圖像分割及基于質(zhì)子彈簧模型圖像配準的研究.pdf

1、圖像處理一直是計算機視覺，模式識別的研究重點．同時，隨著”虛擬人”研究項目的提出，實施，對圖像處理提出了更多實際要求．我們參與的與”虛擬人”項目相關(guān)的基于人體切片的上頸椎三維重建課題，也對圖像處理提出了新要求．另一方面，伴隨著包括醫(yī)學影像技術(shù)在內(nèi)的圖像獲取技術(shù)的發(fā)展，不斷有新類型的圖像出現(xiàn)．所有這些都需要我們對包括圖像分割，圖像配準在內(nèi)的圖像處理技術(shù)進行進一步的研究．目標輪廓提取，彈性圖像配準分別是圖像分割和圖像配準研究的重要組成部分．

2、在本文，我們對目標輪廓提取，彈性圖像配準進行了初步分析研究，分別提出了單水平集多目標輪廓提取算法，IGCA算法，鄰域活動線輪廓提取算法，改進型質(zhì)子彈簧模型圖像配準算法．論文的主要創(chuàng)新點和貢獻，所提出算法的主要思想歸納如下： 首先，我們提出單水平集多目標輪廓提取算法，實現(xiàn)只采用一個水平集函數(shù)同時提取多個目標輪廓線．我們在Chan和Vese的無邊界主動輪廓模型(簡稱CV模型)基礎(chǔ)上，指出CV模型只能實現(xiàn)單目標的輪廓提取，主要原因是不

3、能使水平集函數(shù)驅(qū)動的輪廓線在某些目標區(qū)域正確分裂，沒有有效利用輪廓線的拓撲分裂信息．我們通過修正CV模型，引入標記模板，用于追蹤零水平集的分裂情況，對不同的準目標區(qū)域區(qū)別處理；引入圖像區(qū)域均值模板，用于估計可能淹沒在背景區(qū)域中的目標區(qū)域，促使水平集函數(shù)在上述目標區(qū)域充分變形，使對應零水平集充分分裂，實現(xiàn)多目標輪廓提取．實驗表明我們的算法是有效的． 其次，我們提出IGCA：迭代圖切算法和鄰域活動線輪廓提取算法．IGCA算法的主要貢

4、獻在于引入新圖像分割測度：圖像分割熵(ISE)，將圖像分割問題轉(zhuǎn)換成關(guān)于圖像分割熵的最小化問題；并通過迭代圖切算法給出圖像分割熵的最小化問題的近似解．而鄰域活動線輪廓提取算法，實現(xiàn)了彩色紋理圖像的輪廓提取。與傳統(tǒng)活動線算法要求用戶盡可能提供準確種子點不同，我們只需要用戶提供種子區(qū)域，就能控制，提取特定目標的輪廓線．我們引用J圖概念描述圖像紋理的區(qū)域特性，在此基礎(chǔ)上定義J向量圖，描述圖像中每點處的紋理特性，并依據(jù)J向量圖定義關(guān)于圖像的權(quán)圖

5、，將圖像目標輪廓提取轉(zhuǎn)換成圖論中的最短路徑問題，運用動態(tài)規(guī)劃方法予以求解．實驗表明我們的算法可以實現(xiàn)彩色紋理圖像的輪廓提?。?再其次，我們提出基于四邊域網(wǎng)格的改進型質(zhì)子彈簧模型圖像配準算法，實現(xiàn)圖像的彈性配準，同時給出圖像配準拓撲保形的充分條件．我們依據(jù)模板圖像建立基于四邊域網(wǎng)格的質(zhì)子彈簧模型，通過將基于模板圖像，目標圖像的SDD測度關(guān)于質(zhì)子偏離場的Gateaux導定義為模型外力，質(zhì)子之間彈性力，阻尼力等定義為內(nèi)力，將圖像配準問

6、題轉(zhuǎn)換成力學平衡問題．我們給出確?；谫|(zhì)子彈簧模型變形滿足拓撲保形和光滑性限制的充分條件．針對模型演化過程中出現(xiàn)的網(wǎng)格重疊問題(即不拓撲保形性)，提出通過實時修改質(zhì)子運動速度，和定義拓撲保形力的方法，保證模型演變具備拓撲保形性；引入散度，旋度限制，保證偏離場的光滑性．為提高配準算法的收斂速度，我們進一步將分層策略應用于模型演化過程中．我們提供了若干實驗結(jié)果說明我們的工作是有效．我們在基于人體切片的上頸椎三維重建課題中運用了我們提出的算法