uygulaır [6]. Gabor iltresi bir görütüde alıa yerel sılı bilgisie ulaşmaya da olaa sağlar. Bütü görütüü global bir reas alaıı temsilii belirleye ourier aalizii asie gabor iltresi uzaysal alada bir souç verere belli reas uşalarıı gücüü ve görütü üzeride her oumdai yöelimleri tahmii olara hesaplar. Gabor iltresii bilgisayar görütüsüde ullaılmasıı dezavatajı yüse hesaplama geretirmesidir. Bir görütüye gabor iltresii uygulama; arlı dalga boyu ve yölerii çeşitli dalgacı çeirdeleride oluşmuş bir dizi gabor dalgacılarıa sahip evrişim içerir. Bu evrişimleri uygulama maliyeti ayrı ayrı belirleere öemli ölçüde azaltılıre toplam hesap buu ullamamızı egelleyece derecede yüsetir. 88

3 Medial Görütüler İçi Siyal İşleme Metotlarıı Kullaa İçeri Tabalı Bir Görütü Erişim Sistemi Freas ve yöelim arateristilerie göre isa görme sistemiyle büyü bezerli göstere Gabor dalgacıları özellile dou betimlemeleri, yüz taıma ve ayırma uygulamalarıda ullaılmatadır. Uzaysal alada boyutlu Gabor süzgeci, φ, Gauss çeirde osiyouu siüs düzlem dalgalarıyla iplemesiyle oluşur: φп (,Ө, γ,ŋ) (,= ep(-( ' + y ' ))ep(j ' ) (11) öre üçü veritabaları oluşturulup yötemler bu üçü veritabaları üzeride deemiştir. Arşivdei imge sayısıı azla olması istediğide armaşılığı artırma ve dolayısıyla oluşturula bezerli sistemii değerledirme souçlarıı doğruluğu açısıda öemlidir. Yötemler regi, şeilsel özellileri, çözüürlülüğü, görüş alaı açısıı ya da aydılatmayı otrol ede özel bir ortam oluşturulmasızı deemiştir. Oluşturduğumuz imge veritabaıda bir esit Şeil 3 de görülmetedir. ' =cos +ysi y ' =-si +ycos (1) Burada siüs düzlem dalgasıı merez reasıı, Gauss dalgasıı saat yöü tersie döüşüü, Gauss dalgasıı büyü esee paralel etliğii, ayı dalgaı dalgaya di ve üçü ese yöüdei etliğii, ve reas ile etli arasıdai oraıı tutma üzere taımlaır. E ullaışlı özitelileri imgede çıarılması içi arlı reaslar ve yöelimler ullaılmatadır:, (,,, u, v u c v 8 ) c (13) u=,,u-1, u v=,,-1, ma u Burada U ölçe sayısıı, yöelim sayısıı göstermetedir. Geellile ma Nyquist teoremie dayaılara.5 seçilir. mi ise biyomedial imgeler içi deeysel souçlarda.1 olara belirlemiştir. Geel beimsemiş değerler ve olara alımatadır. Gabor iltresi ile isa beyii görsel amaçlı özel hücrelerii doğrultuya ve bölgesel reasa arşı hassaslaştığı gösterilmiştir. Gabor iltresi sayısal görütü işleme uygulamalarıda sıça ullaılmatadır. Yaygı olara delem 14 dei ormülle iade edilir. (, g(,.cos[ ( cos ysi )] h e Şeil 3: Oluşturula veri tabaıda öre bir esit. 3.. Bezerli Ölçüt Yötemi İstatistisel değerleri bir dizisi olara elde edile özelli vetörlerii arşılaştırılması açısıda hızlı ve yaygı olara ullaıla ölit uzalığı ullaılmıştır. Ölid uzalıları ümeleme aalizide sıra dışı olabilece yei eseleri elemeside etilemezler. Aca boyutlar arasıdai ölçe arlılıları Ölid uzalılarıı öemli ölçüde etilemetedir. Ölid uzalı ormülü e yaygı olara ullaıla uzalı hesaplama ormülüdür; Uzali(, { ( i y ) } 1/ (15) CBIR sistemleri başarımıı ölçme içi geelde ii temel ölçete aydalaılır. Bular duyarlı ve ama değerleridir [7]. Cevap Kümesidei Sorguya Uygu Görütüler UYARIK h (, g(,.cos[ ( cos ysi )] Cevap Kümesidei ToplamGörütü Sayisı (5.46 i i 1 y g(, ep[ ] (14) 3. MATERYA E SİSTEM 3.1. eritabaı eritabaımızda ullaılma üzere yalaşı olara 85 adet biyomedial imge arşivlemiştir. Arşivimiz Beyi, Aciğer, Kemi, Göz ve Siüs resimleride oluşmatadır. Arşivdei resimler 4 bit deriliğide ve jpeg ormatıdadır. Bu imgelerde çalışmalar sırasıda Cevap Kümesidei Sorguya Uygu Görütüler ANMA Sorguya Uygu ToplamGörütü Sayisı eğerledirmeler, veri tabaıda armaşı bir yapı oluşturaca daha üçü alt bir görütü ümesi üzeride test edilere yapılmıştır. Bu amaçla sorgu görütüleri verilere, sorgu görütüsüe bezer görütüleri buluması istemiştir. aha sorada, bu buluma sayılarıa göre başarım oraları, duyarlılı ve ama değerleri hesaplamıştır. 89

4 M. Bayara, B. Erge 4. UYGUAMA E SONUÇAR Uygulamalarda yötemleri belirlee sorgu resmie(şeil 4) bezer resimler getirmedei başarımları ölçülmüştür. Uygulamalar Matlab ortamıda gerçeleştirile yazılımlar ile deemiş ve souçta bezerli ölçüt yötemi programları ile souçlar elde edilmiştir. algacı öüşümü Ama-uyarlılı Perorması oğru Erişim Yüzdesi algacı öüşümü algacı öüşümü Şeil 7: algacı döüşümü ama-duyarlılı başarımı Şeil 4: Sorgu imgesi 4.1. algacı öüşümü İçi Elde Edile Souçlar Şeil 7 dei grai algacı öüşümü yötemie göre ama ve duyarlılı başarımıı göstermetedir. Erişim değerledirmesi yapıla geri erişimdei doğruluğu bir yüzdesii yasıtmatadır. Yapıla aalizlerde, yuarıda da belirtildiği gibi üç seviyeli bir ayrı dalgacı döüşümü uygulamış ve her seviyedei Eerji ve Stadart Sapma değerleri hesaplamıştı. Graite Eerji, Stadart Sapma ve bu ii değer baz alıara ortalama bir algacı öüşümü geri erişim başarım değeri olara toplam üç değer elde edilmiştir. Burada; 1.Eerji.Stadart Sapma 3.algacı öüşümü Ortalama 4.. Gabor Yötemi İçi Elde Edile Souçlar Şeil 9 yapıla gabor hesaplamalarıa göre elde edile ama-duyarlı erişim başarımıı göstermetedir. esaplamalarda ullaıla sigma ve teta değerleri aşağıda verilmiştir. Şeil 9 dai durumlar içi sigma, ve değerleri şöyledir; 1. Sigma = /, / 3, /1.. Sigma = /, / 3, / Sigma = /, / 3, / Sigma = /, / 3, / Sigma = /, / 3, / Sigma = /, / 3, /1. 7 Şeil 8: Gabor döüşümü soucu elde edile imgeler Şeil 5 : algacı öüşümü Eerji özelliği ile elde edile imgeler GABOR Ama uyarlı Perormas Souçları 1 oğru Erişim(%) GABOR GABOR Şeil 9: Gabor döüşümü ama-duyarlılı başarımı Şeil 6: algacı öüşümü Stadart sapma özelliği ile elde edile imgeler 5.TARTIŞMA Ülemizde de ou ile ilgili bazı çalışmaları yapıldığı bilimele birlite, prati yarar sağlayaca ve soruları çözümüe yol gösterece projelere geresiim duyulmatadır. Görsel bilgi erişimiyle ilgili soruları 9

5 Medial Görütüler İçi Siyal İşleme Metotlarıı Kullaa İçeri Tabalı Bir Görütü Erişim Sistemi üzerie gidilmesi ile ullaıcıları zama ve eme aybı e aza idirgeece ve görsel bilgi ile ilgilee işileri daha verimli çalışabilmelerie olaa taıacatır. Bu çalışmada literatürde prati alamıda araştırma ve uygulama esiliği görüle biyomedial alada çalışılmıştır. Yaygı olara ullaıla Brodatz bezeri hazır bir veritabaı ullamatasa yötemleri, edi oluşturduğumuz bir gerçe veritabaı üzeride deeme ve souçlarıı değerledirme istemiştir. Çalışmada yalızca istatistisel yötemlerle çalışılmış ve dousal özellilerle ilgili istatistii alamda ilgileilmiştir. Yapıla çalışma, tıbbi uygulamalarda ullaılabilece, biyomedial imge veritabaları üzeride içeri tabalı görütü erişim sistemleri matığıa göre çalışabilece bir yazılım içi altyapı oluşturmatadır. Uygulamalarda algacı öüşümü ve Gabor yötemleri ullaılmıştır. Yötemlerde e yüse başarıma sahip yötem Gabor yötemidir. Bu yötem ayı zamada e ısa çalışma zamaıa sahip ola yötemdir. Gelecete çalışmalar daha da detayladırılıp veritabaı içerisie pataloji ve pataloji olmaya imgeler eleere pataloji dou teşhisie yöeli ya da daha spesii olara herhagi bir hastalığı varlığıı teşhisie yöeli çalışmalar yapılabilir. İçeri tabalı görütü erişim sistemlerii yapısı detaylıca icelediğide aa yalaşım olara, dou, şeil ve re özellileri ile ilgilediği söyleebilir. Çalışmada biyomedial bir içeri tabalı erişim sistemi içi dou özitelileri bazıda çalışılmıştır. İlerleye zamada çalışmalar daha da geişletilere diğer özellilerde aaliz edilebilecetir. KAYNAKAR [1]. G. Shapiro, G. C. Stocma, Computer isio. Pretice all Ic., 1. [] C.. Che,. F. Pau, P. S. P Wag, The adboo o Patter Recogitio ad Computer isio. World Scietiic Publishig Co., 199. [3] E. Kula, Aalysis o Tetural Image Features For Cotet Based Retrieval, MS Thesis, Sabacı Uiversity, İstabul,. [4] A. K. Jai, Fudametals o igital Image Processig. Pretice all Ic., [5] Turoğlu, İ., urağa Olmaya İşaretler İçi Zama-Freas Etropilerie ayalı Aıllı Örütü Taıma, otora Tezi, Fırat Üiversitesi, Fe Bilimleri Estitüsü,. [6]. She,. Bai, MutualBoost learig or selectig Gabor eatures or ace recogitio, Patter Recogitio etters, olume 7, Issue 15, November 6, Pages [7] ag, G. ve Ma, Z.M., Teture Feature Etractio ad escriptio Usig Gabor Wavelet i Cotet-Based Medical Image Retrieval, Proc. It. Co. Wavelet Aalysis ad Patter Recogitio, pp , 7. 91