隐式曲面上两相图像分割的变分水平集方法

在平面图像分割的Chan-Vese模型基础上,提出隐式曲面上两相图像分割模型。用静态水平集函数的零水平集表达图像所在的闭合曲面,用另一动态水平集函数的零水平集与静态水平集函数零水平集的交线表达静态曲面上图像分割的动态轮廓线。所研究模型的能量泛函的数据项即为曲面上两分割区域的图像强度与对应区域平均图像强度的差的平方,其轮廓线长度项为两水平集函数的零水平集交线的长度。为避免动态水平集函数的重新初始化,在能量泛函中引入水平集函数为符号距离函数的约束惩罚项。通过变分方法得到图像分割空间轮廓线演化的梯度降方程。通过显式差分格式对演化方程进行离散。实验结果表明,该模型能有效实现复杂封闭曲面上图像的两相分割。     

隐式曲面多相图像分割的变分水平集方法

基于隐式曲面的水平集表达、隐式曲面上的内蕴梯度概念和图像分割的标记函数方法,建立了隐式曲面上多相图像分割的水平集模型,并设计了相应的Split Bregman方法.首先,将分段常值与光滑平面图像两相分割的Chan-Vese模型推广到隐式曲面上图像分割的变分水平集模型,并根据图像分割的二值标记函数和凸松弛的概念将该模型转化为全局凸优化的极值问题;然后借助n-1个水平集函数划分n个区域的区域特征函数,将隐式曲面上两相图像分割变分模型推广到了多相图像分割,并利用凸优化方法将该模型的变分问题松弛为一系列凸子优化过程.通过引进辅助变量和Bregman迭代参数设计的Split Bregman方法,将每个子优化问题转化为简单的Poisson方程求解和解析的软阈值公式.数值算例结果表明,文中方法在计算效率方面要优于传统的方法.     

隐式曲面上图像扩散的高阶模型

用零水平集函数表达3维曲面,应用曲面上图像梯度的切投影表达其内蕴梯度,把基于梯度的图像扩散变分模型从平面图像拓展到了隐式曲面上的图像处理。基于内蕴梯度的变分模型对曲面上的图像进行扩散的同时可有效地保持其边缘,但像平面图像扩散的变分模型一样会在本该光滑的区域产生明显的阶梯效应。为消除阶梯效应,引入内蕴散度建立了基于内蕴梯度和内蕴散度的隐式曲面上图像扩散的变分模型,并以TV (total variation) 模型、PM(peronamalik)模型为例对所提出的模型的有效性进行了数值验证,实验结果表明该类模型在保持图像边缘的同时可以有效地抑制阶梯效应。     

曲面扩散的变分水平集方法

基于变分水平集方法提出了一种通用的曲面扩散变分模型,其数据项为演化曲面与原曲面的水平集函数Heaviside函数差的平方,规则项为基于整体曲率的通用函数,通过图像扩散模型中的总变差与该模型中的总曲率类比设计该规则项,以实现曲面扩散的任务。为了避免水平集函数的重新初始化,在本文的能量泛函中增加了水平集函数为符号距离函数的惩罚项。所得到的演化方程为4阶偏微分方程,对其对流项采用经典迎风差分格式离散,对其中的扩散项采用中心差分格式。最后通过数值算例验证了模型用于曲面光滑、边缘保持与边缘增强的可行性。     

一种隐式曲面多相图像分割的变分水平集模型

隐式曲面上的图像处理,与曲面的性状和特征息息相关,运用多个函数标记不同区域来进行图像分割计算量大。针对上述问题首先借助遥感图像提出了一种隐式曲面构建方式,利用图像中的高程数据来构建山体曲面模型,进而计算山体区域的曲面面积。其次将基于一个水平集函数的多相图像分割的模型推广到隐式曲面上,并设计了相应的交替方向乘子法,通过求解一个函数的极值实现对图像多个区域的分割,最后多个数值实验对该方法和模型的高效性和鲁棒性进行了验证。     

整体曲率变分水平集方法的曲面去噪模型

针对曲面去噪问题,提出了一种基于整体曲率变分水平集方法的曲面去噪模型。该模型是应用于图像去噪的ROF模型在几何形状处理中的自然拓展。它基于隐式水平集变分方法,能够自动处理曲面拓扑结构的变化。对该能量模型采用变分水平集方法求其梯度最速下降方程,通过演化该方程,最终得到模型最优解。为使计算结果更加准确,采用了半点差分格式离散。实验结果表明,该模型具有良好的去噪性能,同时能有效地保持曲面中的特征信息。     

三维图像多相分割的变分水平集方法探究

基于三维图像多相分割问题,采用变分水平集方法,借助能量泛函得出水平函数演化方程,再取值不同的参数构建相应的区域模型.选取虚拟人体下颌骨和牙齿图像进行验证,验证结果证实,该方法具有简单高效的优势,能够快速分割和重建三维图像,并将图像信息真实反映出来.     

基于变分隐式曲面的网格融合

三维物体融合利用三维模型之间的剪贴操作从两个或多个现有的几何模型中光滑融合出新的几何模型.作为一种新的几何造型方法,它正受到越来越多的关注.提出一种基于变分隐式曲面的网格融合新方法.首先利用平面截面切出网格物体的待融合边界,然后通过构造插值待融合网格物体边界的变分隐式曲面并对其进行多边形化,得到待融合网格物体间的过渡曲面,最后通过剪切掉过渡曲面的多余部分及拓扑合并操作以实现过渡网格曲面与原始网格间的光滑融合与现有的直接连接待融合网格物体边界以实现网格融合的算法相比,该方法不仅突破了对待融合物体的拓扑限制,允许多个物体同时进行融合,而且算法计算快速、鲁棒,使用方便,展示出良好的应用前景.     

三维图像多相分割的变分水平集方法

变分水平集方法是图像分割等领域出现的新的建模方法,借助多个水平集函数可有效地实现图像多相分割.但在区域/相的通用表达、不同区域内图像模型的表达、通用的能量函的设计、高维图像分割中的拓展研究等方面仍是图像处理的变分方法、水平集方法、偏微分方程方法等研究的热点问题.文中以三维图像为研究对象,系统地建立了一种新的三维图像多相分割的变分水平集方法.该方法用n-1个水平集函数划分n个区域,并基于Heaviside函数设汁出区域划分的通用的特征函数;其能量泛函包括通用的区域模型、边缘检测模型和水平集函数为符号距离函数的约束项3部分;最后,针对所得到的曲面演化方程,采用半隐式差分格式进行离散,并对多种类型三维图像进行分割验证了所提出模型的通用性和有效性.     

变分水平集分割方法

针对三维图像多相分割问题,提出一种变分水平集分割方法。由变分方法和梯度坡降方法得到能量泛函取极小值的水平集函数演化方程,与基于区域模型的参数估计构成一个交替迭代过程。仿真结果表明,该方法简单高效,能快速实现三维图像的轮廓分割与重建,真实反映采集序列断层图像的信息,具有较好的应用价值。     

基于各向异性改进的水平集超声图像去噪算法

针对各向异性扩散可能出现的阶梯效应以及扩散门限难以准确确定、水平集函数只能根据图像梯度区分图像边缘及同质区域的问题,将各向异性扩散中的边缘增强项引入到水平集方程中,同时自适应地估计扩散门限,在去除噪声的同时保持和增强边缘。该方法结合了水平集函数和各向异性扩散的优点,理论分析和实验结果均表明了该算法的去噪效果更好。     

基于变分水平集方法的体素模型修复

针对体素着色方法所重建出的模型存在大量空洞与缺损的问题,提出了一种模型修复方法。首先采用改进的变分水平集方法恢复出封闭完整的体素模型曲面;再利用原始体素模型的颜色信息,对新生成的模型曲面进行重着色并滤除杂色,最终完成体素模型的修复。其中,改进的变分水平集方法在水平集能量函数中引入了符号距离函数自动规整项,避免了重初始化操作;添加了新的进化加速项,防止了隐式曲面穿透模型而造成模型侵蚀。实验表明,修复好的体素模型较原模型相比具有完整的外型和平滑的色彩,且曲面恢复效率更高。     

Hermite variational implicit surface reconstruction

We propose a new technique for reconstructing surfaces from a large set of unorganized 3D data points and their associated normal vectors. The surface is represented as the zero level set of an implicit vol-ume model which fits the data points and normal constraints. Compared with variational implicit sur-faces,we make use of surface normal vectors at data points directly in the implicit model and avoid of introducing manufactured off-surface points. Given n surface point/normal pairs,the proposed method only needs to solve an n×n positive definite linear system. It allows fitting large datasets effectively and robustly. We demonstrate the performance of the proposed method with both globally supported and compactly supported radial basis functions on several datasets.     

基于变分水平集的三维模型复杂孔洞修复*

针对三维模型重建后存在大量复杂孔洞的问题,提出一种孔洞修补算法。首先构造符号距离函数,孔洞所在曲面用静态符号距离函数的零水平集表达,另一动态符号距离函数表示初始曲面;借助隐式曲面上的变分水平集,引入全局凸优化能量模型,通过对其极小化诱导,从而将提取孔洞边缘的问题转化为维体上隐式曲面的演化过程;最后以提取到的孔洞边缘曲面作为初始观察面,通过卷积和合成两个交替的步骤进行体素扩散完成孔洞修补。实验表明该算法能够有效恢复复杂孔洞区域的显著几何特征,且适用于含有网格较多的模型的孔洞修复。     

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.     

基于水平集和迭代自组织算法的图像分割

提出了基于水平集和迭代自组织数据分析的岩心砾石图像分割方法,既可克服水平集算法伴生的图像过分割问题,也可解决迭代自组织算法产生的图像边缘飘移问题。该方法首先运用水平集算法获取目标颗粒的准确边界,运用迭代自组织算法提取目标颗粒的整体;其次将两种方法提取的图像给以迭加综合处理,克服水平集算法伴生的图像过分割和迭代自组织算法产生的边缘飘移的缺陷,进而得到既完整又边界准确的目标颗粒。该方法运用于岩心砾石图像的分割,取得了良好的效果。     

区域信息和水平集方法的图像分割

随着图像处理技术不断发展,图像分割技术也在不断的走向成熟,但是目前比较成熟的分割方法都存在一定的局限性,传统的分割方法一般都难以实现全局分割,而且对目标边缘比较模糊的物体难以实现有效的精确的分割;基于区域信息和水平集方法的图像分割算法弥补了这些缺陷,该算法是在传统的动态轮廓GAC模型和C_V模型的基础上进行改善;通过实验分析,首先,该算法极大提高了图像分割的精确性,使得轮廓线能够在要分割目标的边缘附近停止演化,即使目标的边缘是模糊不清的图像,该算法也能实现精确地分割;其次,该算法还克服了传统动态轮廓分割算     

一种结合图割与双水平集的图像分割方法

针对水平集方法在图像分割中需要多次迭代,且计算量大的问题,提出一种基于图割与双水平集的图像分割方法。首先在目标边界内外部各设置一条初始轮廓线和一个阈值,通过双水平集方法对轮廓线进行演化。当轮廓线的能量变化率小于给定阈值时,终止水平集演化。将得到的两条轮廓线化为源点和汇点,通过图割方法得到最终目标边界。该方法有效减少了水平集迭代次数,提高了分割效率,而且给出了一种终止水平集迭代的方式。实验表明该方法具有较好的分割效果和较高的分割效率。