基于旋转不变测度的扩散张量图像配准

扩散张量成像（Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging,DT-MRI）是一种新兴的磁共振成像技术,作为非侵入性的分析大脑内部结构的重要工具,DTI在神经外科学等临床领域的研究中发挥着重要的作用,与此同时不同个体以及同一个体不同时间采集的DTI数据的配准需求也与日俱增,为满足实际需求提出了一种基于旋转不变测度的扩散张量图像的配准方法,首先对扩散张量图像进行空间变换,使其空间位置一一对应,考虑张量数据的方向性特点,再对每个张量进行重定向,从而保证了配准后的图像其扩散张量方向与周围组织的解剖结构一致。实验结果表明,该方法计算复杂度低,是一种有效的张量图像配准方法。     

基于改进模拟退火算法的医学图像配准

基于互信息的图像配准方法被广泛应用于医学图像配准,但其目标函数常常存在许多局部极值,干扰配准结果.提出了改进的下降单纯形-模拟退火混合算法.利用快速的下降单纯形法作局部搜索获得局部极值,再利用具有全局优化能力的模拟退火法来获取全局极值,从而实现CT-MR多模医学图像配准.实验表明,该混合算法与传统的单一算法相比,配准精度高,速度快.     

一种基于混合优化算法的医学图像配准方法

为了实现脑部多模医学图像配准,提出了一种基于混合优化算法的配准方法。该算法采用遗传算法中的杂交思想改进了混沌粒子群算法,并用最大互信息测度对脑部MRI及CT图像进行配准。该改进算法可有效地避免优化算子陷入局部极值,而且算法收敛快。实验结果证明了提出的基于遗传思想的改进混沌粒子群优化算法对多模医学图像配准具有有效性。     

互信息医学图像配准研究与局部极值的克服

研究了基于互信息的三维医学图像配准,并克服了的局部极值问题。改进了互信息和归一化互信息的公式,减小了计算量：对Powell算法的方向替换策略进行矫正,最大限度地保持原搜索方向;采用预谩旋转量的方法有效解决了插值赝像局部极值问题。采用背景阚值策略,减小了互信息的计算区域,应用形态学方法,去除了PET图像的背景伪迹,使用了多分辨率策略,有效地提高了配准的速度。实验表明,用谊改进的算法进行三雏医学图像配准可以达到亚像素精度,且在速度上有了明显的提高。     

遗传算法对Powell图像配准方法的改进

针对Powell算法在搜索过程中具有初始值依赖和容易陷入局部极值的问题,提出了使用遗传算法改进Powell算法在图像配准中的应用。利用图像的归一化互信息作为遗传算法的适应度,全局、并行搜索图像配准参数作为Powell算法的初始值,再使用Powell算法局部逼近近似最优解。实验结果证明,改进后的Powell算法能有效地减少图像配准的时间,提高配准的精度,精度能达到亚像素级。     

一种改进的心脏磁共振图像亚像素匹配方法

心肌灌注磁共振图像系列的配准是心脏分析诊断的重要辅助手段。针对心脏磁共振时间序列图像,提出了一种结合力矩主轴法与互信息法的序列图像亚像素配准新方法。给出了一种由粗配准到精配准的混合配准策略。采用力矩主轴法进行粗配准,避免那些远离全局最优点的局部极值;采用Powell算法和模拟退火算法相结合的搜索策略,以互信息的值作为目标函数,对结果进行优化。使得图像配准精度和速度有极大的提高。     

基于互信息的磁共振颅脑图像配准

基于互信息的全局配准算法是近年图像配准研究的热点之一,此法具有精度高、鲁棒性强的特点.但是在计算互信息的时候,采用部分体积插值计算联合直方图无法避免在像素褴数倍位移处的局部极值,从而会造成误配准.分析了局部极值产生原因,然后根据信息熵的基本性质,提出了一种降低配准图像灰度等级的方法.这种方法抑制了因PV插值所引起的局部极值情况,平滑了信息熵的曲线.然后采用Powell优化算法对信息熵函数进行寻优.实验结果表明配准精度可以达到亚像素级.     

基于互信息和二级搜索的图像配准

基于互信息的图像配准方法,已经广泛应用于图像配准领域.但互信息图像配准方法容易受到局部极值的干扰,难以得到最优解.对互信息图像配准中互信息的表征、图像插值方法以及优化搜索算法三个要素做了探讨,尤其针对常用的Powell搜索算法的不足,提出了基于互信息和二级搜索的图像配准算法.该算法以标准互信息为图像相似测度,利用PV插值法平滑搜索空间,采用Simplex算法进行一级粗配准,采用Powell算法进行二级精配准.仿真结果表明,二级搜索配准算法能够有效地克服局部极值,提高计算速度,用于大差异图像配准.     

自适应变异差分算法与Powell算法相结合的医学图像配准

图像配准是医学图像处理中的关键技术。文中提出一种自适应差分算法(Difference Algorithm,DE)和Powell算法相结合的多分辨率医学图像配准方法,其不仅可以克服Powell算法依赖初始点的缺点,还可以降低陷入局部极值的几率。首先,对源图像进行多分辨处理,获得包括源图像在内的三层图像;然后,在低分辨率图像上使用自适应DE算法进行全局变换参数的搜索,获得的变换参数作为Powell算法的初始点;最后,在高分辨率图像及源图像上使用Powell算法进行配准。与传统实验相比,该方法具有更高的精确度,能够有效避免局部收敛问题。     

基于等效子午面与互信息量的医学图像配准

提出了一种新的基于等效子午面和互信息量的三维医学图像快速配准算法--EMP-MI算法.传统的互信息量的方法需要考虑整个三维数据的信息,计算复杂度大,无法满足临床需要.而本算法将三维数据的配准转化为二维数据的配准,在保证精度的前提下,减少了配准所需时间.文中创新点在于利用主成分分析计算出图像的等效子午面并将图像转化到标准坐标系下,从而将质心和等效子午面粗配准,精细配准时只需要对浮动图像进行微小的调整计算等效子午面的互信息量,这就大大提高了配准速度,减少了陷入局部极值的可能.实验结果表明这种先整体后局部的方法能准确、快速地处理图像刚性配准问题,特别适用于三维医学图像的配准.     

A canonical form-based approach to affine registration of DTI

Due to the orientation feature of diffusion tensor images (DTI), tensors need to be reoriented during an affine registration. There exists two active reorientation schemes: finite strain (FS) and preserving principal direction (PPD). However, FS scheme limits its application on rigid deformation and PPD scheme suffers from computation load caused by the iteration. In order to overcome these shortcomings, we propose a canonical form-based affine registration of DTI, named as CFARD. We transform voxel sets into canonical forms where an affine registration is simplified as a rigid registration, while still preserves the effects of non-rigid components. This transforming thus extends the application of FS scheme to affine deformation. Furthermore, to reduce computation load, the quaternion technique is skillfully employed to seek a closed-form solution of the optimal rotation where no iteration is required. Extensive experiments are conducted on synthetic and real DTI data from the human brain. In contrast to four existing algorithms, the proposed CFARD improves the consistency between tensor orientation and the anatomical structures after deformation, and performs a better balance between accuracy and computational complexity.

     

变参数active demons算法下的多通道弥散张量图像配准

目的 弥散张量图像（DTI）配准不仅要保证配准前后图像解剖结构的一致性，还要保持张量方向的一致性。demons算法下的多通道DTI配准方法可充分利用张量的信息，改善配准质量，但大形变区域配准效果不理想，收敛速度慢。active demons算法能够加快收敛速度，但图像的拓扑结构容易改变。由此提出一种变参数active demons算法下的多通道DTI配准方法。方法 综合active demons算法中平衡系数能加快收敛速度、均化系数能提高DTI配准精度的优点，手动选择一个均化系数，并在算法收敛过程中随着高斯核的减小动态调整平衡系数。在配准开始时采用较小的平衡系数获得较快的收敛速度，随着收敛的加深逐渐增大平衡系数获得较小的配准误差。结果 active demons方法能改善DTI大形变区域的配准问题，但均化系数太小会改变图像拓扑结构。固定均化系数，引入单一的平衡系数能加快收敛速度，但会导致拓扑结构改变。变参数active demons方法有效提高了配准的收敛速度，明显改善大形变区域的配准效果，同时能保持图像拓扑结构不变。变参数active demons配准后的10组数据均获得最小均方差（MSE）和最大特征值特征向量对重叠率（OVL），配准精度最高。在0.05的配对样本t检验水平下，变参数active demons和active demons方法配准后的MSE、OVL的差异均有统计学意义；变参数active demons和demons方法配准后的MSE、OVL的差异均有统计学意义（p<0.05）。结论 变参数active demons算法下的多通道DTI配准方法明显提高了配准精度和速度，改善了demons方法不能有效配准大形变区域的问题，同时能够保持配准前后图像的拓扑结构，尤其适合个体间形变较大的DTI配准。     

Surface registration using a dynamic genetic algorithm

Robust and fast free-form surface registration is a useful technique in various areas such as object recognition and 3D model reconstruction for animation. Notably, an object model can be constructed, in principle, by surface registration and integration of range images of the target object from different views. In this paper, we propose to formulate the surface registration problem as a high dimensional optimization problem, which can be solved by a genetic algorithm (GA) (Genetic Algorithms in Search Optimization and Machine Learning, Addison-Wesley, Reading, MA, 1989). The performance of the GA for surface registration is highly dependent on its speed in evaluating the fitness function. A novel GA with a new fitness function and a new genetic operator is proposed. It can compute an optimal registration 1000 times faster than a conventional GA. The accuracy, speed and the robustness of the proposed method are verified by a number of real experiments.     

Ad Hoc网络中的服务注册算法研究

在Ad Hoc网络服务注册技术的选用上,往往存在一个共同的局限性,即单点失效问题,其在网络应用中带来了处理能力和带宽的较大消耗。基于对服务注册技术的分析,讨论了服务注册的工作过程。通过服务注册区域的选取,求解出为达到最优网络性能时的最优解。提出了一种基于跳数的区域服务注册算法,仿真实验表明该算法可以有效地解决Ad Hoc网络中的单点失效问题,提高网络服务注册效率。     

一种基于遗传算法的图像配准算法研究

针对图像位置配准问题,提出了一种基于遗传算法的图像配准算法。选择合适的相似性参数来表征两图像的配准参数,引用遗传算法实现对相似性参数的优化,通过对比实验得到的种群大小、遗传代数和运算时间,最终用MATLAB编写程序对本算法进行实验。实验结果表明该算法相对传统算法具有较好的收敛性和运算速度,同时也具有较好的精确度和实用性。     

基于改进PSO-TrICP算法的点云配准

针对传统迭代最近点（Iterative Closest Point,ICP）算法在初始空间位置偏差大时,容易陷入局部最优的问题,提出一种基于改进PSO-TrICP算法的点云配准方法。首先,对传统粒子群（Particle Swarm Optimization,PSO）算法进行改进,引入适应度的相似度测量准则调整粒子的更新方式,然后加入历次迭代的全局最优解的均值作为新的学习因子避免求解过程中出现“早熟”现象;其次用刚性变换参数和点云间的重叠率组成粒子,利用改进PSO算法为配准提供良好的初始相对位置;最后,通过裁剪迭代最近点（Trimmed Iterative Closest Point,TrICP）算法估计点云间的空间变换。实验结果表明,改进PSO-TrICP算法的配准精度与运行效率优于近年提出的同类配准算法,且具有较好的鲁棒性。     

基于自适应尺度的遥感影像渐进配准

图像配准是遥感图像处理中的基本问题.本文针对多源多时相遥感影像的特点,提出了一种基于自适应尺度的渐进配准方法,在从粗到细的迭代配准过程中,可以通过上一次配准结果的几何定位误差来确定本次匹配的尺度,并按该尺度提取特征角点和特征邻域进行匹配,与常规金字塔渐进配准方法相比,减少了匹配次数,提高了配准效率.另外,特征提取和匹配过程中提出一种基于Harris-Laplace算法和相位相关算法的遥感影像配准算法,利用Harris-Laplace角点代替原始图像,能够综合区域和特征的优点,对亚像元偏移、旋转、尺度变化具有不变性,同时对对比度和灰度的变化不敏感,具有很强的抗噪性.在特征检测和匹配的过程中采用限定搜索区域、抽稀角点等多种优化策略来提高算法的性能.实验证明,算法具有很好的精度,对几何攻击具有很好的鲁棒性,该算法已经应用于CBERS-02B星3级数据的批量自动化生产,具有很好的应用效果.     

基于平衡系数的Active Demons非刚性配准算法

经典的Active demons算法利用参考图像和浮动图像的梯度信息作为驱动力,并使用均化系数调节两种驱动力之间的强度.该算法克服了Demons算法单一使用参考图像的梯度信息作为驱动力的缺点,但是Active demons算法中的均化系数无法同时兼顾大形变和小形变区域的准确配准,还会导致配准的收敛速度和精确度相互制约的问题.为此,本文提出一种新的Active demons非刚性配准算法.提出的算法在Active demons扩散方程中引入一个称为平衡系数的新参数,与均化系数联合调整驱动力,不仅可以兼顾图像中同时具有的大形变和小形变区域的准确配准,而且在一定程度上缓和了收敛速度和精确度相互制约的问题.为了进一步提高配准的收敛速度和精确度,避免陷入局部极值,在新的配准算法的实现中引入由粗到细的多分辨率策略.在Checkboard测试图像、自然图像和医学图像上的实验结果表明,提出的算法较经典的Active demons算法收敛速度更快,配准精度平均提高了54.28%,接近最新的TV-L1光流场图像配准算法的配准精度,解决了Active demons算法存在的问题.     

一种新的卫星多光谱图像自动配准算法

针对小卫星独立相机多光谱成像系统波段间配准的非线性误差问题,提出了一种多光谱图像波段间自动配准算法,该算法综合利用互信息、遗传算法和MQ几何校正模型进行多光谱图像的自动配准。在算法中,以互信息作为配准的相似性度量,获得了很高的配准精度;利用遗传算法的快速搜索特性,可以较快的完成搜索并获得整体的最优解;利用MQ几何模型可以精确的建立图像之间的几何关系。试验表明该算法对于多光谱图像波段间非线性几何关系,能够取得非常高的波段间自动配准精度,整体配准误差在一个像元以内。