基于小波变换的权重自适应图像分割模型

针对灰度不均匀且含噪声图像的分割问题,提出了全局和局部灰度信息的权重参 数自适应水平集分割模型。首先,利用图像的全局和局部灰度信息构造全局能量项和局部能量 项;然后,利用小波变换和小波阈值去噪方法,构造对噪声不敏感的边缘信息刻画矩阵,定义包含 图像边缘信息的自适应权重系数矩阵;最后,利用定义的权重系数矩阵组合全局和局部能量项, 得到分割模型的能量泛函。使用变分法得到了水平集函数演化方程,利用有限差分法实现数值 求解。实验结果表明,该模型兼有 Chan-Vese 模型和 Local Binary Fitting 模型的优点,能够有效 地分割灰度不均匀含噪图像,并对活动轮廓曲线的初始位置和初始形状具有很强的鲁棒性。     

结合分数阶微分和图像局部信息的CV模型

目的 由于CV模型仅利用了图像的全局信息,其对灰度不均匀图像的分割效果不理想,同时在分割弱边缘和弱纹理图像时,优化易陷入局部最优从而导致分割效率低下,且对初始位置的选择较为敏感。针对这些问题,提出一种结合分数阶微分和图像局部信息的CV模型。方法 首先将分数阶梯度信息融入图像的局部信息中,用来替代CV模型的整数阶全局信息,并建立自适应计算分数阶最佳阶次的数学模型,然后在模型中加入符号距离的约束项。结果 一方面,用局部信息代替全局信息,可以在一定程度上解决CV模型对灰度不均匀图像分割效果不理想的问题。另一方面,将Grünwald-Letnikov分数阶梯度信息融合到局部信息中,当分数阶阶次0 < α < 1时,增加了图像灰度不均匀、弱边缘、弱纹理区域的梯度信息,从而增加了演化驱动力避免演化曲线陷入局部最优,有效地解决了图像因灰度变化不大导致演化曲线驱动力小的问题,在一定程度上解决了模型对初始轮廓位置选择和对噪声敏感的问题。同时为了解决人工选取最佳分数阶阶次费时费力的问题,根据图像的梯度模值和信息熵建立计算分数阶最佳阶次的数学模型,将此自适应分数阶模型应用到算法之中,以自适应确定最佳分数阶阶次。此外,为了避免模型的重新初始化,在模型中加入符号距离的约束项,从而提高了曲线的演化效率。结论 理论分析和实验结果均表明,该算法能够较好地分割灰度不均匀、弱边缘和弱纹理区域的图像,并能根据图像特征自适应确定最佳分数阶阶次,提高了分割精度和分割效率,且对初始轮廓位置选择及噪声均具有一定的鲁棒性。     

基于核函数与局部信息的凸优化分割模型*

本文针对CV模型不能准确分割非同质和高噪声的图像,且计算效率比较低的特点,做出如下改进：对于区域中的每一点,本文利用该点所在区域的平均灰度值和其邻域内其它点的灰度值的核函数度量定义局部能量项,然后对图像域上所有点的局部能量进行积分定义全局能量项,由于局部信息和核函数的引入使得区域均值的更新具有较强的抗噪能力,提高分割鲁棒性;然后将该模型转化为全局凸分割模型,同时引入边界边缘检测函数加权的总变差范数(total variation,TV)更加准确地获取目标的边界位置,以提高模型的分割精度;最后,使用split Bregman迭代进行数值求解。实验结果表明,该模型能够有效的分割非同质和高噪声图像,与CV模型,RSF模型,DRLSE模型相比,在运行速度和分割精度上有了很大的提升。     

结合全局与局部信息活动轮廓的非同质图像分割

目的 通过对现有基于区域的活动轮廓模型能量泛函的Euler-Lagrange方程进行变形,建立其与K-means方法的等价关系,提出一种新的基于K-means活动轮廓模型,该模型能有效分割灰度非同质图像。方法 结合图像全局和局部信息,根据交互熵的特性,提出新的局部自适应权重,它根据像素点所在邻域的局部统计信息自适应地确定各个像素点的分割阈值,排除灰度非同质分割目标的影响。结果 采用Jaccard相似系数-JS(Jaccard similarity)和Dice相似系数-DSC(Dice similarity coefficient)两个指标对自然以及合成图像的分割结果进行定量分析,与传统及最新经典的活动轮廓模型相比,新模型JS和DSC的值最接近1,且迭代次数不多于50次。提出的模型具有较高的计算效率和准确率。结论 通过大量实验发现,新模型结合图像全局和局部信息,利用交互熵特性得到自适应权重,对初始曲线位置具有稳定性,且对灰度非同质图像具有较好地分割效果。本文算法主要适用于分割含有噪声及灰度非同质的医学图像,而且分割结果对初始轮廓具有鲁棒性。     

引入分数阶微分的局部高斯分布拟合能量模型

局部高斯分布拟合能量(LGDF)模型缺乏全局信息,对初始轮廓曲线选取较敏感,特别在分割弱边缘和弱纹理区域图像时,容易陷入局部极值,对噪声的鲁棒性不好.针对上述问题,文中提出引入分数阶微分的LGDF模型.在LGDF模型中引入全局的Grümwald-Letnikov(G-L)分数阶梯度拟合项,增强弱边缘和弱纹理区域的梯度信息,提高对初始轮廓曲线和噪声的鲁棒性.采用自适应权重函数确定全局项和局部项的系数,提高对灰度不均匀图像的分割效率和分割精度.根据图像的梯度模值、信息熵和对比度构建自适应分数阶阶次的函数,提高分割效率.理论分析和实验均表明,文中模型可以用于灰度不均匀、弱纹理、弱边缘图像的分割.合成图像和真实图像的实验表明文中模型可以提高图像的分割精度和效率.     

改进K-means活动轮廓模型

目的 通过对C-V模型能量泛函的Euler-Lagrange方程进行变形,建立其与K-means方法的等价关系,提出一种新的基于水平集函数的改进K-means活动轮廓模型。方法 该模型包含局部自适应权重矩阵函数,它根据像素点所在邻域的局部统计信息自适应地确定各个像素点的分割阈值,排除灰度非同质对分割目标的影响,进而实现对灰度非同质图像的精确分割。结果 通过分析对合成以及自然图像的分割结果,与传统及最新经典的活动轮廓模型相比,新模型不仅能较准确地分割灰度非同质图像,而且降低了对初始曲线选取的敏感度。结论 提出了包含权重矩阵函数的新活动轮廓模型,根据分割目的和分割图像性质,制定不同的权重函数,该模型具有广泛的适用性。文中给出的一种具有局部统计特性的权重函数,对灰度非同质图像的效果较好,且对初始曲线位置具有稳定性。     

血管内超声图像初始轮廓提取算法的研究

Snake模型在医学图像分割中的应用已经越来越广泛,但在应用该模型时,如何选取合适的初始轮廓是一个难题;在对血管内超声医学图像的研究基础上,提出了一种基于灰度信息与ROI区域的初始轮廓获取方法,根据IVUS图像的灰度特征对其进行自适应阈值分割以及面积滤波,然后获得分割轮廓点集进而得到snake初始轮廓点集;在matlab7.0环境分别对不同类别的2种IVUS图像的中外膜边缘提取进行仿真实验,实验证明该方法获得的初始snake轮廓较为逼近目标真实轮廓且适合于snake模型进行迭代收敛,由于其初始轮廓已较为接近目标真实轮廓,因此节省了snake模型的迭代次数,算法运行效率也优于手工提取初始轮廓的snake方法,可以较为方便的应用于实际领域。     

基于改进SPCNN模型的机场跑道胶痕检测方法

针对机场跑道胶痕形态特征多样性和跑道环境复杂性导致胶痕检测效率低下的问题,提出了基于改进简化脉冲耦合神经网络模型的机场跑道胶痕图像分割算法。首先在利用邻域灰度关系优化反馈输入的基础上,将神经元点火阈值机制从传统的指数衰减改进为线性分层步长衰减。然后引入杜鹃搜索算法,结合最小交叉熵对改进模型进行参数寻优。最后根据点火映射区域的平均灰度值构建自适应迭代终止条件。实验结果表明,该算法具有更高的胶痕检测精度,且在光照条件较差和标志线影响的情况下具有更好的抗干扰性。     

基于改进活动轮廓模型的图像分割

针对图像分割中的灰度不均匀和轮廓初始化问题,提出一种基于区域的活动轮廓模型。将图像的全局信息和局部信息作为能量项驱动活动轮廓向目标边缘演化,以有效分割灰度不均匀图像,为保证图像分割的速度和精度,在能量方程中加入长度项和惩罚项,并采用梯度下降法得到该模型的最小化能量方程。实验结果表明,和局部二值拟合模型、局部图像拟合模型相比,该模型能分割灰度不均匀的图像,对初始轮廓曲线大小和位置更不敏感,且分割图像所需的迭代次数、迭代时间更少。     

基于全散度的变分CV模型及其分割算法

CV模型在图像灰度不均匀或有噪声干扰时,易出现错分现象,因此将全散度引入变分CV模型,提出了基于全散度的变分CV模型及其迭代分割算法.分析基于欧氏距离所对应的变分CV模型分割算法存在的问题和不足,通过图示说明全散度相对于欧氏距离在距离计算与坐标系选择无关的优势,将其引入变分CV模型拟合偏差项,来提高图像灰度值与分割区域平均灰度偏差计算的鲁棒性.然后,采用欧拉-拉格朗日变分法获得全散度变分CV模型的偏微分方程,并采用数值计算方法获得该偏微分方程的迭代求解算法.同时在全散度变分CV模型中,增大拟合偏差项的权重系数,加大拟合偏差项在变分模型中的重要性.实验结果表明,全散度变分CV模型具有初始化敏感低、抗噪性强、鲁棒性高等优点.     

Segmentation through variable-order surface fitting

The solution of the segmentation problem requires a mechanism for partitioning the image array into low-level entities based on a model of the underlying image structure. A piecewise-smooth surface model for image data that possesses surface coherence properties is used to develop an algorithm that simultaneously segments a large class of images into regions of arbitrary shape and approximates image data with bivariate functions so that it is possible to compute a complete, noiseless image reconstruction based on the extracted functions and regions. Surface curvature sign labeling provides an initial coarse image segmentation, which is refined by an iterative region-growing method based on variable-order surface fitting. Experimental results show the algorithm's performance on six range images and three intensity images     

基于改进归一化割的甲状腺肿瘤B超图像分割

为了实现甲状腺肿瘤B超图像和核素图像的图像配准融合以及得到特征级图像配准所需要的特征区域,需分割出甲状腺、肿瘤及其周围组织。这类图像在形成过程中往往会产生斑点噪声使图像质量较差,且具有灰度对比度低和亮度分布不均匀等特点,提出一种基于各向异性扩散的归一化割分割法,将各向异性扩散模型引入到归一化割中,并通过调节模型参数来对甲状腺肿瘤B超图像进行去噪和边缘增强,优化了归一化割中轮廓线图和权值矩阵,在一定程度上避免了归一化割的过分割和欠分割,实验结果证明了该方法的可行性。     

An active contour model driven by anisotropic region fitting energy for image segmentation

A novel region active contour model (ACM) for image segmentation is proposed in this paper. In order to perform an accurate segmentation of images with non-homogeneous intensity, the original region fitting energy in the general region-based ACMs is improved by an anisotropic region fitting energy to evolve the contour. Using the local image information described by the structure tensor, this new region fitting energy is defined in terms of two anisotropic fitting functions that approximate the image intensity along the principal directions of variation of the intensity. Therefore, the anisotropic fitting functions extract intensity information more precisely, which enable our model to cope with the boundaries with low-contrast and complicated structures. It is incorporated into a variational formula with a total variation (TV) regularization term with respect to level set function, from which the segmentation process is performed by minimizing this variational energy functional. Experiments on the vessel and brain magnetic resonance images demonstrate the advantages of the proposed method over Chan–Vese (CV) active contours and local binary active contours (LBF) in terms of both efficiency and accuracy.     

基于分水岭变换的粘连颗粒图像分割方法

提出了一种基于分水岭变换的粘连颗粒图像分割方法. 首先对图像进行预处理,进行二值化;然后通过距离变换和灰度形态重构得到每个目标的种子区域（目标标记）;再根据目标标记使用强制最小技术修正距离变换图;最后,对修正后的距离变换图进行分水岭变换,得到分割结果. 在Matlab环境下进行实验,结果表明该算法效果良好,能有效的抑制过分割.     

超声相控阵缺陷检测聚焦技术仿真分析

采用有限元方法对超声相控阵缺陷检测技术进行分析.首先介绍了超声波波束聚焦、偏转的基本原理,然后使用COMSOL有限元分析软件以及Matlab仿真程序对超声相控阵缺陷检测技术进行建模,在该模型的基础上分析了超声相控阵延时聚焦技术的实现过程与方法.在仿真过程中,通过改变阵元参数,研究其对于超声相控阵缺陷检测信号的影响,并结合物理实验进行了验证.分析结果表明,超声相控阵的延时聚焦技术减小了发射波的波幅宽度,提高了缺陷点回波信号的幅值;基于延时聚焦技术的发射信号,其波束指向性图的主波瓣波束较窄,幅值较高,旁瓣幅值降低,提高了图像分辨率以及成像质量.     

基于SLIC的改进GrabCut彩色图像快速分割

GrabCut算法用户交互量少且分割精度高,但它迭代使用GraphCuts的求解模式使得在处理高分辨率图像时,耗时巨大。提出了一种快速GrabCut算法,在高斯混合模型参数估计过程中,通过SLIC算法构建精简的GraphCuts模型以实现加速。通过SLIC算法将原始图像快速地预分割成具有确定边界且区域内相似度高的超像素图,并以此构建精简的网络图。以块内的RGB均值描述超像素特征进行高斯混合模型参数估计。为了提高分割精度,使用得到的GMM参数对原始图像进行分割。实验结果证明了该算法在时效和精度上都有很好的性能。     

3维灰度矩阵的钢板缺陷图像识别

目的 钢板表面缺陷的种类多样、灰度结构复杂,现有的图像分割技术运用在灰度结构复杂、目标边缘模糊的钢板缺陷图像中仍然存在识别效率低、过分割现象明显等问题,本文结合图像灰度矩阵的空间特征,提出一种基于3维灰度矩阵的钢板表面缺陷识别算法。方法 首先根据灰度图像构建3维灰度矩阵;然后引入半类间方差改进克里金插值算法,绘制3维灰度矩阵的等值线图;接着构建等值线的拓扑关系树;最后根据自定义的全局搜索策略和局部搜索策略相结合,寻找局部凹凸区域,从而定位缺陷区域,达到分割钢板表面缺陷的目的。结果 本文方法能有效地识别钢板表面缺陷区域,对光照变化不敏感,在保证低误差率的前提下,提高了有效分割率。通过对氧化、辊印、结疤和气泡四类钢板缺陷图像进行测试,从分割效果和评价指标两方面对比其他钢板缺陷分割算法。与Fisher阈值分割法、经典的活动轮廓模型CV模型、基于半局部区域描述符的活动轮廓模型HTB模型和改进背景差分法进行分割效果对比,本文方法对四类钢板表面缺陷的识别更精确,分割结果更细致,一定程度上抑制了过分割现象。与大津法Ostu、1维最大模糊熵法1DMFE、最大模糊超熵法MFEE进行评价指标对比,得出对于分割孔洞和辊印图像,本文方法在误分割率均保持在2.0%以下的前提下,将有效信息率分别提升了1.6%和2.1%;对于夹杂图像,本文方法在3.4%的误分割率的前提下,具有85%以上的有效信息率。结论 提出的基于3维灰度矩阵的钢板缺陷图像识别算法可以有效地识别多种类型的钢板缺陷,即使在缺陷结构复杂的图像识别中仍具有较高的识别率。