基于B 样条Snake模型的人体运动跟踪方法研究*

提出了一种基于B-样条曲线Snake模型的新的人体运动跟踪方法.Snake算法是通过最小能量来逼近物体的轮廓.采用改进的B-样条曲线Snake模型,每一帧图像中的目标轮廓用三次样条曲线准确地表示,使Snake模型更加稳定和具有较快的收敛速度.计算相邻帧之间的差分图像,通过利用一种基于统计关系双阈值分割方法,有效地检测出图像中运动人体,初步确定目标在每帧图像中的粗略位置.把从上一帧图像中得到的目标轮廓置于该位置,作为B-样条曲线Snake算法中轮廓提取的初始值,经运算后可得到对人体目标的准确分割与跟踪.     

基于四维图像的心室应力应变分析

为了克服传统有限元搜索方法中单元间位移不连续的缺点,提高位移计算的准确性,将空间信息与位移场对应起来,提出一种基于四维医学图像的心室应力应变计算方法.首先为心室的一个心动周期建立多个相位的内外壁B样条曲面模型;其次计算各个相位标记点的位移,利用所建模型进行拟合得到连续的位移场,并以模型的规范化转换坐标为中介将空间模型与位移场中的点一一对应;最后通过位移变化的物理力学关系计算应变和应力.实验结果表明,采用文中方法能够有效地计算分析心室的应力应变分布情况.     

基于自适应薄板样条全变分的肺CT/PET图像配准

全变分正则项虽然能够在具有滑移运动的肺等胸腹部器官图像配准时校正边界不连续位移场，但仍然无法保留图像的局部特征，损失配准精度。针对肺图像CT单模配准和CT/PET双模配准，通过像素点空间位置权重将薄板样条能量算子与全变分算子进行空间加权建立自适应薄板样条全变分正则项。然后，将正则项与CRMI相似性测度以及L-BFGS优化方法结合建立非刚性配准算法。通过DIR-Lab 4D-CT公共数据集和CT/PET临床数据集上的实验结果表明，提出的方法能够在保证边界不连续运动的同时保证图像内部的平滑性，具有更高的配准精度。     

混合样条大尺度医学图像弹性配准算法研究*

针对大尺度形变医学图像配准速度慢和精度低的特点,提出一种结合薄板样条(TPS)和B样条的弹性配准方法。该方法采用尺度不变特征变换算法(SIFT)进行图像特征提取与匹配,利用TPS算法将特征点对作为输入进行预处理,以降低浮动图像的形变尺度,从而提高下一步B样条配准的速度与精度。然后使用局部区域细化层次B样条方法将TPS生成的较稀疏的形变网格作为初始网格,结合有限记忆优化算法(L-BFGS)对控制网格做进一步地处理,此过程只对形变较大的局部区域进行细化,以实现与参考图像的快速精确配准。实验结果表明,该方法较层次B样条方法有效地提高了配准的速度和精度。     

自适应Catmull-Rom样条图像放大

针对Catmull-Rom样条图像插值放大不能保证图像内各物体之间边界清晰的问题,提出一种基于几何分类的自适应Catmull-Rom样条图像插值放大算法.通过对原图像的边缘进行几何分类,根据原图像的边缘几何类型插值目标图像中的未知像素点;若未知像素点为原图像中的边缘,则调整Catmull-Rom样条的切向方向和切向长度来计算未知像素值,得到边缘保持的目标图像.实验结果表明,应用该算法得到的目标图像边界清晰、细节模糊减少,忠实地反映了原图像的面貌.     

非介入式手术导航中医学图像配准算法

提出一种用于非介入手术导航中基于自由变形模型的多模态医学图像非刚性配准方法,对术前MRI/CT和术中超声图像中都可见的血管结构进行配准.当图像对准时,一种图像中的血管中心点对应着另一种图像下灰度脊点;对于全局变换采用刚性变换、局部形变采用基于函数控制B样条的自由变形模型来描述;采用遗传算法和共轭梯度法相结合达到最小化目标函数.将文中算法应用于体模和临床数据,在配准精度和收敛速度上都取得了良好的效果.     

借助大位移视图进行图像修补的透视畸变最小化算法

提出一种由粗到精的透视畸变最小化算法,借助大位移视图来修补目标图像.它先对大位移视点图像进行透视畸变校正后再用来补全目标图像上的丢失信息区域.首先,在平面场景的假设下,大位移视点图像通过单应矩阵进行全局变形得到初始的畸变校正.然后,由误匹配识别机制检测出初始校正的大位移视图中的残余畸变.在颜色一致性和位移场光滑性的期望下,残余畸变通过基于能量优化的重叠像素对应算法得到进一步的松弛.最后,在极线几何以及像素邻域中的位移场光滑性和颜色一致性的约束下,信息丢失像素按照特别定义的修补优先级函数依次得到恢复.泊松图像融合算法被用于消除修补区域与其周围像素之间可能存在的鬼影现象从而得到无缝的修补效果.实验表明,该方法优于已有的图像修补算法,且能够修补含有复杂结构信息的较大受损区域.     

基于大位移视点图像的单帧图像修复

提出一种基于大位移视点图像的单帧图像修复算法,利用大位移视点图像中的可见信息修补目标图像中的被遮挡或信息丢失区域.算法的关键在于如何转化大位移视点图像的可见信息为可用信息,以及如何利用得到的可用信息来有效地修补目标图像.在交互指定待修复的目标区域后,算法首先将所有图像分割为不同的平面场景区域,并基于图像匹配将大位移视点图像中的平面场景区域变换到当前视点.因此,其中的可见信息就可被直接使用.进而通过定义合适的修复和融合优先级函数,提出基于纹理合成和图像融合的图像修复算法,利用获得的可用信息来修补目标区域.修复区域和目标图像之间的鬼影现象使用Poisson图像融合算法来消除,以达到无缝的修复结果.实验结果表明,该算法能够修复较大的丢失信息区域中的结构和纹理信息,具有一定的实用价值.     

一种基于细菌觅食优化算法的舌体分割算法

针对医学舌体数字图像的准确分割,提出了一种基于细菌觅食优化算法(BFOA) 和 Snake 活动轮廓模型相组合的舌体分割算法。首先,以信息熵与 Kapur 算法相结合作为自适 应函数来改进 BFOA 算法,通过改进的 BFOA 算法计算舌体图像的最佳图像二值化阈值,并将 舌体图像二值化;然后,利用舌体图像的对称性提取舌体的关键边缘点,并基于 B-样条插值算 法由关键点集合插值得到闭合的 B-样条曲线,作为 Snake 模型的初始轮廓;最后,通过 Snake 模型计算求解,即可准确提取舌体的轮廓曲线。实验结果表明,改进算法能够高精度地分割出 舌体图像,并能消除基本 Snake 模型在初始轮廓曲线选取中存在的人机交互难题,实现了舌体 图像的自动分割。     

基于阈值和B样条插值的MR图像增强算法

提出了利用双门限分割灰度级后再进行三次B样条插值非线性变换的MR图像增强算法,将图像灰度级按两个灰度阈值分割为目标区、过渡区、背景区,对这三个不同的区域采用不同的灰度变换方法。在徐军等提出的对比度和目标细节评价标准基础上,提出了一个新的图像质量客观评价标准来评价图像质量。该客观标准可以动态调节对比度和细节的权重参数!,具有交互性。通过寻求该标准最优时的三次B样条插值非线性变换来增强MR图像。实验表明,和目前主要的灰度图像增强算法相比,用该算法增强后的图像不仅提高了图像对比度,也加强了目标的细节,而且具有交互性,特别适合于MR图像处理。     

Geometrical Analysis of Two Sets of 3D Correspondence Data Patterns for the Registration of Free-Form Shapes

The iterative closest point (ICP) algorithm represents an efficient method to establish an initial set of possible correspondences between two overlapping range images. An inherent limitation of the algorithm is the introduction of false matches, a problem that has been tackled by a variety of schemes mainly based on local invariants described in a single coordinate frame. In this paper we propose using global rigid motion constraints to deal with false matches. Such constraints are derived from geometric properties of correspondence vectors bridging the points described in different coordinate frames before and after a rigid motion. In order to accurately and efficiently estimate the parameters of interest, the Monte Carlo resampling technique is used and motion parameter candidates are then synthesised by a median filter. The proposed algorithm is validated based on both synthetic data and real range images. Experimental results show that the proposed algorithm has advantages over existing registration methods concerning robustness, accuracy, and efficiency.     

一种基于结构特征边缘的多传感器图像配准方法

图像配准是多传感器图像融合等处理的前提. 本文以包含人造目标的合成孔径雷达(Synthetic aperture radar, SAR)图像和可见光图像为处理对象, 提出了一种基于结构特征边缘的多传感器图像配准方法. 该方法提取人造目标在两类图像中表现的共性特征---结构特征边缘, 并基于边缘匹配构造虚拟角点, 采用基于特征一致的粗配准方法和基于虚拟角点的精配准方法, 对待配准图像实现由粗到精的自动配准. 实验结果表明, 本文方法能够取得较高的配准精度.     

快速数字影像重建的2维/3维医学图像配准

目的 针对2D/3D医学图像配准过程中数字影像重建技术(DRR)生成图像和相似性程度测量两个步骤计算量大、耗时较长这一问题,提出了一种基于Bresenham直线生成算法改进的模式强度与梯度相结合的混合配准算法.方法 首先利用Bresenham直线生成算法原理改进传统光线投射算法(Ray-Casting),完成DRR图像的生成;其次模式强度与梯度相结合并引入多分辨率策略来降低相似性测度的计算复杂度;最终利用改进的鲍威尔优化算法对参数进行优化,完成整个配准过程.结果 实验结果表明,改进的混合配准算法与基于相关系数、互信息和模式强度的配准算法相比,配准效率大幅提升.模拟配准实验和临床配准实验完成时间分别为76.2 s和64.9 s,比传统配准算法效率提升3~6倍.结论 提出的算法在保证配准精度和高鲁棒性的前提下,大幅度地提高了2D/3D医学图像配准算法的运算速度,可以满足临床上精确引导手术进行的实时性要求.     

基于Radon变换与功率谱结合的心脏MR图像配准算法

针对心脏磁共振(MR)序列切片图像,设计了一种基于Radon变换和功率谱结合的图像配准算法。首先采用形态学边缘检测等图像预处理技术,提取出图像的边缘特征,并将其作为后续配准的输入;而后利用Radon变换和功率谱相结合的配准方法依次求出待配准图像的缩放、旋转和平移参数,利用这3个配准参数,即可通过配准变换得到配准结果。该方法解决了单纯利用Radon变换求解旋转参数易受图像空域噪声影响的问题,提高了配准的精度,同时大大减少了计算的花费。对100幅MR序列切片图像进行配准的实验表明,该方法能够稳定准确地实现MR序列图像的配准。     

针对大视差图像拼接的显性子平面配准

目的 针对图像拼接中大视差图像难以配准的问题,提出一种显性子平面自动配准算法。方法 假设大视差图像包含多个显性子平面且每个平面内所含特征点密集分布。对该假设进行了验证性实验。所提算法以特征点分布为依据,通过聚类算法实现子平面分割,进而对子平面进行局部配准。首先,使用层次聚类算法对已匹配的特征点聚类,通过一种本文设计的拼接误差确定分组数目,并以各组特征点的聚类中心为新的聚类中心对重叠区域再聚类,分割出目标图像的显性子平面。然后,求解每个显性子平面的投影参数,并采用就近原则分配非重叠区域的单应性矩阵。结果 采用公共数据集对本文算法进行测试,并与Auto-Stitching、微软Image Composite Editor两种软件及全局投影拼接方法（Baseline）、尽可能投影算法（APAP）进行对比,采用均方根误差作为配准精度的客观评判标准。实验结果表明,该算法在拼接大视差图像时,能有效地配准局部区域,解决软件和传统方法由误配准引起的鬼影、错位等问题。其均方根误差比Baseline方法平均减小55%左右。与APAP算法相比,均方根误差平均相差10%左右,但可视化配准效果相同且无需调节复杂参数,可实现自动配准。结论 提出的显性子平面自动配准算法,通过分割图像所含子平面进而实现局部配准。该方法具有较高的配准精度,在大视差图像配准方面,优于部分软件及算法,可应用于图像拼接中大视差图像的自动配准。     

基于边缘几何特征的图像精确匹配方法

提出一组快速高精度计算切线斜率的五点公式，用以估计图像边缘曲线的角度特征，并利用角度直方图估计图像几何变换的旋转参数，实现具有大旋转差异图像间的粗匹配．在进行角度补偿后，利用灰度互相关判据搜索匹配点对，计算出几何变换参数，实现较高精度的旋转和平移校正，最后用松弛迭代法完成图像的精确匹配．与基于小波方向角特征的匹配方法相比，文中方法利用图像中主要的边缘信息实施匹配，具有较好的鲁捧性，可成功实现对各类具有较大相关程度图像间的精确匹配，对图形匹配也具有重要意义．     

Eliminating false matches for the projective registration of free-form surfaces with small translational motions.

In this paper, we make a detailed study of two rigid-motion constraints. The importance of these two constraints is twofold: first, they reveal the inherent relationship between the three-dimensional-two-dimensional (3-D-2-D) point correspondences and the motion parameters of interest; second, they can be used to measure the traditional ICP criterion established point match qualities based on which different point matches can be compared and relatively good point matches can be selected for motion-parameter update in the projective registration of free-form surfaces subject to small translational motions. The experimental results based on both synthetic data and real images have shown that the rigid motion constraints are powerful in evaluating the possible 3-D-2-D point matches established by the traditional ICP criterion, thus achieving encouraging projective registration results.     

基于改进Demons算法的三维肺部医学影像配准研究*

为实现相同个体在不同呼吸状态下产生较大形变的三维肺部医学影像配准,提出一种基于改进Demons算法的精确有效配准方案。首先,对待配准影像进行全局非刚性配准。通过尺度不变特征变算法对影像进行特征点提取与匹配,根据匹配结果计算变换参数,完成全局配准;其次,利用改进Demons算法对全局配准后的影像进行局部非刚性配准。使用改进的方案实现了人体肺部影像配准,并且肺部整体轮廓以及内部组织的配准结果较理想。配准前,影像间的均方误差值为25835.3,经配准后影像间均方误差值降为3726.31,均方误差值下降率为85.58%。提出的方案能够有效配准三维肺部影像,为对肺部呼吸运动估计以及呼吸功能分析提供良好的基础。     

联合弯曲能量和标志点对应约束的非刚性医学图像配准

由于缺乏图像几何空间约束,基于互信息的非刚性医学图像配准常常产生不合理的形变。提出一种联合弯曲能量和标志点对应约束的非刚性医学图像配准方法,在互信息配准目标函数中添加弯曲能量惩罚和对应标志点间欧氏距离2个正则项,约束医学图像软组织不合理形变。脑部MRI、头颈部CT、胸部CBCT影像配准实验结果表明,该方法可有效提高配准质量。