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。     

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。     

无需初始轮廓的图像分割模型

为了增强对初始轮廓的鲁棒性并提高对灰度不均图像、噪声图像的分割效率,提出一种基于区域的活动轮廓模型。首先分别构造全局灰度拟合力与局部灰度拟合力,然后用线性组合获得模型的拟合项,并通过调整拟合力之间的权重提高模型对初始轮廓的鲁棒性,最后利用演化曲线的长度项保持曲线的光滑性。通过实验结果可以看出：与区域可变灰度拟合（RSF）模型和选择性局部或全局分割（SLGS）模型相比,所提模型的迭代步数分别减少了约57%和31%,分割时间分别减少了约62%和14%。所提模型在无需初始轮廓的情况下,不仅可以快速、准确地分割灰度不均图像和噪声图像,而且对医学图像和红外图像等一些实际应用图像也有很好的分割效果。     

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。     

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。     

基于小波变换的权重自适应图像分割模型

针对灰度不均匀且含噪声图像的分割问题,提出了全局和局部灰度信息的权重参 数自适应水平集分割模型。首先,利用图像的全局和局部灰度信息构造全局能量项和局部能量 项;然后,利用小波变换和小波阈值去噪方法,构造对噪声不敏感的边缘信息刻画矩阵,定义包含 图像边缘信息的自适应权重系数矩阵;最后,利用定义的权重系数矩阵组合全局和局部能量项, 得到分割模型的能量泛函。使用变分法得到了水平集函数演化方程,利用有限差分法实现数值 求解。实验结果表明,该模型兼有 Chan-Vese 模型和 Local Binary Fitting 模型的优点,能够有效 地分割灰度不均匀含噪图像,并对活动轮廓曲线的初始位置和初始形状具有很强的鲁棒性。     

基于自适应投影算法的分数阶全变分去噪模型*

为了在图像去噪的同时较好地保持图像的弱边缘和纹理细节,提出基于自适应投影算法的分数阶全变分模型.该模型使用Grünwald-Letnikov分数阶微分替代全变分正则项中的一阶导数,通过将图像投影在全变分球体上以解决分数阶全变分的优化问题.并根据图像的局部信息将图像分为纹理区域和非纹理区域,从而自适应计算投影方法中的软阈值.理论分析和实验均表明,文中方法在去除噪声的同时可以消除块效应,并且能有效保持图像的弱边缘和纹理细节.     

用于灰度不均图像分割的自适应灰度拟合模型

针对灰度不均图像的分割问题,提出了一个结合全局信息的局部区域自适应灰度拟合模型。首先,分别利用图像的局部和全局信息构造了局部拟合项和全局拟合项;其次,利用像素点邻域内灰度的极差反映该点邻域内灰度的偏差程度,并以此定义了一个自适应权值函数;最后,利用定义的权值函数为局部项和全局项自适应赋权值,得到所提模型的能量泛函,并使用变分法推导出模型的水平集函数迭代方程。数值实现采用有限差分法。实验结果表明,与区域可变灰度拟合（RSF）模型和局部和全局灰度拟合（LGIF）模型相比,所提模型不仅能够稳定、准确地分割多种灰度不均图像,而且对演化曲线初始轮廓的位置、大小和形状具有更强的鲁棒性。     

基于混合主动轮廓模型和区域间差别最大化的细胞弱边界分割

准确分割是图像处理与分析的关键。然而显微细胞图像的目标轮廓模糊、存在弱边界等问题,使得分割结果往往不尽人意。针对这一问题,提出基于混合主动轮廓模型和区域间差别最大化的细胞弱边界分割方法。该模型根据区域最大化的原则,并采用局部和全局灰度信息作模型的驱动力,在确保检测出全局差异的同时,捕捉到局部差异性。模型的能量泛函是由局部和全局拟合项组成的,并引入策略权重参数,这个参数利用梯度信息来解释局部拟合项和全局拟合项是如何组成混合拟合项的。实验结果表明,这种基于混合主动轮廓模型和区域间差别最大化的细胞分割方法能有效地捕获弱边界并分割出细胞核。     

引入差分图像具有多重特性的图像分割模型

大多数经典活动轮廓模型只具有某些方面的优势,不能同时满足处理复杂图像的要求,对此提出一种具有多重分割特性的分割模型.模型通过引入差分图像,将差分图像的BGFRLS模型作为全局控制项,以保证模型能够最大限度地检测到所有的目标边缘;其次,将长度项设为局部项,使得分割进一步精确化,并将Li方法中的惩罚项加入到模型中,避免了重新初始化水平集函数,提高了分割效率;最后,模型在全局控制项和局部控制项之间引入了自适应权值,避免了过多的参数设置.通过上述方法使得模型具有如下优点:1)具有更强的全局分割性;2)可以分割灰度不均匀的图像,而且能够有效地检测出虚弱目标边缘;3)算法具有一定鲁棒性,能够克服一定噪声.实验表明,该模型在保证分割效率的前提下可以分割灰度不均匀的图像,而且能够有效检测出虚弱目标边缘,此外还具有更强的全局分割性,并能抵御一定噪声.     

Active contour model for simultaneous MR image segmentation and denoising

In this paper, a new region-based active contour model is proposed for magnetic resonance image segmentation and denoising based on the global minimization framework and level set evolution. A new region fitting energy based on Nadaraya–Watson estimator and local image information is defined to enforce the curve evolution. By this improved region fitting term, the images with noise and intensity un-uniformity can be segmented and denoised. Inspired by the Perona–Malik diffusion equation, an edge-preserving regularization term is defined through the duality formulation to penalize the length of region boundaries. By this new regularization term, the edge information is utilized to improve the contour?s ability of capturing the edge and remaining smooth during the evolution. The energy functional of the proposed model is minimized by an efficient dual algorithm avoiding the inefficiency of the gradient descent method. Experiments on medical images demonstrate the proposed model provides a hybrid way to perform image segmentation and image denoising simultaneously.     

分数阶微分的边缘活动轮廓模型

边缘停止函数在边缘活动轮廓模型中是十分重要的,它通常是由图像的整数阶梯度定义的。这种整数阶边缘停止函数有两个缺点：一是对噪声敏感,不能较好地分割噪声图像;二是在分割弱边缘图像时容易产生边缘泄漏。针对这个问题,提出一个基于分数阶微分的边缘停止函数。实验表明,使用新的边缘停止函数的活动轮廓模型对噪声图像和弱边缘图像具有较好的分割效果。     

基于局部增强与区域拟合的活动轮廓模型

针对活动轮廓模型在分割弱边缘图像及严重的灰度不均匀图像方面存在轮廓曲线不能很好地演化到目标边界等问题,提出了一种基于局部增强与区域拟合的活动轮廓模型。首先,利用局部区域增强方法将原始图像转换为新图像,以增强图像的对比度。其次,利用统计信息计算图像的区域拟合能量。然后,加入正则项以避免演化轮廓重新初始化,提高图像分割效率。最后,通过灰度不均匀的合成图像和真实图像的实验,验证了该算法的有效性。     

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。     

基于边缘熵和局部FT分布的超声图像分割模型

由于采用高斯和瑞利分布描述超声图像均存在较大偏差,且分割过程缺乏超声图像边缘信息引导,致使其相应的局部高斯分布拟合(LGDF)模型和局部瑞利分布拟合(LRDF)模型对超声图像分割性能不理想.针对上述问题,提出了一种边缘熵加权的局部Fisher-Tippett(FT)分布拟合模型.该模型根据超声图像中目标和背景在局部区域...     

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。     

结合全局和局部信息的水平集图像分割方法*

LBF模型对初始轮廓大小和位置非常敏感,并且只考虑了图像的局部信息,没有考虑图像的全局信息。CV模型利用图像全局信息,对初始轮廓具有较强的鲁棒性。两种模型对椒盐噪声污染的图像不能取得令人满意的结果。针对以上问题, 在原有CV模型和LBF模型能量函数基础上,各自构造一个新的能量拟合项,增强对高斯噪声和椒盐噪声的抗噪性。采用新构造的CV模型,使用图像的全局信息得到粗分割轮廓。以粗分割轮廓作为新构造LBF模型的零水平集,利用图像的局部信息得到图像的精确分割结果。同时提出一种新的边缘检测算子,重新定义边缘停止函数,进一步提高模型的抗噪性。相较于CV模型,LBF模型,结合全局和局部信息的Wang模型和Qi模型,提出模型能得到更优的图像分割结果,具有较强的抗噪性。     

结合显著性和边缘信息的水平集图像分割方法

针对 LBF 模型对初始轮廓的依赖性和对边缘的弱控制能力,研究了一种结合显著性和边缘信息 的水平集图像分割方法。首先,结合小波分析理论,基于视觉注意机制构造图像显著图;然后,利用小波分解 所描述的图像边缘信息,构造边缘检测函数,同自适应初始轮廓一起引入到 LBF 水平集模型中,并用有限差 分法进行数值求解。实验结果表明,提出的图像分割方法能有效降低初始轮廓位置对活动轮廓模型的影响,对 合成图像、自然图像均有较好的分割结果,相较于其他传统方法具有更高的演化效率和分割质量。     

A scalable region-based level set method using adaptive bilateral filter for noisy image segmentation

Image segmentation plays an important role in the computer vision . However, it is extremely challenging due to low resolution, high noise and blurry boundaries. Recently, region-based models have been widely used to segment such images. The existing models often utilized Gaussian filtering to filter images, which caused the loss of edge gradient information. Accordingly, in this paper, a novel local region model based on adaptive bilateral filter is presented for segmenting noisy images. Specifically, we firstly construct a range-based adaptive bilateral filter, in which an image can well be preserved edge structures as well as resisted noise. Secondly, we present a data-driven energy model, which utilizes local information of regions centered at each pixel of image to approximate intensities inside and outside of the circular contour. The estimation approach has improved the accuracy of noisy image segmentation. Thirdly, under the premise of keeping the image original shape, a regularization function is used to accelerate the convergence speed and smoothen the segmentation contour. Experimental results of both synthetic and real images demonstrate that the proposed model is more efficient and robust to noise than the state-of-art region-based models.