I nte rna t io na l J o urna l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.   4 ,   No .   3 Sep tem b er   201 5 ,   p p .   95 ~ 1 0 2   I SS N:  2252 - 8814          95       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J AAS   Perf o r m a nce  and  Ana ly sis  of Aut o m a tic  De tect io n   o G ro und - G la ss  P a tt ern i Lung  Disea se usi ng  H ig h - R eso luti o n Co m p uted   To m o g ra phy       M .   Ant o   B ennet * ,   G .   Sa n k a B a bu ** ,   S.  M ek a la *** ,   S.  N a t a rj a n * * * * ,   N.   Srini v a s a n * * * * *   * , ** , * * *   De p a rt m e n o f   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   En g in e e ri n g ,   V e lt e c h ,   In d ia   * * * * , * * * * *   De p a rt m e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g in e e ri n g ,   V e lt e c h ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   18 2 0 1 5   R ev i s ed   A u g   18 ,   2 0 1 5   A cc ep ted   A u g   2 7 ,   2 0 1 5       T h is  stu d y   p ro p o se a n   a p p ro a c h   f o a u to m a ti c   d e tec ti o n   o f   G r o u n d   g las s   p a tt e rn ,   a   lu n g   d ise a se ,   f ro m   Co m p u ted   T o m o g ra p h y   (C T )   a n d   Hig h   Re so lu ti o n   Co m p u ted   T o m o g ra p h y   (HRC T sc a n o f   th e   lu n g .   T h e   a lg o rit h m   is  b a se d   o n   f re q u e n c y   sp e c tru m   a n a ly sis  o f   i m a g e   u sin g   G a b o fil ter  b a n k .   G a b o r   f i l te r   b a n k s   a re   u s e d   t o   s u p p o r t   t h e   f r e q u e n c y   e x t ra c t i o n   p r o c e s s .   T h e se   a l g o r i t h m w h e n   a p p l i e d   t o   H RC T   im a g e s   w i l a ss i s t   d o c t o r t o   g a i n   m o r e   i n f o rm a t i o n   t h a n   f r o m   t h e   CT   ima g e s .   T h e   t a s k s   a re   c o m p le t e d   i n   t h r e e   s te p s P r e l i m i n a ry   m a sk   f o rm a t i o n ,   P e r i p h e r a l   m a s k   f o rm a t i o n   a n d   f i n a l ly   p o s p r o c e s s i n g .   By   t h e s e ,   h i g h e r   s e n si t i v i ty   a n d   s e le c t iv i ty   m a y   b e   a c h i e v e d   w i t h   f a s t   p r o c e s s i n g   t im e .   I n   t h e   p o s t   p r o c e s s i n g ,   b i n a ry   n o i s e   re m o v a l   t e c h n i q u e   i s   u s e d   t o   r e m o v e   n o i s e   f r o m   t h e   d e te c t i o n   m a sk .   K ey w o r d :   C h e s t Rad io g r ap h   ( C XR )   C o m p u ted   T o m o g r ap h y   ( C T )   C XR   f i n d in g s   Dis cr ete  W av elet  T r an s f o r m   ( DW T )   Gab o r   f ilter ,   T h r esh o ld   ( T )   Mu lti - Dete cto r   ( MD C T )   Po s t p r o ce s s in g   P r elim i n ar y   m a s k   Co p y rig h ©   201 5   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   M.   An to   B en n et   Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics a n d   C o m m u n icat io n   E n g i n ee r in g ,   V eltec h ,   Av ad i - C h en n ai - 6 0 0 0 6 2 ,   T am i ln ad u ,   I n d ia .   E m ail:  b en n et m ab @ g m ail . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Hig h   R eso l u tio n   C o m p u ter   T o m o g r ap h y   ( HR C T )   is   t h r a d io lo g ical  i m ag i n g   tec h n iq u e   cu r r en t l y   av ailab le  t h at  m o s clo s el y   r e f lect  c h an g e s   in   lu n g   s tr u ct u r e.   I r ep r esen ts   t h r ad io lo g ic al  m et h o d   o f   ch o ice   f o r   th e   d iag n o s tic   w o r k - u p   o f   p atien ts   w it h   k n o w n   o r   s u s p ec ted   d if f u s i n ter s ti tial  l u n g   d is ea s e.   I h a s   clea r l y   b ee n   s h o w n   to   b s u p er io r   to   ch est  r ad io g r ap h y   an d   s ta n d ar d   th ick   s ec tio n   C T   f o r   d etec tin g   an d   clar if y i n g   th e   p atter n   an d   ex ten o f   p ar en c h y m l u n g   d is ea s e.   H R C T   is   ca p ab le  o f   p r o d u cin g   an ato m ic   in f o r m atio n   s i m ilar   to   th at  o b tain ed   f r o m   p at h o lo g ic  ex a m in at io n   o f   l u n g   s ec tio n s .   T h tech n iq u o f   H R C T   w a s   d ev elo p ed   w it h   r elativ el y   s lo w   C T   s ca n n er s ,   w h ic h   d id   n o m a k u s o f   M u lti - Dete cto r   ( MD C T )   tech n o lo g y .   T h p ar am eter o f   s ca n   d u r atio n ,   z - ax is   r eso l u tio n   a n d   co v er ag w er in ter d ep en d en t.  Fo r   co n v e n tio n a ch est  C T   s ca n ,   i n   o r d er   t o   co v er   th ch est  i n   r ea s o n ab le  ti m p er io d ,   it  w a s   n ec ess ar y   to   u s th ick   s ec tio n s   ( e. g . ,   1 0   m m   t h ic k )   in   o r d er   to   en s u r co n ti n u o u s   co v e r ag e.   A s   p er f o r m i n g   co n t ig u o u s   t h i n   s ec tio n s   w o u ld   r eq u ir u n ac ce p tab l y   p r o lo n g ed   s ca n   ti m e,   HR C T   ex a m in at io n   w as t h er e f o r p er f o r m ed   w it h   w id el y   s p ac ed   s ec tio n s .     L o ca lizatio n   b y   H R C T   w as  d ef in ed   as   g r o u n d - g la s s   o p ac ities   a n d /o r   alv eo lar   co n s o lid atio n t h latter   ab n o r m a liti e s   w er co n s id er ed   to   r ef lect  th f i lli n g   o f   th alv eo lar   lu m e n   w it h   b lo o d .   I n   th ab s en ce   o f   alv eo lar   f ill in g ,   is o lated   ca v i t atio n s   a n d /o r   m a s s   w er co n s id er ed   to   b lo ca lizin g   les io n s .   I n ter p r etatio n   o f   th H R C T   f i n d in g s   m u s ta k i n to   co n s id er atio n   p o s s ib le  r e d is tr ib u tio n   o f   b lo o d   to   d ep en d en p o r tio n s   o f   th e   lu n g .   Fo r   th is   r ea s o n ,   w h en   g r o u n d   g las s   o p ac ities   w er p r esen in   b o th   th u p p er   an d   lo w er   lo b es,  a r ea s   w it h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S    Vo l.   4 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 5   :   95     1 0 2   96   m o r e   atte n u at io n   w er co n s id e r ed   th b leed in g   s ite  a n d ,   i n   ca s es o f   h o m o g e n eo u s   at ten u ati o n ,   th e   u p p er   lo b es   w er co n s id er ed   to   b th b le ed in g   s ite.   T h b leed in g   s ite  w a s   d ef i n ed   b y   t h co m b i n ati o n   o f   ab n o r m alitie s   o n   t h H R C T   s ca n   ( g r o u n d - g l ass   o p ac ities   o r   alv eo lar   co n s o lid atio n ,   ca v itatio n s   o r   m as s )   a n d   lo ca lized   ac t i v e   b leed in g   o r   clo t   o r   b r o n ch i al  lesi o n   o n   FOB .   T h HR C T   h as  r ev o lu tio n ized   m ed ici n b ec au s i allo w s   d o cto r s   to   s ee   d is ea s e s   t h at,   in   th e   p ast,  co u ld   o f te n   o n l y   b f o u n d   at  s u r g er y   o r   at  au to p s y .   HR C T   is   n o n i n v asi v e,   s a f a n d   w e ll - to ler ated .   I p r o v id es  h ig h l y   d etailed   lo o k   at  m a n y   d if f er e n p ar ts   o f   t h b o d y .   I f   y o u   ar lo o k i n g   at  s ta n d ar d   x - r a y   i m ag o r   r ad io g r ap h   ( s u c h   as  c h est  x - r a y ) ,   it  ap p ea r s   as  if   y o u   ar e   lo o k in g   th r o u g h   th b o d y .   C T   an d   MRI  ar s im ilar   to   ea ch   o th er ,   b u p r o v id d if f er e n v ie w   o f   th b o d y   th an   an   x - r a y   d o es.  M R I   u s es   m a g n e tic  f ield   an d   r ad io   wav es  to   p r o d u ce   i m ag e s ,   w h il C T   u s es  x - r a y s   to   p r o d u ce   im a g es.  P lain   x - r a y s   ar an   in ex p en s i v e,   q u ick   ex a m   a n d   ar ac cu r ate  at  d iag n o s in g   t h i n g s   s u c h   as   p n eu m o n ia,   ar t h r itis   a n d   f r ac tu r es.  St u d ies  h av s h o w n   t h at  H R C T   ap p ea r s   to   b s u p er io r   to   th C h est   R ad io g r ap h   ( C XR )   f o r   ea r l y   d etec tio n   a n d   ch ar ac ter i s tics   o f   v ar iet y   o f   l u n g   d i s ea s e.   Fu r t h er m o r e,   t h e x ten o f   th e   d is ea s e   in v o l v e m e n i s   s h o w n   m o r ac c u r atel y   o n   HR C T   th u s   r ai s i n g   t h le v e o f   co n f id e n ce   f o r   d iag n o s i s   o f   i n f iltra ti v lu n g   d is ea s e   [ 1 ] .     T h HR C T   h as  also   b ee n   u s e d   to   g u id an d   to   p r o v id in f o r m at io n   r eg ar d in g   an   o p ti m u m   s ite  f o r   o p en   lu n g   s u r g er y .   HR C T   p r o v id es  ad d itio n al  u s e f u i n f o r m atio n   to   t h C X R   an d   d ir ec t l y   i n f lu e n ce   t h e   clin ical   m a n a g e m en t   o f   p ed iatr ic  p atien t s   w it h   p u l m o n ar y   d is ea s e,   esp ec iall y   in   d etec tin g   p o s t - i n f ec t io n   o r   p o s b o n m ar r o w   tr an s p lan t   s eq u elae ,   b r o n ch iecta s i s   a n d   in   ev a lu at in g   p atie n ts   w it h   n o n s p ec i f ic  C XR   f i n d in g s .   Use  o f   th s u b s ec o n d   m u lti s lice  C T   s ca n n er   f o r   H R C T   o f   th ch e s in   c h ild r en   p r o v id es  i m ag e s   o f   d iag n o s t ic  q u alit y   d u to   th s h o r t i m a g i n g   ti m [ 6 ] ,   [ 7 ] .     Gr o u n d   Gla s s   No d u les  ( GGN s )   ar e,   f o r   ex a m p le,   r a d i o g r a p h i c   a p p e ar a n c e s   o f   h a z y   l u n g   o p a c i t ie s   n o t   a s s o c i a t e d   w i t h   a n   o b s c u r a t i o n   o f   u n d e r l y i n g   v e s s e l s .   G G N s   c o m e   i n   t wo   f o r m s ,   p u r e   a n d   m i x e d .   P u r e   G G N s   d o   n o t   co n s i s t   o f   a n y   s o l i d   c o m p o n e n t s ,   w h e r e a s   m i x e d   G G N s   c o n s i s t   o f   s o m e   s o l i d   c o m p o n e n t s .   G G N s   a r e   m o r e   c l e a r l y   s h o wn   i n   H i g h   R e s o l u t i o n   C o m p u t e d   T o m o g r a p h i c   ( H R C T )   i m a g e s   t h a n   p l a i n   r a d i o g r ap h s .   G G Ns   a l s o   a p p e ar   d i f f e r e n t l y   t h a n   s o l i d   n o d u l e s   i n   H R C T   i m a g e s   b e c a u s e   s o l i d   n o d u l e s   h a v e   a   h i g h e r   c o n t r a s t   a n d   w e l l   d e f i n e d   b o u n d a r ie s .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   ap p ea r a n c e   o f   G G N s   i n   H R C T   i m a g e s   i s   a   h i g h l y   s i g n i f i c a n t   f i n d i n g   a s   t h e y   o f t e n   i n d i c a t e   t h e   p r e s e n c e   o f   a n   a c t iv e   a n d   p o t e n t i a l l y   t r e a t a b le   p r o ce s s   s u c h   a s   b r o n c h i o a l v e o l a r   ca r c i n o m a s   o r   i n v a s i v e   a d e n o c a r c i n o m a .   B ec au s GGN s   ar t y p icall y   as s o ciate d   w it h   ac t iv l u n g   d i s ea s e,   t h p r ese n ce   o f   GGN s   o f ten   lead s   to   f u r th er   d ia g n o s t ic  ev alu a tio n ,   in c lu d i n g ,   f o r   ex a m p le,   lu n g   b io p s y .   T h u s ,   co m p u ter - b ased   s eg m e n tatio n   ca n   b o f   ass is ta n ce   to   m ed ical  ex p er ts   f o r   d iag n o s i s   an d   tr ea t m e n o f   ce r ta in   t y p es   o f   lu n g   d is ea s e.   A cc o r d in g l y ,   th er is   n ee d   f o r   s y s te m   a n d   m et h o d   o f   co m p u ter - b ased   s e g m e n tatio n   t h at  ca n   b u s ed   to   ac cu r atel y   a n d   co n s is te n tl y   s eg m e n GG Ns  f o r   q u ick   d iag n o s is .   Fu r t h er m o r e,   t h e x ten o f   t h d i s ea s in v o lv e m en i s   s h o w n   m o r e   ac cu r atel y   o n   H R C T   th u s   r aisi n g   th e   lev el   o f   co n f id e n ce   f o r   d iag n o s i s   o f   in f i ltra tiv e   lu n g   d is ea s e.   T h H R C T   h as  al s o   b ee n   u s ed   to   g u id an d   to   p r o v id in f o r m atio n   r e g ar d in g   an   o p ti m u m   s i te  f o r   o p en   lu n g   s u r g er y .   HR C T   p r o v id es  ad d itio n al  u s ef u in f o r m atio n   to   th C XR   an d   d ir ec tly   i n f lu e n ce   th cli n ical  m an a g e m en o f   p ed iatr ic  p atien ts   w it h   p u l m o n ar y   d is ea s e,   esp ec ial l y   in   d etec tin g   p o s t - i n f ec tio n   o r   p o s b o n m ar r o w   tr an s p lan s eq u elae ,   b r o n ch iec tasi s   an d   in   e v alu at in g   p atien t s   w it h   n o n s p ec i f ic  C X R   f i n d i n g s .   Use  o f   th s u b   s ec o n d   m u lti s lice  C T   s ca n n er   f o r   HR C T   o f   th c h es in   c h il d r en   p r o v id es  i m a g es  o f   d ia g n o s tic  q u alit y   d u to   th s h o r t i m a g i n g   ti m e   [ 1 1 ] .   G a bo f ilte rs:  Gab o r   f i lter s   ca n   s er v as   ex ce l len t   b an d - p ass   f ilter s   f o r   o n e - d i m en s io n al  s ig n al s   ( e. g . ,   s p ee ch ) .   Gab o r   f ilter s   a r i m p le m e n ted   i n   i m ag e   r ep r esen tat io n ,   te x tu r s eg m e n tati o n ,   ed g d etec tio n ,   r e t i n a   i d e n t i f i c a t i o n ,   i m a g e   c o d i n g   a n d   i m a g e   r e t r i e v a l   i n   d e c a d e s .   T h i s   G a b o r   f i l t e r s   a r e   p r e f e r r ed   f o r   m e d i c a l   i m a g e   p r o c e s s i n g   a n d   f o r   s i g n a l   p r o c e s s i n g   a p p l ic a t i o n s   b e c a u s e   o f   t h e i r   s h a r p   c u t o f f s .   S o ,   t h n o i s e   l e v e l   d e c r e a s e s   a s   t h e   c u t o f f   o f   t h e   f i l t e r   s m o o t h e s .   G a b o r   f i l t e r s   a r e   a l s o   l i n e a r   s h i f t   i n v a r i a n t   a n d   o r i e n t a t i o n   s e l ec t i v e   f i l t e r s .   T h i s   c a n   a c h i e v e   t h e   m i n i m u m   r e s t r i c t io n   f o r   s i m u l t a n e o u s   l o c a l i z a t io n   i n   b o t h   s p a t i a l   a n d   f r e q u e n c y   d o m a i n s .   An   a d v a n t a g e   o f   t h e s e   f i l t e r s   i s   t h a t   t h e y   s a t i s f y   t h e   m i n i m u m   s p a c e - b a n d w i d t h   p r o d u c t   p e r   t h e   u n c e r t a i n t y   p r i n c i p l e .   H e n c e ,   th e y   p r o v i d s i m u l t a n e o u s   o p t i m a l   r e s o l u t i o n   i n   b o t h   t h e   s p a c e   a n d   s p a t i a l - f r e q u e n c y   d o m a i n s . A   Gab o r   f il ter   is   a   li n ea r   f ilter   u s ed   i n   i m ag e   p r o ce s s i n g   f o r   ed g d etec tio n .   I t s   i m p u l s r e s p o n s i s   d ef in ed   b y   h ar m o n ic  f u n ctio n   m u ltip lied   b y   Gau s s ia n   f u n ctio n .   B ec au s o f   th m u ltip licatio n - co n v o lu tio n   p r o p er ty   ( C o n v o l u tio n   t h eo r e m ) ,   th Fo u r ier   tr an s f o r m   o f   Gab o r   f ilter s   i m p u ls e   r esp o n s e   is   th co n v o l u tio n   o f   th e   Fo u r ier   tr an s f o r m   o f   t h h ar m o n ic  f u n c t io n   an d   th e   Fo u r ier   tr an s f o r m   o f   t h Ga u s s ian   f u n ctio n .     T h is   f a m il y   o f   f ilter s   is   u s ed   t o   o b tain   p ar ts   o f   th i m a g f r eq u en c y   s p ec tr u m :     22 x xy 22 y 1 G x , y   e x p [ 1 / 2 ( x / ) 2 ( y / ) j2 x U y V ) ]                                                                                                           ( 1 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       P erfo r ma n ce   a n d   A n a lysi s   o f A u to ma tic  Dete ctio n   o f G r o u n d - Gla s s   P a tter n   in   Lu n g   ( M.  A n to   B en n et )   97     W h er e,   x   an d   y   ar th s tan d ar d   d ev iatio n s   o f   t h Ga u s s ia n   f u n ctio n s .   an d   ar t h c en tr f r eq u e n c y   o f   th Gab o r   f il ter .   T h ce n ter   f r eq u en c y   o f   ea c h   f ilter   w a s   s elec ted   t o   c o r r e s p o n d   t o   a   p e a k   i n   t h e   t e x t u r e   p o w e r   s p e c t r u m   a n d   f i l t e r   b an d w i d t h s   a r e   d e t e r m i n e d   b y   t h e   c e n t e r   f r e q u e n c y .   G a b o r   f i l t e r s   a r e   d i r e ct l y   r e l a t e d   t o   G a b o r   w a v e l e t s ,   s i n c e   t h e y   c a n   b e   d e s i g n e d   f o r   n u m b e r   o f   d i l a t io n s   a n d   r o t a t i o n s .           Fig u r 1 .    P r elim i n ar y   m as k   f o r m atio n       Ho w e v er ,   i n   g en er al,   e x p an s io n   i s   n o t a p p lied   f o r   Gab o r   w a v elets,  s in ce   th is   r eq u ir es c o m p u tatio n   o f   b io r th o g o n al  w a v elet s ,   w h ic h   m a y   b v er y   ti m e - co n s u m i n g .   T h er ef o r e,   u s u a ll y ,   f ilter   b an k   co n s is ti n g   o f   Gab o r   f ilter s   w i th   v ar io u s   s ca les  an d   r o tatio n s   i s   cr ea ted .   T h f ilter s   ar co n v o l v ed   w it h   t h s i g n al,   r es u lti n g   in   s o - ca lled   Gab o r   s p ac e.   T h is   p r o ce s s   is   c lo s el y   r elate d   t o   p r o ce s s es  in   th p r i m ar y   v i s u al  co r tex .   Gab o r   f ilter   is   o b tain ed   b y   m o d u lati n g   s i n u s o id   w ith   Ga u s s ian .   Fo r   th ca s o f   o n D i m e n s i o n al  ( 1 D)   s ig n al s ,   a   1 s in u s o id   is   m o d u lated   w it h   Gau s s ian .   T h is   f ilter   w ill  t h er ef o r r esp o n d   to   s o m f r eq u en c y ,   b u o n l y   in   a   lo ca lized   p ar o f   th s ig n a l.  T w o   d i m e n s io n al  Gab o r   f ilter   i s   o b tain ed   b y   co m b i n i n g   t h s ig n a w it h   s i n u s o id .   T w o   d i m e n s io n al  ar w id el y   u s ed   i n   i m ag p r o ce s s in g ,   co m p u ter   v is io n ,   n e u r o s cie n ce   a n d   p s y c h o p h y s ic s .   G   ( x ,   y ,   θ,   φ)   b th f u n c tio n   d e f in i n g   Gab o r   f ilter   ce n ter ed   at  th o r ig in   w i th   θ  as  t h s p ati al  f r eq u e n c y   a n d   φ   as th o r ien tat io n   [2 ] - [ 4 ] .   G a bo f ilte ba n k :   Gab o r   f ilter   b an k   co v er s   all  th w a n ted   f r eq u en c ies  an d   o r ien tat io n s .   T h Gab o r   f u n ctio n s   f o r m   co m p lete  b u t   n o n - o r th o g o n al  b asic set.  T h ter m   G( x , y )   i s   m o d u lat in g   Gau s s ia n :     2 2 2 y 2 ( x ) G x , y e x p   c o s [ 2 ( x / ) ) 2                                                                                          ( 2 )     x   x c o s   y c o s                                                                                     ( 3 )     y   x s i n   y s i n                                                                                      ( 4 )     I n   th is   ab o v ex p r es s io n ,     an d     d en o te  v ar ian ce   o f   th Gau s s ia n   f u n ctio n ,   w a v ele n g t h   o f   t h e   s in u s o id al  f u n ct io n   r esp ec ti v el y .   T h s p atial  a s p ec r atio   o f   th e   Gab o r   f u n ct io n   i s   s p e cif ied   b y     a n d   b y   ch an g i n g   t h is   v al u e,   t h f il ter   o u tp u t   is   v ar ied .   A cc u r a tel y   lo w   p as s   a n d   m an y   h i g h   p ass   f il ter   o u tp u ts   ar e   ex tr ac ted   b y   c h a n g i n g   t h v al u o f   t h is   s p atial  a s p ec r atio .   T h co o r d in ates  ar r o tated   b y     w it h   r esp ec t   to   th x - a x i s .   T h lo s s   o f   in f o r m atio n   ca n   b m i n i m ized   b y   u s i n g   th k n o w led g o f   t h lo ca t io n   a n d   o r ien ta tio n   o f   th i n ter f ac e.   T h asp ec t r atio   is   ch an g ed   b y   t h Gau s s ia n   en v elo p o f   Gab o r   f ilter s .     Wa v eleng t ( λ) :   T h is   is   th e   w a v ele n g t h   o f   t h co s i n f ac t o r   o f   th Gab o r   f i lter   k er n el  a n d   h er e w it h   th p r ef e r r e d   w av e l en g th   o f   th is   f il t e r .   I t s   v a lu e   i s   s p e cif i e d   i n   p i x e l s .   V al i d   v al u e s   a r e   r e al   n u m b e r s   e q u a l   t o   o r   g r e a te r   th an   2 .   T h v alu e   λ   =   2   s h o u l d   n o t   b e   u s e d   in   c o m b in ati o n   w i th   p h as e   o f f s e t   φ  =   - 9 0   o r   φ   =   9 0   b e c au s e   in   t h es e   c as es   th e   G a b o r   f u n ct i o n   i s   s am p l e d   in   i ts   z e r o   c r o s s in g s .   I n   o r d e r   t o   p r e v en t   th e   o c cu r r e n c e   o f   u n d e s i r e d   e f f e ct s   at   th e   im ag e   b o r d e r s ,   th e   w a v e l en g th   v a lu e   s h o u l d   b e   s m a ll e r   th an   o n e   f if th   o f   th e   i n p u t   im ag e   s i z e .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S    Vo l.   4 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 5   :   95     1 0 2   98   O rient a t io ns   ( θ ) :   T h p h ase  o f f s et  φ  i n   t h ar g u m en o f   t h co s in f ac to r   o f   t h Gab o r   f u n ct io n   i s   s p ec if ied   i n   d eg r ee s .   Valid   v al u es a r r ea l n u m b er s   b et w ee n   1 8 0   an d   1 8 0 .   T h v alu es 0   an d   1 8 0   c o r r esp o n d   to   ce n ter   s y m m e tr ic  ce n ter o n   an d   ce n ter o f f   f u n ctio n s ,   r esp ec tiv el y ,   w h ile  9 0   an d   9 0   co r r esp o n d   to   an tis y m m etr ic  f u n ctio n s .   A ll o th er   ca s es c o r r esp o n d   to   as y m m etr ic  f u n ctio n s .   P ha s o f f s et ( s )   ( φ ) :   T h p h as o f f s e φ  in   t h ar g u m e n o f   t h co s in f ac to r   o f   th Gab o r   f u n ctio n   is   s p ec if ied   i n   d e g r ee s .   Valid   v a lu es   ar r ea n u m b er s   b et w ee n   - 1 8 0   an d   1 8 0 .   T h v alu e s   0   a n d   1 8 0   co r r esp o n d   to   ce n ter - s y m m etr ic  ce n ter - o n   a n d   ce n ter - o f f   f u n c tio n s ,   r esp ec tiv el y ,   w h ile  - 9 0   an d   9 0   co r r esp o n d   to   an ti - s y m m etr ic  f u n ctio n s .   A ll o th er   ca s es c o r r esp o n d   to   asy m m etr ic  f u n ctio n s .     A s p e c t   r a t io   ( γ) :   T h i s   p a r am e t e r ,   c a l l e d   m o r e   p r ec i s e l y   t h e   s p a t i a l   a s p e c t   r a t i o ,   s p e c i f i e s   t h e   e l l i p t i c i t y   o f   t h e   s u p p o r t   o f   th e   G a b o r   f u n c t i o n .   F o r   γ   =   1 ,   t h e   s u p p o r t   i s   c i r c u l ar .   F o r   γ < 1   t h e   s u p p o r t   i s   e l o n g a t e d   i n   o r i e n t a t i o n   o f   t h e   p ar a l l e l   s t r ip e s   o f   t h e   f u n c t i o n .   D e f a u l t   v a l u e   i s   γ   =   0 . 5 .     B a nd w idth  ( b):   T h h alf   r es p o n s s p atial  f r eq u e n c y   b a n d w id t h   ( in   o ctav es)  o f   Ga b o r   f ilter   is   r elate d   to   th r atio   σ ,   w h er σ   an d   λ   ar th s tan d ar d   d ev iatio n   o f   th Ga u s s ian   f ac to r   o f   th Gab o r   f u n c tio n   an d   th p r ef er r ed   w a v ele n g t h ,   r esp ec tiv el y .   G ro un g la s s   o pa cit y   di s ea s e:   Gr o u n d - g la s s   r e f er s   to   t h HR C T   ap p ea r an ce   o f   h az y   o p ac ity   th a t   d o es  n o o b s cu r th ass o ciate d   p u l m o n ar y   v ess e ls .   T h is   ap p ea r an ce   r esu lts   f r o m   p ar en ch y m a ab n o r m alitie s   th at  ar b elo w   th s p atial  r eso lu tio n   o f   HR C T .   Gr o u n d - g lass   o p ac it y   ca n   b s ee n   w it h   al v eo lar   w all   in f la m m a tio n   o r   th i c k en in g ,   with   p ar tial a ir - s p ac f illi n g ,   o r   w it h   s o m co m b i n atio n   o f   th t w o .     Gr o u n d   g las s   o p ac it y   is   a   f r eq u en b u n o n s p ec if ic   f in d i n g   o n   h i g h - r eso lu t io n   C T   s ca n s   o f   t h l u n g   p ar en ch y m a.   T h u n d er l y i n g   ab n o r m alit y   is   d iv er s e;  an y   c o n d itio n   th a d ec r ea s e s   th air   co n ten o f   t h l u n g   p ar en ch y m w i th o u t to tall y   o b liter atin g   t h al v eo li c an   p r o d u ce   g r o u n d   g las s   o p ac it y .   T h ese  p r o ce s s es a r n o t   v is ib le  o n   h i g h - r e s o lu tio n   C T   s ca n s .   Ho w e v er ,   in   s p ec if ic  clin ical  s etti n g s ,   t h in f o r m at i o n   p r o v id ed   b y   t h e   h ig h   r e s o lu t io n   C T   is   co n s id e r ab le  w h e n   t h a n ato m ic  d is tr ib u tio n   an d   a s s o ciate d   s tr u c tu r al  ch a n g e s   to   th e   lu n g   p ar en c h y m ar an al y ze d .       T h s o - ca lled   g r o u n d   g lass   p u l m o n ar y   o p ac it y   is   ch ar ac ter iz ed   b y   s li g h t   i n cr ea s i n   lu n g   d en s it y ,   w it h   p er s is te n v is ib ili t y   o f   v asc u lar   s tr u ct u r es  a n d   b r o n ch ial  w all s .   I f   v es s els  ar o b s cu r ed ,   th ter m   co n s o lid atio n   i s   p r ef er r ed .   T h is   k i n d   o f   p u l m o n ar y   o p ac it y ,   w h ic h   m a y   b p atch y   o r   d if f u s e,   w a s   w ell  k n o w n   in   co n v e n tio n al  r ad io lo g y ,   b u h a s   b ee n   r ec en tl y   r e - e v al u at ed ,   f o llo w in g   th e   i n cr ea s i n g l y   w id esp r ea d   u s o f   h ig h   r eso lu t io n   C T   o f     t h l u n g .   Gr o u n d   g lass   o p ac it y   is   c o m m o n l y   o b s er v ed   i n   p atien t s   w it h   ea r l y   d if f u s e   p u l m o n ar y   i n f iltra ti v d is ea s e s .   T h o u g h   n o n - s p ec if ic  in   its el f ,   th e   s i g n   is   al w a y s   v er y   s i g n i f ica n t.  P ar ticu la r l y ,   it  co u ld   r ep r esen a   u s e f u l   s i g n   o f   ac tiv e   an d   tr ea tab le  ab n o r m alit y   i n   s o m d i f f u s e   p u l m o n ar y   d i s ea s es,  s u ch   as id io p ath ic  p u l m o n ar y   f ib r o s is   an d   s ar co id o s is   [ 5 ] .     Gr o u n d   g las s   o p ac it y   i s   o b s er v ed   w h e n   h i s to lo g ical   t h ic k en i n g   o f   t h e   alv eo lar   w alls   an d   s ep tal   in ter s ti tiu m   is   m i n i m al  o r   t h e   alv eo lar   l u m en   is   p ar tiall y   f i lled   w ith   f lu id ,   m ac r o p h ag e s ,   n e u tr o p h ils   o r   th e   a m o r p h o u s   m ater ial.   T h d eg r ee   o f   i n cr ea s ed   l u n g   o p ac it y   i s   n o t   s u f f ic ien t   to   o b s cu r p u l m o n ar y   v ess e ls ,   a s   w o u ld   b th ca s in   tr u c o n s o lid atio n .   Gr o u n d - g las s   o p ac it y   is   p o ten tiall y   r ev er s ib l w it h   ap p r o p r iate   th er ap y ,   i f   th e   u n d er l y i n g   d i s o r d er   is   tr ea ted   ea r l y ,   b ec au s e   n o n o f   t h c h an g es   i n   lu n g   s tr u ct u r ar e   p er m a n e n t.  So m ac ti v b u t   p o ten tiall y   r ev er s ib le  p r o ce s s es  th at   p r o d u ce   g r o u n d - g la s s   o p ac it y   in c lu d e   p u l m o n ar y   ed e m a;  al v eo lar   p r o tein o s is ;   an d   m a n y   ca u s es  o f   al v eo liti s   o r   in ter s titi al   f ib r o s is ,   s ar co id o s is ,   h y p er s e n s i tiv it y   p n eu m o n itis   a n d   ea r l y   r ad iatio n   p n e u m o n iti s .   G r o u n d   g l ass   o p a c i ty   m ay   a ls o   b e   s e e n   as   a   c o n s e q u en c o f   i n c r e as e d   c a p i ll a r y   b l o o d   v o l u m e   i n   r e d i s t r i b u ti o n   o f   b l o o d   f l o w .   A l t h o u g h   it   is   a   n o n   s p e ci f i c   f in d i n g ,   it   c an   s u g g es ts   a   s p e c if i d i a g n o s i s   in   c e r t ain   c l in i c al   c i r cu m s t an c es   o r   i n d i ca t e   a   p o t en t i al ly   t r e at a b l e   d is ea s e .   B ey o n d   th at   i t   is   an   in it i al   a p p e a r a n ce   o f   th d i f f u s e   l u n g   d i s e a s e .   T h e r e f o r e ,   a c c u r a te   d e t e c ti o n   an d   d i f f e r en ti a l   d i ag n o s is   o f   g r o u n d   g l a s s   o p a c i ty   a r im p o r t an t .   T h e   cu r r e n t ly   av a il ab l e   l u n g   d is e as e   d e t ec t i o n   a lg o r i t h m s   a r e   b as e d   o n   s ta t is t ic a l   le a r n in g   [8 ] - [ 1 0 ] .   Sig nifica nce  o f   g ro un g la s s   o pa cit y :   I n   s o m d is ea s e s ,   s u c h   as  id io p ath ic  p u l m o n ar y   f ib r o s i s   ( f ib r o s in g   al v eo liis )   a n d   s ar co id o s is ,   th e   ap p ea r an ce   o f   g r o u n d   g la s s   o p ac it y   co r r elate s   w i t h   s d i s ea s ac ti v it y ,   as  i n d icate d   b y   b io p s y ,   b r o n ch io alv eo lar   la v a g e,   o r   g al liu m   lu n g   s ca n s .   T h e s ar ea s   o f   g r o u n d - g la s s   o p ac it y   h av e   b ee n   s h o w n   to   co r r esp o n d   to   r eg io n s   o f   ac t iv e   alv eo liti s   a n d   p r ec ed ir r ev er s ib le  ch a n g es  s u c h   as   f ib r o s is   a n d   h o n e y - co m b in g .   I h as  b ee n   r ep o r ted   th at  g r o u n d - g la s s   o p ac it y   ca n   b r ec eiv i n g   s ter o id s .   So m au th o r s   b elie v th at  th p r ese n ce   o f   g r o u n d - g las s   o p ac ities   co r r elate s   w it h   d is ea s ac tiv i t y   a n d   th u s   in d icate s   w h ic h   p atie n ts   s h o u ld   r ec ei v e   s ter o id s .   Hi g h   r eso l u tio n   C T ,   th er e f o r e,   s h o u ld   al s o   b u s e d   to   g u id b io p s ies   to   ar ea s   o f   g r o u n d - g lass   o p ac it y   r ath er   th a n   to   f ib r o tic  ar ea s   o f   in ac ti v d is ea s e.   Ana t o m ic  d is t rib utio o f   g ro un g la s s   o pa cit y :   c e n t i l o b u l a r   d i s t r i b u t i o n   i n d i ca t e s   e a r l y   a i r - s p a c e   c o n s o l id a t i o n ,   w h i c h   m a y   b e   d u e   t o   b r o n c h i a l   d i s s e m i n a t i o n   o f   e i t h e r   i n f e c t i o n   o r   b l o o d .   H y p e r s e n s i t i v i t y   p n e u m o n i d   d e s q u a r m a t i v e   i n t e r s t i t i a l   p n e u m o n i t i s   a l s o   c a n   m a n i f e s t   a s   c e n t i l o b u l a r   g r o u n d - g l a s s   o p a c i t y .   T h e   t e r m   a i r - s p a c e   n o d u l e   i s   u s e d   in   c o n v e n t i o n a l   r a d i o g r ap h y   a n d   h i g h   r e s o l u t i o n   C T   t o   d e s cr i b e   p o o r l y   d e f i n e d   n o d u l a r   o p a c i t i e s   r a n g i n g   i n   d i a m e t e r   f r o m   a   f e m i l l i m e t e r s   t o   1   c m .   Ai r - s p a c e   n o d u l e s   r e p r e s e n t   p er i b r o n c h i o l a r   a r e a s   o f   a i r - s p a ce   c o n s o l i d a t io n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       P erfo r ma n ce   a n d   A n a lysi s   o f A u to ma tic  Dete ctio n   o f G r o u n d - Gla s s   P a tter n   in   Lu n g   ( M.  A n to   B en n et )   99     A   p an   lo b u lar   d is tr ib u tio n   o f   g r o u n d - g lass   o p ac it y   ca n   s h ar p ly   d e m ar ca te  d is ea s ed   s ec o n d ar y   p u l m o n ar y   lo b u le  f r o m   u n af f ec ted ,   n o r m all y   ae r ated   n e i g h b o r in g   p ar en c h y m a.   T h b o u n d ar ies  b et w ee n   n o r m al  a n d   ab n o r m a ar ea s   will  b in d i s ti n ct  i f   o n l y   p o r tio n s   o f   s ec o n d ar y   p u l m o n ar y   lo b u le  ar d is ea s e s .   W h en   g r o u n d - g lass   o p ac it y   is   f o u n d   to   in v o l v lar g ar ea ,   eith er   in   p atc h y   o r   h o m o g e n o u s ,   lo b ar   p atter n ,   m an y   d ia g n o s es   ca n   b ex c lu d ed ,   b ec au s t h o s d i s ea s es   u s u all y   p r o g r es s   to   co m p lete  co n s o lid atio n .   P o s s ib le  d iag n o s e s   in c lu d al v eo lar   p r o tein o s is ,   d u g   to x icit y ,   liq u id   p n eu m o n ia,   s ar co id o s is   a n d   p n eu m o c y s ti s   ca r in ii   p n eu m o n ia.   R eso lv in g   p n e u m o n ia  o r   h e m o r r h a g also   m a n y   m an i f e s t a s   g r o u n d - g lass   o p a cit y .     G ro un d g la s s   det ec t io m a s kin g :   P re li m ina ry   m a s f o r m a t io n:  I n   th i s   p r eli m i n ar y   m a s k   f o r m at io n ,   t h f i lter s   o u tp u t   ar ex tr ac ted   f r o m   t h Gab o r   f ilter   b an k .   L o w   p as s   f ilter   is   o n l y   allo w ed   th lo ca a v er ag e   in ten s it y   i n f o r m atio n .   B y   t h f o llo w in g   f o r m ,   th lo w er   f r eq u en c y   s p ec tr u m   i s   ex tr ac ted   f r o m   Gab o r   f i lter s .     2 2 2 xy G   x , y     e x p [ 1 / 2 ( ( x y ) / ] 2                                                                                                    ( 5 )     I n   lo w   p as s   f i lter in g   all  r eg io n s   ar u n ab le  to   b d if f er en tia ted   b u th h i g h   p ass   f ilter s   s u cc es s f u ll y   f ilter   o u i n cr ea s ed   o p ac ity   p atter n s .   B ec au s Gab o r   f ilter s   ar b an d   p ass   f ilter s   it  is   u s ed   to   s ep ar ate  th i m a g es  o f   lo w   a n d   h ig h   f r eq u en cie s .   T h e y   al s o   p ick   u p   l ar g n o d u le s .   T h is   ap p ea r s   as  lar g b r ig h b lo b s   w h ic h   ar s i m ilar   to   r ec ta n g u lar   p u l s es.   T h e y   ca n n o t   b f ilter ed   o u t   b ec au s it   h a s   la r g s i n f r eq u e n c y   s p ec tr u m .   A lt h o u g h   in   th e   lo w   p as s   f ilter   o u tp u n o d u les  ap p ea r   an d   it  ca n   b e asil y   d is ca r d ed   b y   th r es h o ld in g .     T h p r o ce s s   o f   th r esh o ld in g   is   ap p lied   to   th im a g es  o f   d if f e r en f r eq u e n cies  an d   th an d   o p er atio n   is   p er f o r m ed   o n   t h i m a g es  to   o b tain   th p r eli m i n ar y   m as k ,   b u s t ill  t h i m ag e s   ar n o clea r ,   it  is   ac co m p an ied   b y   s o m n o is e.   So   b in ar y   n o is r em o v al  tec h n iq u is   u s ed   in   th n e x t sect io n   to   r e m o v n o is e.     Ste ps   inv o lv ed:   T hres ho ldi ng :   P ar titi o n i n g   i m ag e s   d ir ec tl y   i n to   i m a g es   b ased   o n   i n te n s i t y   v al u e s   a n d   /o r   p r o p er ties   o f   th ese  v alu e s   is   ca lled   th r e s h o ld in g .   Du r i n g   th t h r es h o ld in g   p r o ce s s ,   in d i v id u al  p ix e ls   in   an   i m a g ar e   m ar k ed   a s   o b j ec t”  p ix els  i f   th eir   v al u i s   g r ea ter   th a n   s o m e   t h r esh o ld   v al u ( as s u m i n g   an   o b j ec to   b e   b r ig h ter   t h an   t h b ac k g r o u n d )   an d   as  b ac k g r o u n d ”  p ix els  o th er w is e.   T h is   co n v e n tio n   is   k n o w n   a s   th r e s h o ld   ab o v e.   Var ian ts   i n clu d t h r es h o ld   b elo w ,   w h ic h   i s   o p p o s ite  o f   t h r es h o ld   ab o v e;  t h r esh o ld   in s id e,   w h er a   p ix el  is   lab eled   "o b j ec t "   if   its   v alu i s   b et w ee n   t w o   t h r es h o l d s an d   th r esh o ld   o u ts id e,   w h i ch   is   th o p p o s ite  o f   th r es h o ld   in s id T y p icall y ,   a n   o b j ec p ix el  is   g iv e n   a   v al u o f   1 ”  w h ile  b ac k g r o u n d   p i x el  i s   g iv e n   a   v al u e   o f   0 . ”  Fi n all y ,   b in ar y   i m a g e   is   cr ea ted   b y   co lo r in g   ea ch   p i x el  w h ite  o r   b lack ,   d ep en d in g   o n   p ix el‟ s   lab el.   Ada ptiv t hresh o ldi ng :   T h r e s h o ld in g   i s   ca lled   ad ap tiv t h r esh o ld in g   w h en   d i f f er en t h r es h o ld   is   u s ed   f o r   d if f er en r e g io n s   in   t h i m a g e.   T h is   m a y   also   b k n o w n   as  lo ca o r   d y n a m ic  t h r esh o ld in g .   T h k e y   p ar am eter   i n   th t h r es h o ld in g   p r o ce s s   is   th ch o ice  o f   t h e   th r esh o ld   v a lu e.   Se v er al  d if f er en m et h o d s   f o r   ch o o s in g   t h r esh o l d   ex is t;  u s er s   ca n   m a n u al l y   c h o o s th r es h o ld   v alu e,   o r   th r es h o l d in g   al g o r ith m   ca n   co m p u te  v al u a u to m atica ll y ,   w h ic h   is   k n o w n   as  a u to m a tic   th r es h o ld in g .   A   s i m p le  m eth o d   w o u ld   b to   ch o o s th m ea n   o r   m ed ia n   v alu e,   t h r atio n ale  b ei n g   th at  i f   th o b j e ct  p ix els  ar b r ig h ter   th a n   t h e   b ac k g r o u n d ,   th e y   s h o u ld   also   b b r ig h ter   t h an   th a v er a g e.   I n   n o is eles s   i m a g w it h   u n if o r m   b ac k g r o u n d   a n d   o b j ec v alu e s ,   t h m ea n   o r   m ed ian   w ill   w o r k   w el as  th t h r es h o ld ,   h o w ev er ,   t h is   w ill   g en er all y   n o b t h ca s e.   A   m o r s o p h is ticated   ap p r o ac h   m i g h b to   cr ea te   h is to g r a m   o f   t h i m a g p ix el  i n t en s it ies  an d   u s th v alle y   p o in a s   th th r es h o ld .   T h h is to g r a m   ap p r o ac h   ass u m e s   t h at  t h er is   s o m a v er ag v a lu f o r   th e   b ac k g r o u n d   an d   o b j ec p ix els ,   b u th at  th ac t u al  p i x e v a lu es  h av s o m v ar iatio n   ar o u n d   t h ese  av er a g e   v alu e s .   Ho w e v er ,   th i s   m a y   b co m p u tatio n all y   ex p e n s i v a n d   i m a g h is to g r a m s   m a y   n o h av clea r l y   d ef i n ed   v alle y   p o in ts ,   o f te n   m a k i n g   th s elec tio n   o f   an   ac cu r ate  t h r es h o ld   d if f ic u lt.  O n m et h o d   th at  is   r e lativ el y   s i m p le,   d o es  n o r eq u ir m u c h   s p ec i f ic  k n o w led g o f   t h i m a g an d   i s   r o b u s ag a in s i m ag n o is e,   i s   t h f o llo w in g   iter ati v m eth o d .   An   i n itial   T h r esh o ld   ( T )   is   ch o s en t h is   ca n   b d o n r a n d o m l y   o r   ac co r d in g   to   a n y   o t h er   m et h o d   d esire d .   T h i m ag i s   s e g m en t ed   in to   o b j ec t a n d   b ac k g r o u n d   p ix els as d escr ib ed   ab o v e,   cr ea tin g   t w o   s ets:     G 1   {f ( m , n ) :f ( m , n ) >T ( o b j e ct  p ix els)   G {f ( m , n ) : f ( m , n )   T ( b ac k g r o u n d   p ix els)    ( n o te,   f ( m , n )   is   t h v al u o f   t h p ix el  lo ca ted   in   th m th   co lu m n ,   n th   r o w )   T h av er ag e   o f   ea ch   s e t is co m p u ted :     m 1   av er a g v al u o f   G 1   m 2   av er a g v al u o f   G 2         A   n e w   t h r esh o ld   is   cr ea ted   th a t is th a v er ag o f   m 1   a n d   m 2 :   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                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S    Vo l.   4 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 5   :   95     1 0 2   100   T   ( m 1   m 2 ) /2       Go   b ac k   to   s tep   t w o ,   n o w   u s i n g   t h n e w   th r e s h o ld   co m p u t ed   in   s tep   f o u r ,   k ee p   r ep ea tin g   u n til  t h e   n e w   t h r esh o ld   m a tch e s   th o n b ef o r it ( i.e . ,   u n til co n v er g e n ce   h a s   b ee n   r ea ch ed ) .   T h i s   i t er a t i v e   a l g o r i t h m   i s   a   s p e c i a o n e - d i m e n s i o n a l   c a s e   o f   t h e   k - m e a n s   c l u s t e r i n g   a l g o r i t h m ,   wh i c h   h a s   b e e n   p r o v e n   t o   c o n v e r g e   a t   a   lo c a l   m i n i m u m - m e a n i n g   t h a t   a   d i f f e r e n t   i n i t i a l   t h r e s h o l d   m a y   g i v e   a   d i f f e r e n t   f i n a l   r e s u l t .   Ca t eg o rizing   t hresh o ldi ng   met ho ds :   T h r esh o ld in g   m e t h o d s   c a n   b e   c a t e g o r i z ed   i n t o   t h e   f o l l o w i n g   s i x   g r o u p s   b a s e d   o n   t h e   i n f o r m a t i o n   t h e   a l g o r i t h m   m a n i p u l a t e s .     H i s t o g r am   s h a p e - b as e d   m e th o d s ,   w h e r e ,   f o r   e x am p l e ,   th e   p e a k s ,   v a l ley s   an d   c u r v a tu r e s   o f   th s m o o t h e d   h i s t o g r am   a r e   an a ly z e d   C lu s t e r in g - b as e d   m e th o d s ,   w h e r th e   g r ay - l ev e s am p le s   a r e   c lu s t e r e d   in   t w o   p a r t s   as   b a ck g r o u n d   an d   f o r e g r o u n d   ( o b je c t ) ,   o r   a l t e r n a t e ly   a r e   m o d e le d   a s   a   m ix tu r e   o f   tw o   G a u s s i an s   E n t r o p y   - b a s e d   m e th o d s   r e s u l t   in   a lg o r it h m s   th a t   u s e   th e   en t r o p y   o f   th e   f o r e g r o u n d   an d   b a c k g r o u n d   r e g i o n s ,   th e   c r o s s - e n t r o p y   b e t w e en   t h e   o r ig in al  a n d   b in a r i z e d   im ag e .   O b je c t   a t t r i b u t e - b a s e d   m e th o d s   s ea r c h   m e a s u r e   o f   s im il a r i ty   b e t w e en   th e   g r ay - l ev e l   a n d   t h e   b in a r i z e d   im ag e s ,   s u c h   as   f u z zy   s h a p e   s im il a r i ty ,   e d g e   c o in ci d e n c e .   [ . . . ]   s p atial  m et h o d s   [ th at]   u s h i g h er - o r d er   p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n   a n d /o r   co r r elatio n   b et w ee n   p ix els.  L o ca m et h o d s   ad ap t th th r esh o l d   v a lu o n   ea c h   p ix e l to   th lo ca l i m a g ch ar ac ter is tics .   M ultiba nd   t hresh o ldi ng :   C o lo r   im a g es  ca n   al s o   b th r esh o ld .   On ap p r o ac h   is   to   d esig n ate  a   s ep ar ate  th r es h o ld   f o r   ea ch   o f   t h R GB   co m p o n e n t s   o f   t h i m a g a n d   t h en   co m b i n t h e m   w it h   a n   AND   o p er atio n .   T h is   r ef lect s   t h w a y   t h ca m er w o r k s   a n d   h o w   t h d ata  i s   s to r ed   in   th e   co m p u ter ,   b u it   d o es  n o co r r esp o n d   to   th w a y   t h at  p e o p le  r ec o g n ize  co lo r .   T h er ef o r e,   th HS L   an d   HS co lo r   m o d els  ar m o r o f te n   u s ed .   A n   i n ter est in g   n e w   m et h o d   u s es th C MY co lo r   m o d el  to   th r esh o ld   co lo r   i m ag e s .     I n   h is to lo g y   i m ag e s   t h e   co lo r   is   g i v en   b y   2   o r   m o r d y es,  f o r   ex a m p le   h e m ato x y l in   an d   DA B   . T h e   co n tr ib u tio n s   o f   t h ese   t w o   d y es  to   t h co lo r   i m a g ca n   b e   estab lis h ed   b y   u s i n g   co lo r   d ec o n v o lu tio n .   T h e   in cid en t   li g h is   m ea s u r ed   b y   lo o k i n g   at  an   u n s tain ed   p ar o f   th s lid e.   T h en   y o u   m ea s u r t h r elati v e   ab s o r p tio n   o f   ea ch   t h 3   R GB   co m p o n en t s   o f   t h i m a g b y   ea ch   d y e.   A b s o r p tio n   is   d e f i n ed   b y   B ee r s   L a w .   T h ab s o r p tio n   ch ar ac ter is tics   f o r   ea ch   d y ca n   b o b tain ed   b y   m ea s u r in g   t h R GB   co m p o n en t s   o f   th e   co lo r   in   ar ea s   o f   t h s lid t h at  ar o n l y   co lo r ed   b y   o n d y e.   T h co m p u ter   s o f t w ar ca n   s o l v 3   lin ea r   eq u atio n s   f o r   ea ch   p ix e i n   t h i m a g e,   o n f o r   ea ch   co lo r   c h an n el,   i n   o r d er   to   r eso lv t h a m o u n t s   o f   ea ch   o f   th e   d y es   a t   eac h   lo cu s   in   t h i m a g e.   T h is   m et h o d   ca n   r eso lv u p   to   3   d i f f er en d y es.  T h r esu lt  is   an   i m ag f o r   ea ch   d y e,   s h o w i n g   t h a m o u n o f   th at  d y th r o u g h o u t h i m a g e.   T h is   allo w s   t h a m o u n o f   d y to   b q u an tifie d ,   w h ich   is   i m p o r tan f o r   i m a g an a l y s i s   o f   i m m u n o h i s to ch e m ical  s tai n s .   E dg det ec t io n:  E d g d etec ti o n   is   a   f u n d a m e n tal  to o u s ed   in   m o s i m a g p r o ce s s i n g   ap p licatio n s   t o   o b tain   in f o r m atio n   f r o m   t h f r a m es  as  p r ec u r s o r   s tep   to   f ea t u r ex tr ac tio n   a n d   o b j ec s eg m e n tatio n .   T h is   p r o ce s s   d etec ts   o u tlin es  o f   a n   o b j ec an d   b o u n d ar ies  b et w e en   o b j ec ts   an d   th b ac k g r o u n d   in   th i m a g e.   An   ed g e - d etec tio n   f il ter   ca n   also   b u s ed   to   i m p r o v th ap p ea r an ce   o f   b lu r r ed   o r   an ti - al iased   v id eo   s tr ea m s .     T r a d itio n all y ,   t h m eth o d s   u s ed   f o r   tex t u r ed g d etec tio n   w er b ased   o n   s tatis tical  ap p r o ac h es.  T h er ar m an y   d is ad v an tag e s   i n   u s i n g   s ta tis tica ap p r o ac h es  f o r   tex t u r ed g e   d etec tio n .   T h p r o b lem   w i t h   s tatis t ical  ap p r o ac h   is   th a th e y   d o   n o co n s id er   m u lt i - c h a n n el,   m u lti  r eso l u tio n   ap p r o ac h   o f   h u m a n   v is io n   s y s te m .   Gab o r   f ilt er   a n d   Dis cr ete  W av elet  T r an s f o r m   ( D W T )   ar t w o   b an d   p ass   f il ter s   th a r ese m b le  t h e   h u m a n   v i s u al  s y s te m .   Gab o r   f i lter s   ar s p ec iall y   t u n ed   to   s e g m en t i m a g e s   w it h   b ip ar tite te x tu r es.      E d g e   d e t e c ti o n   is   o n e   o f   th e   im p o r t an t   p r e p r o c e s s in g   s te p s   i n   m an y   o f   th e   im ag e   p r o c e s s in g   a p p l i c a t i o n s .   V a r i o u s   e d g e   d e te c t i o n   t e ch n i q u e s   a r e   a v a i l a b l f o r   im ag es   o n   r e c t an g u l a r   g r id s   s u c h   as   c l a s s i ca l   o p e r a t o r s ,   C L A P   a lg o r i th m   b ase d   e d g e   d et e c t i o n ,   w av e l et   b a s e d   e d g e   d et e c t i o n .   W av el e t   b ase d   e d g e   d et e c t i o n   i s   f o u n d   t o   b e   a   b e tt e r   t e ch n i q u e   f o r   s p e cif i c   a p p l ic a t i o n   s u ch   a s   i r is   r e c o g n it i o n   s y s t em ;   3 D   v e r t e b r ae   s h a p r e c o g n i ti o n ,   in f r a r e d   t a r g et   r ec o g n i ti o n .   T h es e   t e ch n i q u es   ar e   n o t   s u it a b l e   f o r   h ex ag o n a d o m a in .   T h e   e d g d e t e c t i o n   is   r e a li z e d   b y   th e   c o n v o lu t i o n   w ith   a   s e t   o f   d i r e ct i o n a l   d e r iv a t iv e   m ask s .     T h e   b a s i c   e d g e - d e t e ct i o n   o p er a t o r   i s   a   m a t r i x   a r e a   g r a d i en t   o p e r a t i o n   t h a t   d e t e r m in e s   th e   l e v e l   o f   v a r i an ce   b e tw e en   d if f e r e n t   p ix e l s .   T h e   e d g e - d e t ec t i o n   o p e r a to r   i s   c a l cu l a t e d   b y   f o r m i n g   a   m a t r ix   c en t e r e d   o n   p i x e l   c h o s en   a s   th e   c en t e r   o f   th e   m at r ix   a r e a .   I f   th e   v a lu e   o f   th i s   m a t r i x   a r e a   is   a b o v e   a   g iv en   t h r esh o l d ,   th en   th m i d d l e   p i x e l   is   c l ass if i e d   as   an   e d g e .   E x am p l es   o f   g r a d i en t - b a s e d   e d g e   d e t e ct o r s   a r e   R o b e r ts ,   Pr ew i t t   a n d   S o b e l   o p e r a t o r s .   A l l   th e   g r a d i en t - b ase d   a l g o r i th m s   h a v e   k e r n el   o p e r a t o r s   th a t   c al cu l a te   t h e   s t r en g th   o f   t h e   s l o p e   in   d i r e c t i o n s   w h i ch   a r e   o r th o g o n al   t o   e a ch   o t h e r ,   c o m m o n ly   v e r ti c a l   an d   h o r iz o n t a l .   L at e r ,   th e   c o n t r i b u ti o n s   o f   th d i f f e r en t   c o m p o n en ts   o f   th e   s l o p e s   a r e   c o m b in e d   t o   g iv e   th e   t o t a l   v a lu e   o f   th e   e d g e   s t r en g th .       Dep en d in g   o n   t h n o is c h ar a cter is tics   o f   th e   i m ag e   o r   s tr e a m i n g   v id eo ,   ed g d etec tio n   r esu lt s   ca n   v ar y .   Gr ad ien t - b ased   alg o r it h m s   s u c h   as  t h P r e w itt  f ilter   h av m aj o r   d r aw b ac k   o f   b ei n g   v er y   s e n s iti v to   n o is e.   T h s ize  o f   t h k er n e f ilter   a n d   co ef f icien ts   ar f ix ed   an d   ca n n o b ad ap ted   to   g iv e n   i m a g e.   An   ad ap tiv ed g e - d etec tio n   alg o r ith m   is   n ec ess ar y   to   p r o v id r o b u s s o lu tio n   t h at  is   ad ap t ab le  to   th v ar y i n g   n o is le v els o f   t h ese  i m a g es to   h elp   d is tin g u is h   v a lid   i m a g c o n ten t   f r o m   v is u al  ar ti f ac ts   i n t r o d u ce d   b y   n o is e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       P erfo r ma n ce   a n d   A n a lysi s   o f A u to ma tic  Dete ctio n   o f G r o u n d - Gla s s   P a tter n   in   Lu n g   ( M.  A n to   B en n et )   101   Ca lcula t ing   a cc ura cy :   Sens it iv it y :   Sen s i tiv it y   o f   t h alg o r ith m   is   m ea s u r ed   b y   co n s id er in g   ea c h   in d i v id u al  d is ea s ed   r eg io n   lab eled   b y   th e   r ad io lo g is t s   as   g r o u n d   g la s s   an d   co u n t in g   t h r es u lt  o f   Gr o u n d   Gla s s   d e te ctio n   A l g o r ith m   ( GGDA )   Se n s iti v it y   FP   / ( FP   L N) :   1.   Fin al  P o s iti v ( FP ) : Reg io n s   l ab eled   b y   th r ad io lo g is t a n d   r ec o g n ized   b y   GGD A   2.   L ast p o s it iv ( L P ) : Reg io n s   r e co g n ized   b y   GGD A   b u t n o t la b eled   b y   r ad io lo g is t   3.   L ast  Neg ati v ( L N) : Re g io n s   l ab eled   b y   r ad io lo g is t b u n o t r ec o g n ized   b y   GGD A   4.   Fin al  Ne g ati v ( FN) : Re g io n s   n o t la b eled   o r   r ec o g n ized   b y   e ith er   th r ad io lo g i s t o r   GGD A   Sp ec if icit y :   T h s p ec if icit y   o f   t h alg o r it h m ,   w h ich   i s   o n e   m i n u s   t h p r o b ab ilit y   o f   s lice  b ein g   lab eled   as  g r o u n d   g la s s   w h en   th er i s   n o   g r o u n d   g las s   p r es en t,  ca n   b ca lc u lated   as  f o ll o w s   an d   v al u es   ar e   s h o w n   in   tab le.       2.   M AT E RIAL S AN M E T H O DS   I n   th is   s tu d y   Gr o u n d   g la s s   p atter n   d etec tio n   o f   HR C T   im ag es  is   d o n f o r   b etter   v is u al izatio n   an d   th eir   a n al y s i s .   Fo r   t h is   w h av tak e n   t h HR C T   i m a g es  o f   l u n g s   f r o m   Gr o u n d   g las s   o p ac i t y   p atie n ts .   T h ese   ar b asicall y   R GB   i m a g es   an d   th e s ar co n v er ted   to   G R A Y   SC AL E   i m ag e s   f o r   m a k i n g   f u r th er   p r o ce s s   ea s y .   T h en   p r eli m i n ar y   m as k   i s   o b tain ed   u s i n g   Gab o r   h ig h   p as s   an d   Gab o r   lo w   p as s   f ilter s .   T h r esh o ld in g   an d   Mo r p h o lo g ical  o p er atio n s   s u ch   as  er o s io n   an d   d ilatio n   ar p er f o r m ed   to   o b tain   p er ip h er al  m a s k .   T h is   p er ip h er al  m a s k   co n tai n s   n o is w h ic h   ap p ea r s   as  tin y   d o ts   an d   th e y   ar o f ten   f e w   p ix e ls   w id e.   Fo r   g etti n g   ac cu r ac y ,   w ar g o in g   f o r   p o s p r o ce s s in g   tech n iq u i n   w h ich   th n o is is   r e m o v ed   b y   m ed ian   f ilter s .   T h is   m a y   a s s i s d o cto r s   f o r   m a k i n g   d ec is io n s   f o r   b ett er   an d   q u ick   tr ea t m e n t.  T h r esu lts   o b tai n ed   f r o m   th ab o v e   s tep s   ar s h o w n   in   t h f o llo w i n g   Fig u r e   2 - 9.             Fig u r 2 .   Or ig in al  i m a g e   Fig u r 3 .   His to g r a m   o f   o r ig i n a l i m a g e             Fig u r e   4.   I n p u t I m a g e   Fig u r 5 .   His to g r a m   o f   I n p u t i m ag e                                                                                        Fig u r 6 .   P r elim i n ar y   m as k   o u tp u t   Fig u r 7 .   His to g r a m   o f   p r eli m in ar y   m as k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S    Vo l.   4 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 5   :   95     1 0 2   102         Fig u r 8 .   Fin al  P o s t P r o ce s s in g   Ou tp u t   Fig u r 9 .   His to g r a m   o f   P o s t p r o ce s s in g       3.   CO NCLU SI O N   B y   th e   Gr o u n d   g la s s   d etec t io n   al g o r ith m ,   t h Gab o r   f ilter   b an k s   ar d esi g n ed   an d   t h m as k s   ar e   f o r m ed .   T h u s ,   t h g r o u n d   g l ass   p atter n   is   d etec ted   u s i n g   f r eq u en c y   s p ec tr u m   an a l y s is   w it h   m i n i m al  p o s t   p r o ce s s in g .   T h is   tec h n iq u m a y   d e m o n s tr ate  h i g h   s e n s it iv i t y   an d   s p ec if ici t y   w i th   f ast p r o ce s s i n g   t i m e.   F uture   s co pe:   P o ten tial  f u t u r w o r k   i n cl u d es  r e m o v in g   n o is b y   v ar io u s   f ilter   tech n iq u es.  T h is   alg o r ith m   m a y   b ex te n d ed   to   th d etec tio n   o f   o th er   d if f u s lu n g   d is ea s e s   lik r etic u lar ,   co n s o lid atio n ,   e m p h y s e m a;   No d u lar   o p ac it y   an d   h o n e y   co m b in g   p atter n   an d   t h s en s iti v i t y   ca n   b e   i n cr ea s ed   b y   u s i n g   v ar io u s   t h r es h o ld in g   tech n iq u es a n d   n o is r e m o v al  tec h n iq u es.       RE F E R E NC E S   [1 ]   Ra h m a t   M.   F.,   M.   D.   Isa ,   K.   J u so f f ,   T .   A .   Hu ss in   a n d   S .   M d .   Ro z a li ,   I m a g e   Re c o n stru c ti o n   A lg o rit h m   f o El e c tri c a Ch a rg e   T o m o g ra p h y   S y ste m ”,   Am.   J .   Ap p li e d   S c i. V o l .   7 ,   p p .   1 2 5 4 - 1 2 6 3 2 0 1 0   [2 ]   No o r   N.   R.   M . ,   N.   A.   M .   Isa ,   M .   Y.  M a sh o r ,   N.   H.   Oth m a n   a n d   K.   Z.   Zam li ,   e a l . ,   A u to m a ti c   G las s - S li d e   Ca p tu ri n g   S y ste m   f o Ce rv i c a Ca n c e P re - S c re e n in g   P ro g ra m ”,   Am .   J .   Ap p li e d   S c i. V o l .   5 ,   p p .   4 6 1 - 4 6 7 2 0 0 8   [3 ]   Be n a m r a n e   N.,   A .   F re v il le  a n d   R.   Ne k k a c h e ,   A   h y b rid   f u z z y   n e u ra n e tw o rk f o th e   d e tec ti o n   o f   t u m o rs  in   m e d ica ima g e s ”,   Am.   J .   Ap p li e d   S c i .,  V o l.   2 ,   p p .   8 9 2 - 8 9 6 2 0 0 5   [4 ]   Rizo n   M . ,   M .   F .   Ha sh im ,   P .   S a a d   a n d   S .   Ya a c o b F a c e   re c o g n it i o n   u si n g   e ig e n f a c e a n d   n e u ra n e tw o rk s ”,   Am.   J .   Ap p li e d   S c i .,  V o l.   3 ,   p p .   1 8 7 2 - 1 8 7 5 2 0 0 6   [5 ]   M u ra d   S.   A.   Z. ,   a n d   W .   Is m a il ,   De sig n   o f   a c ti v e   in teg ra ted   a n te n n a   f o d u a f r e q u e n c y   i m a g e   r e jec ti o n ”,   Am.   J .   Ap p li e d   S c i . V o l.   3 ,   p p .   1 8 9 0 - 1 8 9 4 2 0 0 6   [6 ]   De sa i   S.   R. ,   Hig h   re so l u ti o n   c o m p u ted   to m o g ra p h y   o f   th e   lu n g ”,   CM Ra d i o lo g y V o l.   2 ,   p p .   1 2 6 - 133 2 0 0 1 .   [7 ]   F u k u m o to ,   H.   A.   B. ,   T .   Nitt a   a n d   N.   T .   S u d a g a w a ,   De tec ti o n   o G ro u n d   G las s   Op a c it ies   in   lu n g   CT   i m a g e u sin g   G a b o f il ters   a n d   n e u ra n e tw o rk s ”,   IEE T r a n s. V o l.   1 ,   p p .   2 5 1 - 2 5 6 2 0 0 5   [8 ]   Ho ffm a n   E. A . ,   a n d   A .   V .   Clo u g h ,   T h e   c o m p re h e n siv e   i m a g in g   b a se d   a n a l y sis   o th e   lu n g ”,   Am.   Ra d i o l. V o l .   1 1 ,   p p .   1 3 7 0 - 1 3 8 0 2 0 0 4   [9 ]   M a n ju n a th   B.   S. ,   a n d   W . Y.  M a ,   T e x tu re   f e a tu re f o b ro w sin g   a n d   re tri e v a o f   im a g e   d a ta ”,   IEE T ra n s. V o l .   1 8 ,   pp 8 3 7 -   8 4 2 2 0 0 6 .   [1 0 ]   Up p a lu ri   R. ,   M .   S o n k a ,   P .   G .   Ha rtl e y ,   G .   W .   Hu n n in g h a k e   a n d   G .   M .   L e n n a n ,   Co m p u ter  re c o g n it i o n   o f   re g io n a lu n g   d ise a se   p a tt e rn s ”,   Am.   J .   Res p ira t o ry   Criti c a C a re   M e d . V o l .   1 6 0 ,   p p .   6 4 8 - 6 5 4 1 9 9 9 .   [1 1 ]   Ya m a g u c h i   T . ,   K.  A sh iza wa ,   K.  Na g a o k i   a n d   K.  Ha y a sh i,   Hig h   r e so lu ti o n   CT   e v a lu a ti o n   o f   g ro u n d   g las o p a c it y   in   d if f u se   lu n g   d ise a se ”,   Acta   M e d .   Na g a s a k i V o l.   4 3 ,   p p .   1 - 11 ,   2 0 0 0 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.