含先验形状的水平集血管分割方法

针对图像中灰度分布不均匀和弱边缘情况下已有的水平集模型不能正确分割,且现有基于先验形状的水平集模型都要利用大量样本来进行训练的不足,提出一种无需训练的血管先验形状水平集分割方法.首先通过机械应力张量的方法分析Hessian矩阵,并建立血管相似函数;然后根据血管相似函数临界值得到血管的先验形状,并用水平集符号距离隐式表达形状曲线;最后将先验血管形状模型作为约束加入到耦合最小方差和FLUX模型的能量函数中,采用变分水平集法求解能量函数的极值.由于曲线的演化不仅依赖图像的区域信息和梯度信息,还受到血管先验形状的约束,因此该模型不但能精确定位边缘,还能准确地提取出血管.实验结果表明,采用该方法分割严重灰度分布不均匀的血管造影图像,具有准确度好、精度高、鲁棒性好的优点.     

基于变分水平集的灰度不均匀医学图像分割

针对医学图像中存在的灰度不均匀现象,提出一种变分水平集分割模型。将邻域信息引入到基于Bayes决策准则的水平集分割框架中,以增强灰度不均匀条件下弱目标边界的识别能力。为缓解模型求解时易出现的局部极小问题,设计一种简单而有效的随机优化方法以搜索近似全局最优解。实验对比及分析验证了该水平集分割模型在多种灰度不均匀场景下均表现出较好的分割性能。     

基于椭圆约束分割心脏MRI图像的水平集模型

针对左心室外轮廓类似椭圆的特点,提出了基于椭圆约束的水平集模型,该模型在Chan and Vese模型的基础上增加椭圆形状约束项,来控制曲线的演化,将水平集的演化曲线作为对轮廓新的位置预测,并用椭圆对预测结果进行修正,把预测结果和修正结果分别作为新的水平集曲线和椭圆信息,直到曲线停止演化。实验表明,该方法能够有效地分割心脏外轮廓。     

基于先验形状信息的水平集图像分割

针对现有水平集方法对于具有强噪声或弱边界的目标进行分割时存在的问题,提出了一种基于形状先验的图像分割方法.该模型采用变分水平集方法,融合了区域特征和边界轮廓特征,并通过相似性匹配选择最佳先验形状.该模型不仅对具有强噪声和弱边界的复杂图像具有较好的分割效果,而且有效地解决了曲线演化的初始轮廓的确定问题.与传统方法进行对比实验,结果表明,该方法具有较好的分割效果和较高的准确率.     

LATE水平集图像分割模型的矩形窄带法

窄带法是水平集图像分割的一种常见的加速方法.传统窄带仍然存在冗余的计算区域;传统窄带法与LATE （Local Approximation of Taylor Expansion）水平集模型结合时,图像分割效率反而可能下降.针对这些问题,本文提出了一种基于LATE水平集图像分割模型的矩形窄带法.在每次LATE水平集迭代之前,对水平集做如下窄带处理.首先找出水平集的所有过零点;然后对过零点做活动约束,剔除不活动的过零点,有效缩小窄带范围;再对活动约束的过零点生成矩形窄带;对重叠的矩形窄带进行合并优化,使得矩形窄带总面积尽可能小.最后,在矩形窄带范围内求解水平集微分方程,更新水平集,完成本次迭代.在水平集演化的不同阶段,对传统窄带法的窄带面积与本文矩形窄带面积进行了比较.随着迭代次数增加,矩形窄带面积与传统窄带法的窄带面积之比逐渐减小到0,说明矩形窄带法有效地减少了冗余计算量.针对不同程度的灰度不均匀图像,本文方法与LATE方法、结合LATE模型的直接窄带法、以及结合LATE模型的DTM窄带法进行了比较.直接窄带法和DTM窄带法的分割速度反而慢于LATE方法.对灰度严重不均匀的图像,直接窄带法和DTM窄带法的分割质量受到了较大影响.本文方法在保持较好分割效果的条件下,分割速度快于LATE方法.本文的矩形窄带方法有效地降低了算法复杂度,提高了图像分割效率.     

结合水平集方法和形状约束Snake模型的左心室MRI图像分割

提出结合水平集方法和形状约束Snake模型的左心室MRI图像分割算法.由于左心室存在弱边缘、与周围的组织之间存在低对比度区域,Snake模型分割左心室MRI图像时,将会出现变形曲线泄漏现象.通过对训练图像的配准、变化模式的分析,定义左心室的边界形状变化允许空间.根据心脏MRI图像的特点,使用水平集方法在平均形状周围构造形状约束能量场.在Snake模型中增加形状约束能量项后,能够有效处理变形曲线的泄漏问题.通过将演化曲线投影到形状允许空间,对其施加形状约束.心脏MRI图像的分割实验证明了模型的有效性.     

结合形状统计的水平集图像分割

给出了一种结合先验形状统计信息的Mumford-Shah模型的水平集实现方法。结合形状统计的水平集图像分割主要包括先验形状模型的构造和形状能量项的构造,针对这两个主要方面做了如下两点工作：（1）提出了一种简单可行的先验形状模型构造方法;（2）重新构造了形状能量项,它综合考虑了全局和局部形状信息,且不含形状姿态参量,使曲面演化稳定可靠。带标记线左心室核磁共振（MR）长轴图像的实验结果和合成图像的分割结果证明了该方法的有效性。     

基于水平集的手指静脉图像分割

针对手指静脉图像中存在的弱边缘、灰度不均匀以及低对比度等现象,提出一种结合偶对称Gabor滤波与水平集思想的分割算法,并应用于手指静脉图像的分割。首先,使用偶对称Gabor滤波算法,对手指静脉图像从8个不同的方向分别进行滤波运算;然后,根据8个方向上的滤波结果进行图像重建,得到目标与背景灰度对比度显著提高的图像;最后,应用结合局部与全局信息的水平集方法对手指静脉图像进行分割。将所提算法与Li等水平集算法(LI C, HUANG R, DING Z, et al. A variational level set approach to segmentation and bias correction of images with intensity inhomogeneity. MICCAI'08: Proceedings of the 11th International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, Part II. Berlin: Springer, 2008: 1083-1091)、Legendre水平集(L2S)算法相比,所提算法在分割精度评价标准面积差异(AD)百分比上分别降低了1.116%、0.370%,相对差异度(RDD)分别降低了1.661%、1.379%。实验结果表明,与传统只考虑局部信息或全局信息的水平集图像分割算法相比,所提算法能取得更高的分割精度。     

基于水平集人机交互模型的医学图像分割

医学图像中要分割的对象常比较复杂,通常的图像自动分割方法很难得到理想的结果.本文在曲线演化图像分割方法的基础上,提出了一种基于水平集方法的人机交互模型.该模型不仅继承了水平集方法对拓扑变化的自适应性,而且还有良好的人机交互性能.在分割过程中,医生只要在图像的适当位置上加入少许几个标记点,本方法就可以在医生的监督指导下对复杂的对象进行准确的分割.实验表明,本文的交互模型具有良好的实用性.     

基于简化Mumford-Shah模型的水平集红外图像分割算法

由于红外图像大多具有目标模糊,对比度低的特点,传统的分割方法容易受到噪声和边界轮廓的影响而导致分割效果不佳,提出了一种基于简化Mumford-Shah模型的水平集红外图像分割算法.该算法能够通过将初始闭合曲线嵌入水平集函数,利用函数的求解从而达到图像分割的目的.仿真实验结果表明,该分割算法与初始轮廓线位置无关,受边界轮廓线和图像噪声的影响较小,具有较强的鲁棒性,在目标与背景灰度级差别较小的红外图像的分割中取得了较好的效果.     

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。     

一种全局LBF主动轮廓模型

LBF模型的能量函数对于水平集函数是非凸的,从而导致应用LBF模型分割的最终结果对水平集函数的初始化非常敏感。通过凸化LBF模型的能量函数,提出一种全局的LBF模型(GLBF)。该模型针对水平集函数是凸的,从而可以通过任意初始化水平集函数得到全局最优解。此外,该模型不必重新初始化水平集函数为符号距离函数,从而极大地提高运算效率。对灰度不均匀医学图像的分割结果表明,GLBF模型对水平集函数的初始化不敏感,优于传统的LBF模型以及目前具有代表性的LIF模型。     

基于贝叶斯分类模型的双水平集算法的大脑图像分割

针对大脑图像中灰质和白质边界结构的复杂性以及拓扑细长部分目标和弱边界目标分割存在的问题,提出了基于贝叶斯分类模型的双水平集分割算法.鉴于传统的水平集有分割过度、泄漏边界的缺点,可通过贝叶斯分类模型计算出水平集曲线位于边界的概率,并将此概率相关联的区域决策因子添加在水平集函数方程中,从而实现利用图像的区域信息提高水平集曲线识别边界能力的目的.将基于贝叶斯分类模型的双水平集算法应用到大脑图像的分割,通过内外两条水平集共同演化作用,得到了比贝叶斯分类模型的单水平集方法更完整的分割效果,并明显提高了分割效率.     

结合均值聚类的窄带水平集曲线演化

水平集方法是目前常用的一种图像分割方法,但它在构造速度函数时仅使用了图像的梯度信息,对于MRI这类含有强噪音、弱边界等现象的图像很难取得理想的分割结果.针对这一问题,将图像的区域信息和梯度信息相结合,构造新的基于K-均值聚类的水平集速度函数,该速度函数有较强的抗噪性能,并且能够处理含有弱边界、低对比度的图像.对左心室MR图像的分割实验表明该方法具有良好的分割效果.     

基于改进水平集图像分割方法的乳腺超声病灶提取

准确高效的乳腺超声病灶提取技术具有重要应用价值,但超声图像灰度不均匀、伪影重、噪声强、乳腺病灶区域与周围组织相似度较高等特有属性给自动分割带来很大挑战。RSF模型是一种较为成功的图像分割方法,但对初始轮廓和噪声较敏感,直接用于病灶提取有待改进。针对图像局部分割需求,通过预提取初始分割区域作为水平集的初始条件,有助于提高分割精度;以局部能量为主导,较好地处理灰度不匀的超声特质,增加全局能量项以使零水平集能够更好地定位在弱边界;引入灰度变化率作用以提高轮廓在灰度匀质部分的演化速度。分割实验结果表明,该方法能较为准确地定位乳腺超声病灶,有一定的临床参考价值。     

基于区域信息的水平集模型

水平集模型在对具有细长拓扑结构和弱边界的核磁共振图像分割时得不到真实解,针对这一问题,提出一种新的基于区域信息的水平集分割模型.首先运用形态学方法预估计初始背景,采用差分算法提取最终背景,原始图像与背景图像作减法得到含有待分割目标的图像,定义一个新的相似度以及基于相似度信息的水平集速度函数取代传统水平集的速度函数.结果表明这种方法具有很好的分割效果.     

基于水平集的PSO算法的改进

粒子群优化算法PSO(Particle Swarm Optimization)目前仍存在着早熟收敛和收敛速度较慢的难题,提出一种新的PSO改进算法.该算法利用水平集对PSO的每一代粒子按照适应度进行划分,把与目标相关的所有信息结合在一起,改变了原有的PSO进化公式,提高了算法的收敛速度;其次,对于每一代的某个个体进行变异,使其变异到粒子密度低的空间中去,从而提高了粒子的多样性,减少早熟发生的机会.实验证明,这种算法是有效的.     

自适应尺度参数的非均匀图像快速水平集分割

由于不同对象区域之间强度范围的重合,在存在强度不均匀的情况下很难分割图像.针对这一问题,提出一种新的水平集分割方法.在非均匀图像模型的基础上,推导出图像域的最优分割平面.在平面上,提出一种新的基于区域的压力函数,并在水平集公式中定义一个能量泛函.通过对能量泛函最小化,在对非均匀图像分割的同时,对偏置场进行估计.另外,为...     

基于水平集模型的3D表面重建

综合模糊技术和水平集方法,提出了基于水平集模型的3D表面重建的方法,为了使重建结果不受噪声影响且与模型初始位置无关,在模糊分割的基础上,引入了模糊外力,在该外力作用下模型能逼近任意复杂的物体表面;利用水平集方法使模型能重建任意拓扑结构的重杂物体,实验结果表明该方法的有效性。     

基于CV和LBF模型结合的图像分割算法研究与实现

CV模型和LBF模型是两个著名的图像分割模型,然而它们有各自的缺点。CV模型不能处理灰度不均图像,而LBF模型虽然能处理灰度不均图像,但对活动轮廓的初始化很敏感,且对噪声不具有鲁棒性。为了克服上述缺点,首先对图像进行预处理,然后在得到新的图像的基础上提出与LBF类似的模型,同时将其与CV模型结合,得到全局和局部活动轮廓模型。实验结果表明,所提模型不仅能处理灰度不均匀图像,同时减弱了活动轮廓对初始化的敏感性,并且提升了对噪声的鲁棒性。