基于局部熵的区域活动轮廓图像分割模型

为解决区域活动轮廓模型不能有效分割灰度不均图像的问题，提出了局部熵约束的区域活动轮廓模型应用于图像分割。首先基于局部熵信息将图像划分为两个特征区域，然后利用局部熵特征信息构造二值拟合能量，并与区域可放缩拟合（Region-scalable fitting，RSF）模型相结合，最后得到水平集演化方程。该模型考虑了图像灰度分布的聚集特征和局部区域统计信息，能有效处理灰度不均匀、弱边缘等图像分割问题，且对轮廓初始位置更具鲁棒性，医学图像实验结果验证了模型的有效性。     

形状约束下活动轮廓模型冠脉血管图像多尺度分割

目的 由于计算机断层血管造影(CTA)图像的复杂性,临床诊断冠脉疾病往往需要经验丰富的医师对冠状动脉进行手动分割,快速、准确自动分割出冠状动脉对提高冠脉疾病诊断效率具有重要意义。针对双源CT图像特点以及传统单一基于区域或边界的活动轮廓模型的不足,研究了心脏冠脉3维分割算法,提出一种基于血管形状约束的活动轮廓模型分割方法。方法 首先,利用改进的FCM(fuzzy C-means)对心脏CT图像感兴趣区域初分割,其结果用于初始化C-V模型水平集演化曲线及控制参数,提取感兴趣区域轮廓。接着,由3维心脏图像数据获取多尺度梯度矢量信息构造边界型能量泛函,然后利用基于Hessian矩阵的多尺度血管函数对心脏感兴趣区域3维体数据增强滤波,获取血管先验形状信息用于约束能量泛函。最后融合边界、区域能量泛函并利用变分原理及水平集方法得到适合冠脉血管分割的水平集演化方程。结果 由于血管图像的灰度不均匀,血管末端区域更为细小,所以上述算法的实施是面向被划分多个子区域的血管,在缩小的范围内进行轮廓的演化。相比于传统的血管分割方法,该方法充分融合血管图像的先验信息及梯度场信息,能够从灰度及造影剂分布不均匀的冠脉血管图像中准确分割出冠状动脉,对于细小的血管结构亦能获得较好的分割效果。实验结果表明,该方法只需在给定初始轮廓前提下,有效提取3维冠脉血管。结论 对多组心脏CT图像进行分割,本文基于血管先验形状约束的活动轮廓模型可以准确分割出冠脉结构完整轮廓,并且人工交互简单。该方法在双源CT冠脉图像自动分割方面具有较好的正确率与优越性。     

一种新的灰度非均匀图像分割模型

基于局部区域的主动轮廓分割模型在针对灰度非均匀图像进行分割时,容易受到初始轮廓曲线位置的影响,且基于水平集模型的数值实现速度较慢。为此,提出一种新的图像分割模型。该模型采用局部符号差能量项作为曲线演化的驱动力,为减少模型对初始轮廓曲线位置的依赖,采用全局凸分割策略,得到一个离散化的凸分割模型,该模型包含Mumford-Shah分割模型中的二次光滑项,使分割后的区域更加平滑,使用split Bregman迭代算法进行数值实现。实验结果表明,与局部二值拟合模型、局部符号差能量模型相比,该模型能对灰度非均匀图像进行较准确的分割,具有较快的运算速度和较好的鲁棒性。     

基于圆形约束C-V水平集的肺部CT图像病灶分割

针对肺部CT图像中圆形病灶区域的分割问题,对Chan-Vese水平集图像分割方法进行了分析和改进,提出了基于圆形约束的C-V水平集模型,进而提出了基于圆形约束水平集的肺部图像病灶分割算法,解决了图像中大小不同的多圆检测问题。对合成图像和实际临床肺部CT图像进行了分割实验,结果表明,该方法可以较好地分割出图像中的多个圆形区域,算法具有较好的抗噪性,实现速度较快,有利于实现肺部CT图像肺结节自动检测。     

一种新的结合图像梯度的局部活动轮廓模型

基于区域的局部二值拟合模型只考虑图像灰度的平均值统计信息,然而由于图像中的噪声改变了图像的灰度分布,该类方法对于包含大量噪声的图像往往很难获得理想的效果。为了提高模型对于噪声的鲁棒性,提出了一种结合图像统计信息和梯度信息的局部活动轮廓模型。该模型在图像灰度的统计信息的基础上,加入图像梯度信息,分别构造以高斯函数为核函数的局部二值灰度拟合能量和局部二值梯度拟合能量,得到最终的能量泛函,并通过最小化该能量函数,驱使活动轮廓向目标边缘演化。实验结果表明,基于图像灰度和梯度的局部活动轮廓模型能够有效克服图像中弱边缘以及强噪声对于分割结果的影响,其分割精度高于同类方法。     

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。     

融合局部和全局图像信息的活动轮廓模型

为了克服局部图像拟合模型对轮廓初始化敏感的不足,结合改进C-V模型,提出一种融合局部和全局图像信息的活动轮廓模型.首先由改进C-V模型的全局灰度拟合力和局部图像拟合模型的局部灰度拟合力的一个线性组合来构造水平集演化力,然后通过调整这2个拟合力的权重以提升该模型对轮廓初始化的灵活性,最后利用高斯滤波正则水平集函数法实现水平集函数的正则化.实验结果表明,对于一些真实和人造图像,文中模型显示了对轮廓初始化的鲁棒性,以及较好地处理灰度不均图像的能力.     

基于变动权值的混合水平集图像分割模型

基于局部区域的活动轮廓模型(LRAC)分割图像时对初始轮廓的严重依赖性,提出一种基于局部和全局区域结合的水平集图像分割算法。结合Chan-Vese水平集模型和LRAC模型的特点,在构造水平集函数时定义了变动的权值参数,将水平集函数的局部和全局能量泛函项结合起来,其中,权重参数由图像梯度和图像演化曲线内外局部均值定义。另外,在水平集函数演化时采用窄带法,以减小计算的时间复杂度。实验结果表明,该算法模型兼有CV模型和LRAC模型的优点,比LRAC模型对初始轮廓选取的依赖性低,收敛速度快;比窄带CV模型的对目标边缘分割效果好。     

基于超像素/像素协同约束和稀疏分解的活动轮廓模型

针对水平集图像分割模型的分割结果不够准确且对初始轮廓位置和噪声敏感问题,提出了超像素/像素协同约束和稀疏分解的活动轮廓模型。首先引入超像素提取图像块信息构造符号压力函数防止轮廓在演化过程中陷入局部最优;其次,构建了基于超像素/像素协同约束的能量泛函以弥补超像素无法保留局部细节的缺陷;同时,为了解决基于非全局信息的活动轮廓模型演化速度慢的问题,提出模型利用超像素块加速轮廓演化;最后引入了稀疏分解对模型进行优化以减弱局部噪声对分割精度的影响。与多种水平集分割模型的实验结果对比,证明了提出方法的有效性,尤其与原始的二值选择和高斯滤波正则化水平集模型相比,提出方法对噪声和初始轮廓位置不敏感,平均Jaccard相似度系数提升了34%。     

基于优化活动轮廓模型的SAR影像海陆分割方法研究*

SAR（合成孔径雷达）影像具有很强的乘性斑噪,给图像分割带来了困难。本文利用Gamma分布拟合SAR影像,并将其用于构造基于区域信息的能量泛函,提出了一种基于活动轮廓模型的SAR影像海陆自动分割方法。该方法在能量泛函中同时融合了边缘信息和区域信息,既有利于边界精确定位又有利于降低乘性斑噪的影响,利用活动轮廓演化模型,通过变分水平集方法推动活动轮廓曲线向海岸线演化,在最小化特定的能量泛函的约束下,使活动轮廓与海岸线重合,达到影像分割的目的。同时针对该模型提出了优化方法提高其计算效率,使本文提出的分割算法更加实用。     

改进CV模型的医学图像分割

基于水平集的图像分割方法能有效处理拓扑结构较复杂、有分支的目标,分割结果对目标初始轮廓的位置不敏感,对图像中对比度低的边界的识别效果不佳。广义模糊算子能有效提高图像边界区域与非边界区域的对比度,图像细节分明、失真度小。运用广义模糊算子来改进水平集分割方法中的Chan-Vese模型（简称CV模型）的速度函数;并扩大传统CV模型的边界检测范围以减少迭代次数,加快收敛速度;最后消除误分割区域以进一步提高分割的准确性。对模拟和真实医学图像分割的实验结果表明：改进后的模型能较大提高分割的准确性及效率。     

全局和局部拟合的活动轮廓模型

在现有的活动轮廓模型中,PC模型和RSF模型是两个著名的基于区域的模型。PC模型对活动轮廓的初始化和噪声不敏感,但不能分割灰度不均一图像。RSF模型能够分割灰度不均一图像,但对活动轮廓的初始化和噪声较为敏感。基于PC和RSF模型,提出一个以偏微分方程形式表达的基于区域的活动轮廓模型。实验表明该模型能够分割灰度不均一图像,对初始轮廓的大小和位置不敏感,抗噪性也较强。     

基于全局-局部策略的EMD概率主动轮廓模型

主动轮廓模型作为图像分割的有力工具,近年来得到了广泛的应用。在讨论前人工作的基础上,首先将基于区域直方图的概率估计方法和EMD距离引入主动轮廓模型,建立了基于EMD距离的能量泛函。为了解决图像局部的置乱现象容易产生分割误差的问题,提出一种全局-局部模型,提高分割精度,并应用于EMD距离,不仅扩大了模型的应用范围,而且使分割效果得到了进一步的提升。     

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。     

基于改进测地线模型的医学图像分割

提出了一种由测地线活动轮廓模型GAC（Geodesic Active Contour）和局部区域信息相结合的图像分割新方法LGAC（Local Geodesic Active Contour）。构造了基于图像局部信息的演化曲线符号压力函数和演化模型,用水平集方法演化实现,零水平集能准确地在目标边缘收敛,对目标背景对比度较低的图像的分割达到理想效果。利用高斯核函数对水平集函数平滑处理以维持演化稳定,节省了计算时间。实验结果证明了该方法的可行性。     

结合先验形状和Mumford-Shah模型的活动轮廓分割

基于先验形状和Mumford-Shah模型的活动轮廓分割是一种抗噪声干扰、稳定的图像分割方法。该模型采用水平集方法,并结合活动轮廓模型、先验形状和Mumford-Shah模型来控制曲线演化。特定目标的先验知识可以有效地指导目标准确分割,经过主成分分析（PCA）法可以得到感兴趣对象形状的主要信息。通过对不同图片分割实验表明,针对特定的形状,该方法对杂乱背景、部分遮挡、缺失和强噪声的图片依然能得到满意的结果。     

基于局部模型匹配的目标轮廓跟踪

在复杂背景下,传统轮廓跟踪方法会发生漂移,甚至丢失目标。针对上述问题,提出一种基于局部模型匹配（LMM）的目标轮廓跟踪算法。利用超像素技术结合EMD相似性度量构建局部特征模型,从而进行局部模型匹配。结合粒子滤波的Snake模型作提取目标轮廓,实现目标轮廓精确跟踪。实验结果表明,该算法在目标形变、部分遮挡、复杂背景等条件下均具有较高的跟踪成功率。与多种目标轮廓跟踪算法进行对比,该算法具有较高的准确性和鲁棒性。     

基于对偶方法和局部统计信息的快速图像分割

CV模型和局部二值拟合模型用于图像分割时往往只能得到局部最优解,且计算量大,分割速度慢。为此,引入一个变量,将其与已知变量组成对偶变量,并利用图像的局部统计信息,建立主动轮廓模型的对偶模型,实现图像的快速分割。针对合成图像、多目标物体图像和灰度不均匀的医学图像进行实验,结果表明,该模型能自动处理拓扑结构的变化,从而快速准确地分割图像。     

一种新的自适应水平集融合算法

在处理不均匀图像时,自适应距离保持水平集演化(ADPLS)算法速度快、不受初始轮廓影响,但精度较低;LBF算法精度高,但速度较慢同时易受初始轮廓影响。针对上述2种算法的优缺点,提出一种新的自适应融合算法。该算法根据图像信息自动调整ADPLS与局部二值拟合算法在融合算法中所占比重,实现不同算法的优势互补。实验结果证明,该融合算法在分割精度、速度及稳定性等方面有明显提高。     

融合局部和全局高斯概率信息的图像分割模型

在现有的活动轮廓中,LBF模型、LIF模型和LGDF模型是著名的基于区域的模型。虽然能分割灰度不均匀的图像,但对活动轮廓的初始化和噪声较为敏感。针对该问题,提出一种融合全高斯和局部高斯概率信息的活动轮廓模型。首先由全局高斯模型的全局灰度拟合力和局部高斯模型的局部灰度拟合力的一个线性组合来构造水平集演化力,然后引入这两个拟合力的动态权重以达到该模型的灵活性,实验结果表明,该模型能分割灰度不均的图像,且允许灵活的轮廓初始化,抗噪声性强。