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。     

融合各向异性扩散信息的图像分割

目的 图像因各种因素的影响存在一定程度的噪声,而噪声会在图像分割时影响待分割目标的边缘识别,导致分割结果难以达到理想状态。针对以上问题,在距离规则化水平集（DRLSE）演化模型的基础上,提出一种将各向异性扩散散度场信息融合到DRLSE模型中的新模型。方法 将水平集函数初始化为分段常数表达式,设定演化方程中的参数和水平集函数演化过程中的迭代时间步长Δt。随后将常值权系数α替换为融合各项异性扩散散度场信息的变权系数α（I）,对水平集函数的演化方程进行迭代演化,直至收敛到目标边缘。输出最终演化轮廓。结果 对选自Weizmann数据库的图像和经过人为改造的的图像进行图像分割实验,采用迭代时间和评价分割结果相似性的J系数（Jaccard相似性系数）和D系数（Dice相似性系数）等定量指标进行评价。对无噪声图像和噪声图像分割时,本文模型的J系数和D系数均比DRLSE模型的值大,表明本文模型的分割结果与真值图像的相似性较高。在分割时间方面,仅在分割背景简单边缘清晰的无噪声图像时,本文模型较DRLSE模型略长;在分割边缘清晰、背景灰度不均匀和边缘模糊、背景灰度不均匀的无噪声图像以及人为添加噪声的各种情况下,本文模型分割时间均明显短于DRLSE模型。其中,对边缘模糊、背景灰度不均匀的无噪声图像,本文模型分割时间为3.718 s,较DRLSE模型短9.523 s;对存在噪声、待分割目标存在凹区域且边缘模糊背景灰度不均匀图像,本文模型分割时间为4.235 s,较DRLSE模型短35.165 s。结论 实验结果表明,融合了各向异性扩散信息的DRLSE模型在图像分割尤其是噪声图像分割方面,具有明显的有效性、高效性和鲁棒性。     

3维牙颌模型牙齿分割的路径规划方法

目的 从3维牙颌模型上分割出单颗牙齿是计算机辅助正畸系统的重要步骤。由于3维测量分辨率和网格重建精度的有限性,三角网格牙颌模型上牙龈和牙缝边界往往融合在一起,使得单颗牙齿的自动分割变得极为困难。传统方法容易导致分割线断裂、分支干扰等问题,且手工交互较多,为此提出一种新颖的基于路径规划技术的单颗牙齿自动分割方法。方法 为避免在探测边界时牙龈和牙缝相互干扰,采用牙龈路径和牙缝路径分开规划策略。首先基于离散曲率分析和一种双重路径规划法搜索牙龈分割路径,并基于搜索到的牙龈路径利用图像形态学和B样条拟合技术构建牙弓曲线;然后综合牙龈路径和牙弓曲线的形态特征探测牙龈路径上的牙缝凹点以划界每颗牙齿的牙龈边界轮廓,并通过匹配和搜索牙龈边界轮廓上颊舌侧凹点间的最优路径确定齿间牙缝边界路径;最后细化整个路径以获取每颗牙齿精确的封闭分割轮廓。结果 对不同畸形程度的患者牙颌模型进行分割实验,结果表明,本文方法对于严重畸形的牙齿能够产生正确的分割结果,而且简单快速,整个分割过程基本能够控制在20 s以内。和现有方法相比,本文方法具有较少的人工干预和参数调整,除了在个别牙齿边界较为模糊的位置需要手动调整外,大部分情况都是自动的。结论 提出的路径规划方法具有强大的抗干扰能力,能够有效克服牙缝牙沟等分支干扰以及分割线断裂等问题,最大程度地减少人工干预,适用于各类畸形牙患者模型的牙齿分割。     

小邻域统计信息核磁共振医学图像分割模型

目的 提出局部统计信息测地线活动轮廓图像分割方法。方法 该方法采用高斯分布拟合图像局部灰度统计特征信息,构造了方向性驱动项。在此基础上,建立了局部统计信息测地线能量泛函。通过极小化该泛函,来驱动演化曲线有序地向目标边界逼近,最后,整个分割过程采用二值水平集方法实现。结果 本文方法降低了灰度不均匀信息影响,达到提取感兴趣区域轮廓目的,提高算法效率和稳定性。结论 实验结果表明,该方法可以快速准确地分割医学感兴趣目标边界。     

一种向量场卷积外力加速的GAC模型

结合参数活动轮廓模型和几何活动轮廓模型的优势,提出一种向量场卷积(VFC)外力加速的侧地活动轮廓(GAC)模型。利用外力场优势,通过引入基于VFC力场的双向边界吸引力和自适应膨胀力,自适应地调整模型曲线的演化方向。实验结果表明,该模型可以克服参数活动轮廓模型不能处理拓扑结构变化的问题,避免传统GAC模型曲线单边演化的现象,能够提取深度凹陷的目标边界,对初始轮廓不敏感,对图像噪声和弱边界具有较高的鲁棒性。     

基于改进的活动轮廓图像分割

图像分割是由图像处理到图像分析的关键步骤，也是一种基本的计算机视觉技术。针对传统的活动轮廓模型在分割过程中具有处理速度慢，运算量大，对凹陷轮廓处理效果差等缺点，提出了一种改进的活动轮廓图像分割技术．在传统的活动轮廓中，外部能量通常由目标点的梯度势能场给出，然而梯度势能场存在着一些难以克服的缺点，即不能够很好地指导曲线的移动。把梯度向量流场（GVF）作为外部能量场，有效地克服了传统梯度势能场捕捉范围小以及难以处理凹平面的缺点，并通过实验证明了该方法的有效性。     

多相主动轮廓模型的眼底图像杯盘分割

目的 视盘及视杯的检测对于分析眼底图像和视网膜视神经疾病计算机辅助诊断来说十分重要,利用医学眼底图像中视盘和视杯呈现椭圆形状这一特征,提出了椭圆约束下的多相主动轮廓模型,实现视盘视杯的同时精确分割。方法 该算法根据视盘视杯在灰度图像中具有不同的区域亮度,建立多相主动轮廓模型,然后将椭圆形约束内嵌于该模型中。通过对该模型的能量泛函进行求解,得到椭圆参数的演化方程。分割时首先设定两条椭圆形初始曲线,根据演化方程,驱动曲线分别向视盘和视杯方向进行移动。当轮廓线到达视盘、视杯边缘时,曲线停止演化。结果 在不同医学眼底图像中对算法进行验证,对算法抗噪性、不同初始曲线选取等进行了实验,并与多种算法进行了对比。实验结果表明,本文模型能够同时分割出视盘及视杯,与其他模型的分割结果相比,本文算法的分割结果更加准确。结论 本文算法可以精确分割医学眼底图像中的视盘和视杯,该算法不需要预处理,具有较强的鲁棒性和抗噪性。     

利用区域信息融合混合活动轮廓模型的 河流遥感图像分割

目的 河流遥感图像是背景复杂的非匀质图像,利用传统的活动轮廓模型进行分割往往不够准确。针对这一问题,提出了基于区域信息融合的混合活动轮廓模型来分割河流遥感图像。方法 该混合模型将Chan-Vese(CV)模型和基于交叉熵的活动轮廓模型的外部能量约束项相结合,并赋予归一化调节比例系数。通过计算轮廓曲线内外区域像素灰度的方差和交叉熵,指导曲线逼近目标边缘。为了加速混合模型的演化,引入曲线内外区域像素灰度的类内绝对差,取代原有的内外区域能量权值,以提高混合模型的分割效率。结果 大量实验结果表明,相较于CV模型、测地线模型、基于交叉熵的活动轮廓模型、CV模型和测地线模型的混合模型以及局部全局灰度拟合能量模型(LGIF),本文混合模型分割河流遥感图像的灵敏度和上述方法都接近于100%,准确率大幅提升,在90%以上,虚警率则下降了约50%,且所需迭代次数和运行时间更少。结论 本文提出的混合模型主要适用于具有一定对比度的河流遥感图像,在分割性能和分割效率两个方面,都有明显的优势。     

基于GVF Snake的图像轮廓检测

主动轮廓模型(snake)是计算机视觉领域的重要研究方向,受到越来越多的研究者的青睐.由于传统snake具有不能收敛到凹形区域和收敛速度较慢等缺点,通过改进外部能量,引入了梯度矢量流主动轮廓模型(GVF Snake).实验表明,该方法能更快、更好的收敛于图像轮廓.     

基于变分水平集的目标轮廓分割方法

针对风洞试验摄影测量技术中标识点图像边缘模糊,难以快速、准确分割的难题,设计了一种基于变分水平集的目标轮廓自动分割方法.分割模型根据图像域内零交叉曲线两侧二阶微分值符号相反的特性,构造了新的曲线演化引导函数,位于标识点内部、外部,甚至与标志点轮廓相交叉的初始曲线,在该引导项的指引下均可自动收敛到标识点边界处.同时,模型中引入新的边界函数,解决了标识点弱边缘分割过程中演化曲线边界泄露的问题.在合成图像和实际风洞模型图像上的仿真实验结果表明了该方法的准确性与优越性.     

改进的梯度向量流模型及其应用

基于梯度向量流(GVF-Gradient Vector Flow)外力场的活动轮廓线模型的不足之处在于Snake曲线在窄带凹边界处收敛效果不好.通过在能量泛函的变分方程中引入两个以图像梯度为变量的函数来解决这个问题.改进的模型继承了GVF活动轮廓线模型的全部特性,同时提高了其在窄带凹边界处的收敛性,并加快了初始Snake曲线的收敛速度.多个算例说明了本文方法的有效性.     

一种改进的活动轮廓图像分割技术

图像分割是由图像处理到图像分析的关键步骤，也是一种基本的计算机视觉技术。针对传统的活动轮廓外力模型均存在一些难以克服的缺点，提出了一种改进的活动轮廓图像分割技术，并首先介绍了用活动轮廓进行目标分割的基本原理，即一条曲线在其内部能量和外部能量的共同作用下，可以移动到所期望的位置，并且当曲线到达目标位置的时候，活动曲线所具有的能量达到最小。在传统的活动轮廓中，外部能量通常由目标点的梯度势能场给出，但是由于梯度势能场存在着一些难以克服的缺点，即不能够很好地指导曲线的移动，为此，对其进行了改进，即采用一种梯度向量流场作为外部能量场的方法，从而有效地克服了传统梯度势能场捕捉范围小以及难以处理凹平面的缺点，并通过实验证明了该方法的有效性。     

一种改进的Snake模型与MRI图像分割

Snake模型分割图像时要求初始轮廓线位于图像特征附近,且难以处理深度凹陷区域。该文在快速Snake模型的目标函数中增加局部面积能量项,扩大了算法捕获图像特征的范围;以边缘增强后的BPV图像的梯度为参数,计算梯度向量流场以代替MRI图像的梯度,提高了算法处理弱边界和凹陷区域边界的能力,优化算法的时间复杂度仍然为O(nm)。实验结果表明,该算法能够有效地分割左心室MRI图像。     

一种改进的 VFC Snake模型 *

为了克服 VFC( vector field convolution) Snake模型对图像弱边界的泄露问题 ,对其作了两点改进 : a)重新定义了向量场核的模 ,有效降低了 VFC外力对向量模参数的敏感性 ; b)综合利用 VFC外力和图像势能力 ,给出动态 VFC外力。随着模型曲线的形变 ,不断调整外力 ,使得曲线精确定位到目标边界上。最后通过实验证明了改进后的 VFC Snake模型对噪声具有鲁棒性、对参数变化不敏感 ,且能够收敛到图像弱边界处。     

Adaptive diffusion flow active contours for image segmentation

Gradient vector flow (GVF) active contour model shows good performance at concavity convergence and initialization insensitivity, yet it is susceptible to weak edges as well as deep and narrow concavity. This paper proposes a novel external force, called adaptive diffusion flow (ADF), with adaptive diffusion strategies according to the characteristics of an image region in the parametric active contour model framework for image segmentation. We exploit a harmonic hypersurface minimal functional to substitute smoothness energy term in GVF for alleviating the possible leakage. We make use of the p(x) harmonic maps, in which p(x) ranges from 1 to 2, such that the diffusion process of the flow field can be adjusted adaptively according to image characteristics. We also incorporate an infinity laplacian functional to ADF active contour model to drive the active contours onto deep and narrow concave regions of objects. The experimental results demonstrate that ADF active contour model possesses several good properties, including noise robustness, weak edge preserving and concavity convergence.     

一种基于图割与GVF Snake的凹型目标快速提取算法

将图割理论与GVF Snake模型有机结合,提出了一种凹型目标的快速提取算法。首先用图割算法对初始轮廓线迭代变形,使其在快速提取非凹型段目标边界的同时将轮廓线有效地置于梯度矢量流力场的“有效逼近域”内,然后用GVF Snake算法继续对轮廓线迭代变形,提取凹型段目标边界。实验表明,该算法能快速、准确提取凹型目标。     

基于改进的GVF模型的CT图像分割方法

活动轮廓模型被广泛应用于医学图像分割之中．文中针对CT图像的分割方法进行了探讨，提出了一种基于GVF模型的改进的活动轮廓分割法。改进方法采用轮廓中心法及引入一作用力的方法，克服了GVF模型不能处理深度凹陷区域的问题．实验结果表明，改进后的分割方法较原Snake模型及GVF模型的效果更好．     

基于复合矢量场的改进ACM模型与医学图像分割

提出了一种基于复合矢量场的改进ACM模型分割算法。采用广义模糊理论对图像进行处理,得到较理想的边缘映射图,在此基础上构建一个复合矢量场替代原有的力场,使得图像的分割结果有了较大的改进。实验结果证明,该算法能在较大范围内捕获图像的特征、较好地处理深度凹陷区域和大曲率边缘的能力。     

结合轮廓与形状特征的仿射形状匹配

目的 针对仿射变换下形状匹配中存在的描述子对形状的描述能力不足,以及描述子计算耗时大的问题,改进基于所有图像点投影的方法,提出一种利用轮廓计算投影面积的仿射形状匹配算法。方法 该算法分为粗匹配和精匹配两个阶段。粗匹配阶段以CSS角点作为备选特征点,首先统计轮廓投影面积分布作为特征点描述子;然后利用动态规划蚁群算法匹配两幅图片公共特征点序列,并将匹配好的特征点序列记为对应的新特征点;最后采用该新特征点划分目标曲线,得到对应的轮廓曲线;这一阶段的目的是对形状的筛选以及寻找一致的轮廓特征点,同时完成轮廓曲线的划分。精匹配阶段,采用小波仿射不变描述子,对粗匹配阶段匹配代价最小的5%的目标进行对应曲线匹配,得到精匹配阶段的匹配代价,从而实现对仿射目标的识别;精匹配弥补了描述子对轮廓细节描述不足的问题。结果 算法的平均检索速度比传统基于形状投影分布描述子提高44.3%,在MPEG-7图像库上的检索效果为98.65%,在MPEG-7仿射图像库上的查准率与查全率综合评价指标比传统的基于形状投影分布描述子高3.1%,比形状上下文高25%。结论 本文算法匹配效果好,效率高,抗噪性强,解决了仿射描述子计算速度慢、描述能力不足的问题,能有效地应用于仿射形状匹配与检索领域。