结合分水岭算法的水平集医学图像分割方法

由于医学图像中的复杂目标通常难以被完全分割,提出标记分水岭与改进型Li模型的组合图像分割算法。改进型Li模型构造了符号压力函数来取代传统的停止函数,解决了曲线单向演化的问题。标记分水岭具有较强的抑制噪声的能力,对医学图像的弱边缘具有较强的捕获能力。所以首先运用标记分水岭算法对图像进行预分割,快速准确定位目标区域边缘信息。再引入改进型Li模型算法,通过符号压力函数来指引曲线演化方向,控制演化速度大小,实现对复杂目标的完全分割。实验结果表明:全局信息和边缘信息都能被获得,该组合算法对医学图像中的复杂目标的分割效果较满意。     

基于Chan-Vese模型的医学图像分割算法

在二维Otsu方法和Chan-Vese模型的基础上,提出了一种新的医学图像分割算法。首先用二维Otsu方法将图像分成目标、背景、边缘和噪声等4部分,然后通过一个能量函数来判断边缘和噪声区域中各像素点属于背景还是目标,并利用同质区域的全局信息对初始分割结果进行微调,得到更精确的分割效果。该算法优化了初始轮廓位置,有效地解决了初始位置影响曲线演化速度问题,并通过逐点代入法来极小化能量函数,减少了计算量,提高了图像分割的速度。实验结果表明,提出的算法具有抗噪性,分割效果良好,有很好的实际意义。     

基于光流场与水平集的运动目标检测

利用光流场信息及运动内极限约束确定运动目标区域的初始分割,提取光流大小与光流方向两个特征构成特征向量,使用K-means聚类算法获得运动目标区域,利用水平集方法对初始运动区域进行进一步分割,通过最小化定义的能量函数驱动代表运动目标的闭合曲线进行演化,曲线演化将在空间梯度较大的位置停止,从而得到运动目标的封闭边缘曲线。实验表明,该方法可有效地从图像序列中检测出完整的运动目标。     

视觉显著区域和主动轮廓结合的图像分割算法

传统区域主动轮廓模型在分割弱边缘图像时,演化曲线受背景干扰,易陷入局部极值导致演化速度缓慢;且由于局部项仅考虑空间信息,无法更好保留目标边界,影响分割精度.针对上述问题,首先利用改进的显著性检测方法,对待分割图像进行预处理操作,获取目标候选区域,自动设置初始化轮廓曲线,并将获取的目标先验信息与待分割图像中具有最大对比度...     

基于水平集的医学图像分割改进算法

医学影像分割是图像分割中的难点,具有重要的应用价值。针对医学影像的特点和图像分割算法的性能差异,提出了一种水平集医学图像分割改进算法。首先通过曲线演化仿真,得出水平集算法核心-速度函数;其次选定速度函数实现对图像的粗略分割,将灰度值较大的区域设置成灰度值较小的值,通过仿真演化准确找到图像中目标区域;最后利用选定的速度函数通过初始算法,经过一定次数的迭代操作后实现了医学影像的准确分割。实验结果表明:该算法可以精确地找到肿瘤所在区域,具有较好的分割性能和一定的鲁棒性。
     

基于演化曲线自适应的图像分割模型的研究

利用图像梯度和几何曲率等信息可以准确定位分割图像的边缘。基于此,在对图像分割典型变分模型有效性及所存在问题分析和讨论的基础上,提出了一种演化曲线自适应驱动的图像分割水平集模型。模型通过调整演化曲线长度项和面积项的权重函数,使演化曲线能够根据图像当前的状态自适应地调整演化幅度和方向,不仅提高了图像分割的准确度,还大大缩减了图像分割时间;模型在利用图像局部区域信息的同时,也利用全局化的正则函数来兼顾模型能量泛函的全局性,使模型有了对异质区域边界的捕捉能力。经试验验证,文章所提出的新模型有效可靠。     

基于边缘信息C_V模型的医学图像分割方法

图像分割是医学处理中的重要研究内容之一,提出一种基于边缘信息的改进的C_V模型的医学图像分割方法.在模型中增加了表征边界特征的项,利用图像的边界信息与区域信息为分割服务,克服了传统C_V模型不能利用图像的梯度信息的不足.并对C_V模型的区域信息项进行了改造,改变了传统C_V模型中均值取值的定义,提高了对灰度层次丰富的图像分割能力.增加了距离函数惩罚项,将距离函数重新初始化的过程并入整个水平集框架模型中,极大地提高了曲线演化与分割速度.实验表明该模型是有效的医学图像分割方法.     

基于位错理论的距离正则化水平集图像分割算法

把材料科学中的位错理论引入到水平集方法中.图像中水平集曲线的演化被看作刃位错中位错线的滑移过程,运用位错动力学机制推导出驱使水平集曲线演化的位错组态力.结合距离正则化水平集方法,把水平集方法的边缘检测函数替换为基于位错动力学理论的速度停止函数,并构建了新的距离正则化水平集函数演化方程.水平集曲线在位错组态力和速度停止函数的驱使下移动.位错组态力反映了单位长度曲线上的平均受力情况,不仅包括了图像梯度信息,也包括了位错组态力的作用范围等信息,因此可以有效地避免在局部图像梯度异常的情况下发生曲线停止演进的现象,或者避免在弱边缘处由于图像梯度较小发生局部边界泄漏的现象.实验结果表明,本文算法对弱边缘图像具有较好的分割效果.     

灰度差能量函数引导的图像分割自适应C-V模型

作为几何活动轮廓模型(GACM)的一个标志性模型,C-V模型在图像分割应用中因具有对目标遮挡和边缘噪声的鲁棒性而受到关注.然而该模型通常不能较好地处理复杂的异质图像,并且有对演化曲线的初始位置较为敏感和计算复杂度高等弱点.依据演化曲线内、外区域平均灰度值差的绝对值越大,演化曲线越靠近准确目标边缘的特性,提出一种基于灰度差能量函数引导的图像分割自适应C-V模型.该模型通过构造基于轮廓曲线内、外区域平均灰度差引导函数自适应地调整演化曲线的运动趋势,使得曲线演化可在一个有效的"窄带"范围内进行,保证轮廓曲线内、外部区域灰度计算的局部均一性,增强对目标细节信息的捕捉能力,同时也在一定程度上提高模型的计算速度和对轮廓曲线初始位置的适应性.大量的仿真实验验证该模型的有效性.     

基于方向Snake模型的心脏磁共振图像左心室内外膜分割

针对心脏磁共振图像(MRI)左心室内膜与外膜边缘方向不同的特点,提出一种基于曲线演化框架的方向主动轮廓模型进行左心室内外膜分割。曲线演化方程中包含基于图像边缘与区域灰度特征的混合几何流。几何流中的边缘信息项由经Fast Marching方法扩展后的动态方向梯度矢量流场（DDGVF）构成,用以引导曲线向具有不同方向的目标边缘运动,而区域灰度信息项则由Chan-Vese (CV)模型构成,用以防止曲线在演化过程中受其他边缘成分的影响而发生泄漏。最终的曲线演化方程采用水平集方法求解。实验结果表明,所提方法能够较为准确地分割出心脏MRI图像中的左心室内外膜并具有较好的鲁棒性,对于实现基于心脏MRI图像的左心室心肌区域自动快速分割和心脏功能分析与评价具有一定的应用价值。     

高斯混合函数区域匹配引导的Level Set纹理图像分割

基于高斯混合模型颜色匹配及多尺度图像增强,文中提出了有效的边缘停止函数用于引导level set函数演化,有效地解决了纹理图像的分割问题.文中首先提出基于高斯混合模型颜色分布的边缘停止函数,通过计算level set演化窄带区域与用户给定交互区域的相似性,根据其相似性来引导level set快速演化;然后,提出一个定义在多尺度图像梯度上的边缘停止甬数,使得level set能精确地分割出图像的边缘;最后,结合以上两种边缘停止函数的优点,提出一个边缘停止函数的混合模型,根据图像颜色、边缘特征自适应地引导level set函数演化.实验结果表明,文中提出的算法不仅能有效地检测出纹理目标区域,同时需要计算出纹理区域精确、光滑的边界.     

一种改进的变分水平集的图像分割算法

为了解决灰度不均匀现象对医学图像的干扰问题,提出了基于局部极性信息的活 动轮廓模型。通过引入局部图像信息,该模型能有效地分割灰度不均匀图像。在规则化项中增 加的能量惩罚项,使得水平集函数在演化过程中保持为近似的符号距离函数。该算法将图像分 割问题归结为曲线能量泛函的最小化,首先建立包含局部灰度信息（极性信息）和改进的符号 距离函数的曲线演化能量泛函;然后采用变分水平集方法求解能量函数的最小值,得到最终的 分割结果。真实医学图像和人工合成图像的实验结果表明,此方法对灰度不均匀的医学图像有 较高的分割精确度,在图像分割速度上有较大提高。由于利用了局部灰度信息,可以有效地分 割灰度不均匀的医学图像,而改进后的变分水平集可以完全避免重新初始化,使得图像分割效 率大大提高了。     

参数化形态学梯度修正的水平集肝肿瘤分割

针对单一水平集算法处理低对比度或边缘模糊肝脏CT图像时,在梯度局部极小值区域或虚假边缘处常常会出现曲线停止演化现象的问题,提出了一种参数化形态学梯度修正的水平集图像分割方法进行研究.首先对图像进行形态学梯度变换,增强图像的对比度;然后以此为基础,在特定邻域内建立结构元素半径与梯度级的函数关系对图像进行梯度修正,增强目标边缘聚合度并去除图像噪声及非规则细节引起的局部极小值,同时减小目标轮廓位置的偏移;最后根据图像梯度信息运用水平集方法实现图像中单个或多个目标分割.实验结果表明,该算法有效地解决了标准水平集分割方法中存在的伪分割问题,能够对肝脏肿瘤进行较准确分割.     

单位法向量引导的自适应医学图像分割新算法

水平集方法已经广泛应用于图像分割,ChunmingLi等人早期的模型通过在能量方程中引入惩罚项可以避免重新初始化。但惩罚项中的函数会引起扩散率趋于无穷大的问题,因此ChumningLi等人通过改进惩罚项中的函数,解决了扩散率的问题。针对新模型采用高斯滤波去除图像噪声使图像边缘变模糊的问题,采用正则化的P-M方程滤波,去除噪声的同时保护图像边缘信息。同时,新模型仍然不能实现自适应分割。通过初始曲线内外梯度模值的信息改变曲线内法向量的方向,从而使曲线自适应地向内或者向外演化。最后,用改进的算法准确地提取出了医学图像的轮廓,算法的效率也有很大的提高。     

结合谱聚类与改进RSF模型的医学图像分割

现有的可变区域拟合能量（RSF）模型基于初始轮廓内外灰度值的近似,较好地处理了图像分割中存在的图像灰度不均匀的问题。但当选择不恰当的初始轮廓时,由于RSF模型能量函数的非凸性质,极易陷入局部最小值。为了保证初始化的鲁棒性,提出了一种拟合函数优化的RSF模型。在曲线演化过程中,在演化方向相反的区域增加一个函数来交换曲线内外拟合值,使整条曲线沿物体的同侧边界演化。又将谱图理论引入该模型,使其能对大数据样本聚类且快速收敛至全局最优解。将改进模型应用于医学图像分割,实验结果表明该模型较RSF模型获得了更鲁棒的分割结果和较高的分割效率。     

基于非线性扩散滤波的水平集模型MRI分割

基于曲线演化的图像分割模型在分割目标时需要在目标附近人为地构造一条曲线作为初始曲线,在此基础上进行演化得到目标边界.当初始曲线离目标边界较远时,影响模型分割的效率;当初始曲线离目标边界很近时,意味着需要过多的人为操作,这使得其时间效率较低且易出错.为此,在非线性扩散滤波的基础上,给出一种半自动初始曲线构造方法,该方法首先利用AOS算法对图像进行非线性扩散滤波,再利用区域信息快速地得到离目标边界很近的初始曲线.然后构造一种新的基于区域信息的速度函数,由水平集模型对其演化,得到了较好的结果.MRI分割实验表明了方法的有效性.     

曲线演化的图像分割算法改进研究

研究提高曲线演化的图像自动检测效果问题.由于图像识别度低、准确度低,传统 Chan-vese 活动轮廓模型(C-V 模型)不能检测到远离活动轮廓线且与平均灰度值相差大的边缘.图像分割算法采用水平集演化曲线外图像的目标和背景的灰度加权平均值,通过调节权重值,使演化曲线能准确快速收敛于远离平均灰度强度的图像边缘上.该算法具备拓扑变化能力,分割速度快,能克服原 C-V 模型不能检测到边缘缺陷,加速图像分割的收敛速度,提高分割效果.     

同时配准-分割脑MR图像的耦合变分模型

提出一种新颖的变分耦合模型,同时实现配准与分割.模型中使用耦合函数将非刚性配准信息与基于区域信息的曲线演化理论结合在一起,构造总能量函数,通过求解该能量函数的极值达到配准-分割的目的.该方法可以分割多模态医学图像,即使在两图间的强度信息区别较大时,也可以得到较好的分割结果.实验结果表明该方法具有较好的鲁棒性.     

区域活动模型彩色图像分割研究

在图像分割优化问题的研究中,在图像提取识别感兴趣的目标中存在噪声和重叠,造成质量不高。传统的区域活动图像分割需要将能量泛函转换为封闭曲线,造成了算法复杂度高,图像分割边缘信息容易丢失,质量效果差。为解决上述问题,提出了一种新的遗传算法优化区域活动轮廓模型图像分割算法。根据区域的活动模型中融入了含有梯度方向指示性信息的边缘停止函数,使曲线在非期望边缘处加速演化,然后采用遗传算法交叉,变异操作优化图像区域活动模型参数。仿真结果表明,提出的改进的方法可以有效的对图像进行分割,大大的提高了图像分割的精确度和效率,改善图像分割的质量。     

窄带主动轮廓模型及在医学和纹理图像局部分割中的应用

提出一种新的基于二值水平集的窄带主动轮廓模型用于局部分割.通过对二值水平集进行形态学膨胀和腐蚀操作, 提出一种稳定灵活可控的窄带控制方案,该方案可使得曲线进化精度从一个像素宽度灵活变化到任意大小. 考虑到局部分割一般要求初始轮廓置于待分割目标内部并不断膨胀进化直至目标边缘,本文提出用形态学闭运算作为新的曲线平滑方案. 与传统的高斯平滑和曲率平滑方案相比,形态学闭运算不仅能够更好地促进曲线的膨胀进化,而且有利于保持水平集函数的二值性. 此外,本文提出的方法是一种通用的自然框架,可以根据不同的需求设计不同的速度函数. 为了证明所提出的局部分割框架的有效性和鲁棒性,本文以医学图像和纹理图像为例分别设计了两个速度函数: 一个是融合了磁共振脑图像的非严格对称信息的速度函数用于大脑皮质下结构的局部分割;另一个是融合了局部熵和局部梯 度算子的速度函数用于纹理图像的局部分割. 在合成图像、医学图像和纹理图像上的实验证明了本文方法在局部分割中的有效性和鲁棒性.