钢板表面低对比度微小缺陷图像增强和分割

目的 环境干扰及光学元件不稳定等因素往往会造成钢板表面图像照度不均,钢板表面的微小缺陷具有图像灰度不均、对比度低、形态微小等特点,给后续图像分析和缺陷识别带来因难。为此,提出一种钢板表面低对比度微小缺陷图像增强和分割算法,以消除照度不均并突出缺陷信息,从而有效分割缺陷目标。方法 采用小波-同态滤波算法进行图像增强处理,即先利用小波变换对图像进行分解,再基于同态滤波对小波低频系数进行图像灰度修正,同时对高频系数进行高通滤波,然后将处理后的小波低频系数和高频系数进行重构得到增强的图像,从而达到消除照度不均、增强缺陷细节信息的目的。最后利用最大类间方差法（Otsu法）确定自适应阈值提供给Canny算子进行边缘检测。结果 采用本文算法对钢板表面多类型低对比度表面微小缺陷进行研究,有效消除了光照不均;单一的Otsu阈值分割和Canny算子难以有效检测这些缺陷,而本文Otsu-Canny算法的正确检测率达96%。结论 采用小波-同态滤波进行图像增强处理后,再利用Otsu-Canny算法对钢板表面多类型、低对比度的微小缺陷进行边缘检测取得了良好效果。     

基于2维灰度熵阈值选取快速迭代的图像分割

目的 为了使图像阈值分割的精度和速度进一步提高,提出了一种基于2维灰度熵阈值选取快速迭代的图像分割方法。方法 首先,提出了1维灰度熵阈值选取的快速迭代算法;然后,考虑图像目标和背景的类内灰度均匀性,给出了基于灰度—邻域平均灰度级直方图的灰度熵阈值选取准则;最后,提出了2维灰度熵阈值选取的快速迭代算法,并采用递推方式计算准则函数中的中间变量,避免其重复运算,加快了运算速度,大大减少了运算量。结果 大量实验结果表明,与近年来提出的3种阈值分割法相比,所提出的方法分割性能更优,分割后的图像中目标区域完整,边缘清晰,细节丰富且运行时间短,仅为基于混沌小生境粒子群优化的二维斜分倒数熵分割法运行时间的3%左右。结论 本文方法对不同类型灰度级图像的分割效果及运行速度均有明显优势,是实际系统中可选择的一种快速有效的图像分割方法。     

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。     

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。     

多描述子活动轮廓模型的医学图像分割

目的 医学图像分割结果可帮助医生进行预测、诊断及制定治疗方案。医学图像在采集过程中受多种因素影响,同一组织往往具有不同灰度,且伴有强噪声。现有的针对医学图像的分割方法,对图像的灰度分布描述不够充分,不足以为精确的分割图像信息,且抗噪性较差。为实现医学图像的精确分割,提出一种多描述子的活动轮廓（MDAC）模型。方法 首先,引入图像的熵,结合图像的局部均值和方差共同描述图像的灰度分布。其次,在贝叶斯框架下,引入灰度偏移因子,建立活动轮廓模型的能量泛函。最后,利用梯度下降流法得到水平集演化公式,演化的最后在完成分割的同时实现偏移场的矫正。结果 利用合成图像和心脏、血管和脑等医学图像进行了仿真实验。利用MDAC模型对加噪的灰度不均图像进行分割,结果显示,在完成精确分割的同时实现了纠偏。通过对比分割前后图像的灰度直方图,纠偏图像只包含对应两相的两个峰,且界限更加清晰;与经典分割算法进行对比,MDAC在视觉效果和定量分析中,分割效果最好,比LIC的分割精度提高了30%多。结论 实验结果表明,利用均值、方差和局部熵共同描述图像灰度分布,保证了算法的精度。局部熵的引入,在保证算法精度的同时,提高了算法的抗噪性。能泛中嵌入偏移因子,保证算法精确分割的同时实现偏移场纠正,进一步提高分割精度。     

水平集活动轮廓模型的3维牙齿重建

目的 建立患者口腔每颗牙齿独立的3维模型对于计算机口腔修复的精确定位和量化评估具有十分重要的意义。针对口腔CT图像序列的牙齿形态变化和排列特点,提出一种新颖的基于水平集活动轮廓模型的3维牙齿重建方法。方法 基于层间映射机制,对不同部位牙层切片采用不同的分割模型：利用先验形状约束能量、基于Flux模型的边缘梯度能量、基于先验灰度的局部区域能量相结合构造的单相混合水平集模型分割牙根层切片轮廓;利用结合区域竞争约束的双相混合水平集模型分割牙冠层切片轮廓;最后利用这些层间轮廓重建出牙齿3维模型。结果 对不同位置的牙齿CT图像进行分割实验,结果表明,与现有的方法相比,本文方法具有较好的分割效果和较高的准确率,平均分割相似系数达到96%。结论 本文的混合水平集模型能有效克服牙髓腔和牙槽骨的干扰以及图像灰度不均匀等问题,较准确地重建出每颗牙齿独立的3维模型,从而为制定口腔修复规划、生物力学分析等奠定坚实的基础。     

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。     

自适应属性加权2维FCM分割算法

目的 为了提高2维直方图模糊C均值聚类分割算法的抗噪性和普适性,提出了属性加权2维直方图模糊C均值聚类分割新方法。方法 针对2维直方图模糊C均值聚类分割算法存在阈值参数选取不当导致抗噪性能差的不足,将属性加权引入2维直方图模糊C均值聚类并有效解决了每维属性聚类贡献度的问题。结果 本文算法相比2维直方图模糊C均值聚类分割法抗椒盐和高斯噪声性能平均提高了2～3 dB;同时,相比模糊局部C均值聚类分割法抗椒盐噪声性能平均提高了2～3 dB且抗高斯噪声性能稍差大约1 dB,但本文算法相比模糊局部C均值聚类分割法的速度平均提高了大约40倍。结论 实验结果表明,本文算法相比现有2维直方图模糊C均值聚类算法更适合噪声图像分割;同时,相比模糊局部C均值聚类算法更有利于实时性要求较高场合的目标跟踪和识别等需要。同时从大量图像测试得出,本文算法对于一般人工合成图像、智能交通图像及遥感图像等具有普遍适用性。     

局部区域拟合的快速水平集图像分割方法

目的 由于灰度不均匀图像在不同目标区域的灰度分布存在严重的重叠,对其进行分割仍然是一个难题;同时,图像中的噪声严重降低了图像分割的准确性。因此,传统水平集方法无法鲁棒、精确、快速地对具有灰度不均匀性和噪声的图像进行分割。针对这一问题,提出一种基于局部区域信息的快速水平集图像分割方法。方法 灰度不均匀图像通常被描述为一个分段常数图像乘以一个缓慢变化的偏移场。首先,通过一个经过微调的多尺度均值滤波器来估计图像的偏移场,并对图像进行预处理以减轻图像的不均匀性;然后,利用基于偏移场校正的方法和基于局部区域信息拟合的方法分别构建能量项,并利用演化曲线轮廓内外图像灰度分布的重叠程度,构建权重函数自适应调整两个能量项之间的权重;最后,引入全方差规则项对水平集进行约束,增强了数值计算的稳定性和对噪声的鲁棒性,并通过加性算子分裂策略实现水平集快速演化。结果 在具有不同灰度不均匀性和噪声图像上的分割结果表明,所提方法不但对初始轮廓的位置、灰度不均匀性和各种噪声具有较强的鲁棒性,而且具有高达94.5%的分割精度和较高的分割效率,与传统水平集方法相比分割精度至少提高了20.6%,分割效率是LIC（local intensity clustering）模型的9倍;结论 本文提出一种基于局部区域信息的快速水平集图像分割方法。实验结果表明,与传统水平集方法相比具有较高的分割精度和分割效率,可以很好地应用于具有灰度不均匀和噪声的医学、红外和自然图像等的分割。     

稀疏形状先验的脑肿瘤图像分割

目的 在脑部肿瘤图像的分析过程中,准确分割出肿瘤区域对于计算机辅助脑部肿瘤疾病的诊断及治疗过程具有重要意义。然而,由于脑部图像常存在结构复杂、边界模糊、灰度不均以及肿瘤内部存在明暗区域的问题,使得肿瘤图像分割工作面临严峻挑战。为了克服上述困难,更好地实现脑部肿瘤图像分割,提出一种基于稀疏形状先验的脑肿瘤图像分割算法。方法 首先,研究脑部肿瘤图像的配准与形状描述,并以此为基础构建脑部肿瘤的稀疏形状先验约束模型;继而,将该稀疏形状先验约束模型与区域能量描述方法相结合,构建基于稀疏形状先验的能量函数;最后,对能量函数进行优化及迭代,输出脑部肿瘤区域分割结果。结果 本文使用脑胶质瘤公开数据集BraTS2017进行算法测试,本文算法的分割结果与真实数据之间的平均相似度达到93.97%,灵敏度达到91.3%,阳性预测率达到95.9%。本文算法的实验准确度较高,误判率较低,鲁棒性较强。结论 本文算法能够结合水平集方法在拓扑结构描述和稀疏表达方法在复杂形状表达方面的优势,同时由于加入了形状约束,能够有效削弱肿瘤内部明暗区域对分割结果造成的影响,从而更准确和稳定地实现脑部肿瘤图像分割。     

带钢表面缺陷图像的增强和分割方法

对带钢表面缺陷进行检测时,由于光照不均匀,将导致缺陷难以识别和分割.针对此问题,提出了改进的图像增强与分割方法.首先,利用自适应二维高斯函数对图像背景进行估计,并结合图像的像素运算均匀图像背景灰度;然后,采用灰度变换函数提高缺陷区域与背景的对比度,增强细节信息;最后,采用最大相关准则方法选取阈值对缺陷图像进行分割.实验...     

自适应灰度加权的鲁棒模糊C均值图像分割

针对传统模糊C均值(fuzzy C-means,FCM)算法以及结合空间信息的相关改进算法分割精度较低、对噪声敏感的问题,提出一种自适应灰度加权的鲁棒模糊C均值图像分割算法。首先,通过定义像素间的局部灰度相似性测度来反映各像素对局部邻域的影响程度,并根据邻域窗口中各像素的灰度差异,利用指数函数进一步控制邻域像素的影响权重,实现像素灰度的自适应加权,从而提高像素灰度计算的准确性。其次,构造出一种改进的距离测度代替传统的欧氏距离,用于计算各像素与聚类中心之间的相似距离,增强算法对噪声和异常值的鲁棒性。最后,将提出的自适应灰度加权方法与改进的距离测度应用到FCM算法中,实现图像分割。实验结果表明,该算法需根据图像噪声的强度适当地选取邻域窗口大小,在此条件下算法能够取得较优的分割效果和运行效率,且对噪声具有较强的鲁棒性。     

采用K-means的脑肿瘤磁共振图像分割与特征提取

大脑肿瘤分割对于医师判断肿瘤恶化程度非常重要。然而,由于肿瘤的不规则形状、与周围组织的低对比度以及出现位置的不固定,给脑肿瘤的精确分割带来很大的困难。传统的K-means分割方法仅仅利用图像的灰度特征,很难准确分割肿瘤边界。利用灰度共生矩阵提取出的纹理特征,并结合图像几何不变矩特征对分割出的脑肿瘤图像进行特征提取。灰度共生矩阵定义为像素对的联合概率分布,是一个对称矩阵,它不仅反映图像灰度在相邻的方向、相邻间隔、变化幅度的综合信息,也反映了相同的灰度级像素之间的位置分布特征,是计算纹理特征的基础;几何矩（不变矩）具有旋转、平移、尺度等特性,能将图像分解为有限特征值,并且通过对比所提取出的同一病人的肿瘤图像的不变矩参数,可以获得该肿瘤几何形状变化程度。实验结果表明,该方法可以同时从纹理和几何特征对图像特征进行描述,与分别采用灰度共生矩阵和不变矩方法进行特征提取相比较,降低了算法计算量,同时提升了算法的抗噪性。     

面向车牌字符分割的图像预处理方法研究

车牌字符分割是车牌识别系统中的核心步骤,而车牌预处理的效果直接关系到分割的准确率。针对传统基于灰度图的预处理方法难以消除由拍摄硬件和成像环境造成的干扰特征,提出一种基于R通道和灰度拉伸的车牌图像预处理方法。该算法将原始图像以R通道的数据表征,抑制车牌成像的干扰特征,提高了字符与背景底色的区分度;为了进一步增强图像的对比度,提出改进的灰度拉伸算法,有效分离字符和背景。为验证提出的预处理算法对字符分割的效果,引入一种基于投影和模板匹配的分割算法,实验表明,该算法不仅改善了污损车牌的成像效果,同时也有效提升了分割准确率。     

应用激光雷达与相机信息融合的障碍物识别

针对探测器在地外星体表面软着陆过程中的障碍物识别问题,提出了一种融合三维点云数据与灰度图像数据进行精确障碍物识别的方法。首先利用坐标转换将灰度图像与三维点云归一化到同一坐标系下,实现传感器数据的融合。然后采用改进K均值聚类算法对预处理后灰度图像进行图像分割,生成光学障碍图。最后利用开源库PCL(Point Cloud Library)对激光雷达生成的三维激光点云数据进行处理,采用随机采样一致性算法提取着陆区地形水平面,对去除水平面后的点云数据进行点云分割,分离出突起物、凹坑等障碍物,并通过激光雷达与相机转换坐标系,投影到像平面,生成最终障碍图。     

基于自定义灰度空间分布密度矩阵的Otsu改进算法

Otsu自适应阈值法作为图像阈值分割的经典算法,在图像处理与模式识别领域有着广泛应用.将图像中灰度级的空间分布特性应用到图像分割中,自定义适当的灰度空间分布密度矩阵结合先验知识,提出Otsu改进算法.实验证明在图像中目标与背景的灰度差异不是特别大的情况下,该算法的分割效果优于经典的Otsu算法以及其它分割算法.     

使用模糊竞争Hopfield网络进行图像分割

针对传统自组织竞争学习方法的不足,将模糊竞争学习引入竞争Hopfield网络中,由此设计了一个用于图像分割的模糊竞争Hopfield网络,通过将图像空间映射到灰度特征空间,实现灰度特征集的模糊聚类,进而实现图像分割.实验结果表明:对于二值分割,与Ostu方法相比,此算法在分割效果和对噪声的自适应能力方面具有明显的优点.对于多类分割,此算法比目前的FCM(fuzzy C mean)算法的处理速度要快.     

复合板灰色自适应瑕疵检测

目标检测是图像处理领域非常关键的一个环节,对实际拍摄的复合板图像进行处理,以灰色系统理论为基础,构建零模灰色关联模型,采用灰度直方图差分自适应法进行动态阈值分割,实现了复合板瑕疵（小目标）的检测。实验表明该方法具有误检率低、稳定性高、自适应能力强、算法简单等特点。