基于梯度的混合Mumford-Shah模型医学图像分割

针对C-V法的水平集图像分割法缺少局部控制能力等问题,将基于边缘的几何主动轮廓线模型和基于区域的C-V法两者结合起来,提出了基于梯度的混合Mumford-Shah图像分割模型HMSG。给出了HMSG模型的参数设置准则,在分割的初期加大模型中全局特征项的权值,在分割的后期则加大局部特征项的权值,以提高模型的图像分割能力。对合成图像与医学图像的分割实验结果表明,该方法优于C-V方法对于含有噪声和边缘模糊的非二值图像的分割,能够较为准确地提取图像边界,可以有效提高图像分割整体性能。     

基于Chan-Vese水平集的梯度加速分割模型

为了提高图像分割的速度和精度,提出了一种新的基于Chan-Vese水平集模型(C-V模型)的梯度加速分割模型.首先,在C-V模型的能量函数中加入一个内部能量项,抵消演化过程中水平集函数和符号距离函数的偏差,从而消除分割中周期性重新初始化的过程;其次,提出了梯度加速项,通过感兴趣区域的图像特征,快速得到该区域的边界,且能够提高弱边界的分割精度.实验证明,提出的方法不仅能够加速特定区域的分割、提高分割精度,还能保持分割过程的稳定性.     

多通道图像轮廓线提取的变分算法

针对多通道的图像分割提出一种新的活动轮廓线提取算法。对轮廓线长度采用Munford-Shah最小化泛函加上图像每个通道上的拟合误差之和。与传统C-V方法类似,该算法不需要图像的梯度信息就可以检测物体的边缘,解决了传统C-V方法不管从哪个尺度空间都无法完全分割彩色图像中物体的问题。并通过改进初始化函数提高了分割的速度。     

一种整合单通道各向异性扩散信息的水平集图像分割方法*

在对Chan-Vese提出的基于简化Mumford-Shah模型(C-V模型)改进的基础上,针对彩色图像、多光谱图像等多通道图像,提出了一种多通道C-V模型水平集图像分割方法.首先将多通道图像分解到各单通道,使用一种新的各向异性扩散方法对各通道进行平滑滤波,然后使用能够整合各通道各向异性扩散信息的多通道C-V模型进行分割.普通彩色图像与多光谱图像数据的实验结果表明,该方法分割质量明显优于传统的C-V模型分割.     

基于区域增长与局部自适应C-V模型的脑血管分割

提出了一种针对TOF MRA(time-of-flight magnetic resonance angiography)磁共振图像的双重分割脑血管提取方法。首先结合高斯滤波,采用二维OTSU算法,结合MIP(maximum intensity projection)图像获得三维血管种子点,定义全局与局部信息相结合的区域增长规则,通过区域增长算法对血管进行粗分割;然后,采用 Catt 扩散模型对体数据场进行各向异性滤波,提出了局部自适应C-V模型,将初步分割结果作为自适应活动轮廓模型的初始轮廓线进行二次分割。实验结果表明,该算法不仅能够有效分割脑血管粗大分支,而且还能精确提取脑血管的细小结构。     

快速分割SAR影像海岸线的多尺度水平集方法

针对C-V模型对SAR影像海岸线分割速度慢的问题,以高分辨率珠海南岸ENVISAT ASAR影像为研究样本,提出了一种快速、高精度的多尺度C-V模型(multi-scale-C-V,M-C-V)水平集分割海岸线方法。该方法在传统C-V模型中加入多尺度技术缩小影像尺度获得不同空间分辨率下的影像序列,利用低通滤波磨光小尺度影像序列以形成边界相对光滑的影像序列,在具有不同尺度和磨光程度的影像序列中逐一进行基于C-V模型的水平集海岸线分割。在海岸线分割中,高空间分辨率影像继承上一级低空间分辨率影像中提取的边界并通过C-V模型进一步细化海岸线。实验表明,该方法加速形成初始水平集,缩短了提取海岸线的时间,同时较好地剔除零散的非主体海岸线部分,提高了主体海岸线的识别精度,使提取海岸线过程具有鲁棒性。     

基于改进符号压力函数的变分水平集图像分割算法

为了更好地解决含有弱边界、灰度不均匀的图像在分割时出现的轮廓线错误移动而导致分割结果错误的问题,结合图像的统计信息,构造出一种新的符号压力(SPF)函数,提出了一种基于改进的压力符号函数的变分水平集图像分割算法。首先,利用新的压力符号函数代替边缘函数,构造了新的活动轮廓模型;其次,该算法保持了测地线活动轮廓(GAC)模型和chan-vese(C-V) 模型的优点,使水平集函数演化到目标的边界上;最后,对一些弱边界、灰度不均匀的图像进行仿真实验,结果表明提出的算法能够精准地分割目标,并且具有一定的抗噪性。     

基于改进C-V模型的图像分割方法

传统C-V模型分割图像利用图像区域特征,忽略 了边缘等能够反应图像细节的特征。为了达到更好的图像分割效果,对于这些细节信息的处理则显得尤为重要。图像的梯度信息在边缘区域具有较大幅值,在同质区域具有较小幅值,因而可以用图像梯度来反映图像的边缘信息。把边缘信息融入C-V模型,利用同质区域信 息和边缘信息控制曲线演化,则可以达到更好的分割效果。本文提出的新模型克服了C-V模型的一些 缺陷,对背景灰度不均匀或含弱边缘的图像能够获得更好的分割效果。     

基于改进的LBF模型的图像分割

LBF(Local Binary Fitting)模型利用局部图像信息能够对强度分布不均匀的图像进行分割,然而,该算法仅考虑均值信息,导致模型在处理弱边界图像时得不到理想的分割结果。为此提出一种改进方法:在考虑图像局部均值信息的同时考虑图像局部方差信息和全局方差信息,使得演化曲线能够准确地停止在目标边界上;同时为了加快曲线演化的速度,结合了CV模型的能量项。实验结果表明,改进的方法对含有弱边界信息图像进行分割时能取得较好的效果,演化速度上也有明显的提高。     

基于知识粒度的图像分割新算法

为有效解决粗糙理论在边界域不能够变化因而无法适应图像信息复杂空间的相关性和不确定性的问题,提出基于变精度分层粒度模型的图像分割算法。以知识粒度为基础,引入分类误差精度,构造出具有不同置信阈值和分类质量的图像粒度结构;根据分割精度要求,确定单元粒度层,在该粒度层分析不同灰度级的重要度,进行相应的灰度核计算;通过差异度指数定义等价关系,实现相似区域合并,完成图像分割。分割实验结果表明,该算法降低了图像信息和时间的复杂度,提高了图像分割的并行性,为知识粒度在图像处理中的应用提供了新思路。     

基于局部C-V水平集的CT肝脏病灶提取

本文针对肝脏CT图像的特点,提出一种局部C-V模型水平集算法对肝脏病灶进行分割。该算法首先在肝脏内部选择包含病灶的局部图像,再采用局部最大类间方差法进行预分割,根据最佳阈值确定初始水平集,最后采用局部C-V模型对初始轮廓曲线进行演化。实验结果表明该方法能较好地提取出肝脏病灶。     

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。     

数字式射线图像缺陷检测的C-V方法

数字式射线图像（DR图像）缺陷检测主要是进行缺陷区域的分割和测量,分割精度将直接影响到测量精度。C-V模型是一种新的基于曲线演化理论和水平集方法的图像分割模型,它结合区域信息使得分割结果全局最优,可以很自然地处理轮廓线拓扑结构的变化。针对工件DR图像特点,研究了一种DR图像缺陷检测的C-V方法：首先应用C-V模型进行DR图像缺陷区域的分割,在此基础上,完成缺陷区域几何参数的测量。实验表明,C-V方法能准确地分割出DR图像中的缺陷区域,并获得缺陷形心和面积等参数。     

C-V模型在红外视频火灾图像分割中的应用

针对大空间中红外视频火灾图像边缘模糊,不易准确分割问题,研究了一种基于背景差分和C-V模型的分割方法。通过背景差分得到运动图像;利用形态学处理得到完整的运动区域,并获得其外接矩形;以外接矩形作为C-V模型的初始轮廓曲线进行分割,得到封闭、完整的运动目标轮廓。该算法避免了对整幅图像分割,减少了运算量。通过实验仿真并与阈值分割算法比较,证明了该算法的准确性和有效性,有利于下一步火灾特征提取与识别。     

改进的几何活动轮廓模型图像分割算法

针对C-V模型不能有效地分割多灰度级图像以及抗噪性不强的问题,分别引入了一个以高斯函数为核函数的局部二值拟合能量项和一个边缘停止函数。利用局部窗函数内的加权均值取代C-V模型的全局均值,并加入了距离函数补偿项,避免了水平集函数的重新初始化,同时将图像的边缘信息融入到C-V模型中,克服了传统的C-V模型无法利用图像梯度信息的不足。实验证明,改进的模型和LBF模型在血管图的分割的效果明显好于C-V模型,在分割时间上,改进的模型也少于LBF模型和C-V模型;对于灰度分布不均匀以及含有噪声的图像,无论是在分割的速度还是分割的效果上,改进的模型均明显优于C-V模型和LBF模型。     

结合局部特征和全局信息的自适应活动轮廓模型

提出一种新的基于全局图像信息和局部图像特征的活动轮廓分割模型。模型的总能量函数主要包括3项:全局能量项、局部能量项和自适应调节项。其中,全局能量项整合了图像的全局信息,局部能量项则考虑了图像的局部特征,而二者的权重会根据上下文内容自适应调整。由于在模型中充分利用了图像全局信息和局部特征,因而有效地提高了分割的精度。此外,加入了凸优化技术,以获取模型的全局最优解。最后,采用Split-Bregman方法进行快速求解,使得模型的分割效率大大提高。实验结果表明,该模型对初始化具有较好的鲁棒性,在分割精度上有了较大的提升,特别是分割速度比C-V模型快1.5倍到2倍。     

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。     

基于先验知识水平集方法的草莓图像分割

在实际应用中,当目标本身含有一些固有的颜色纹理特征时,可将这些特征作为一种先验信息,这样可以大大提高分割的准确性.为此,本文提出了一种基于先验信息的改进水平集图像分割方法.首先,利用传统的C-V模型能量项的构造思想构建了基于颜色信息的局部能量项,该项是用于处理彩色图像;然后将颜色分量引入到传统的结构张量中构建出新的扩展型结构张量,该项是用于处理纹理信息;最后,将上述新构造的能量项以及Li模型约束项引入到传统C-V模型中得到新的水平集模型.鉴于草莓果实所具有的颜色信息和纹理信息,本文将上述改进水平集方法应用到农业自动化应用中草莓果实分割中.对实验室环境与草莓生长环境下的草莓图像进行分别实验,结果显示该方法能够不仅能够分割出草莓果实且能够很好地处理草莓表面的纹理信息.另还与OTSU算法、传统C-V模型、改进C-V模型对草莓图像作对比实验,结果表明本文算法均比上述三种算法具有更好的分割效果.     

基于C-V模型的眼底图像交互式杯盘分割

针对眼底图像视杯和视盘水平集分割中C-V模型自适应能力不强等问题,提出一种基于C-V模型的视盘和视杯交互式水平集分割算法。该方法通过交互方式给定不同的视盘初始轮廓和C-V模型参数,对眼底图像的杯盘进行精确地分割。实验结果表明,该方法可克服噪声污染、光照不均匀、对比度低等特点对眼底图像分割的影响,对彩色眼底图像中的视杯和视盘进行精确分割。     

一种新的窄带快速区域水平集C-V模型图像分割方法

Chan-Vese提出了区域水平集图像分割C-V模型,该模型随着水平集函数的演化,演化曲线能自然地改变其拓扑结构,因而在很多研究领域有着广泛的应用,特别是在图像分割、目标跟踪领域取得了显著的效果。基于区域的水平集函数比基于梯度的水平集函数在抗噪声方面也表现得更优秀,但是其演化水平集函数也更复杂,主要缺点是演化速度特别慢,限制了在大型高分辫率图像分割中的应用。针对此问题,提出了一种窄带快速区域水平集C-V模型,即先利用GV水平集在低分辨率的图像上检测出大致的边缘,然后映射到高分辨率的图像上,在其边缘的一个窄带内检测更为精确的边缘,其检测速度有了很大的提高。采用高分辫率的大型合成孔径雷达(SAR)遥感图像进行的实验证明了该方法能够快速而有效地提取出海岸线,满足工程中的实际应用。