fMRI时间序列图像的配准测度及其相关优化方法

随着脑功能成像技术的迅速发展，人们对fMRI时间序列图像的配准问题也越来越重视．通过配准测度的建立，图像的配准问题最终被归结为数学上的多参数优化问题．本文综述了目前较常用的配准方法，介绍了基于灰度值的图像配准的差值平方和测度与互信息、测度以及求解它们的优化方法：阻尼GaussNewton法、有记忆功能的模拟退火算法、改进的Powell算法和一类新的进化策略算法．这四种算法各有特点能有效地找到最佳配准参数，配准精度较高，且能收敛到全局最优点。     

一种基于特征点的X射线图像配准方法

精密铸件通过差影法检测缺陷时,图像配准是关键的一步。文中采用一种改进的随机Hough变换和空间数据坐标变换理论相结合的图像配准方法。该方法首先采用OTSU对图像二值分割,利用改进的随机Hough变换检测图像中的多个圆,并把多个圆心作为图像配准的特征点;然后根据特征点对应关系计算配准参数,确立坐标变换关系并对图像进行配准。实验验证了该方法可实现较高精度图像配准。     

一种利用互信息的多核并行医学图像配准算法

分析了利用互信息作为相似性测度进行医学图像配准的算法,给出了具体计算流程.针对其中互信息计算量大、耗时长的缺点,提出了一种运行于单机多核平台的快速并行配准算法.利用OpenMP(open multi-processing)构建了一个图像匹配的多核并行计算平台,并对配准程序中的互信息计算进行并行处理,最后完成配准.通过对图像匹配算法效率进行的评估实验,验证了多核并行计算技术能够提高医学图像配准的运行效率.结果表明,该方法既保证了配准精度,又能够较好解决配准速度慢的问题.     

基于多分辨率和互信息的图像配准方法研究

用互信息进行图像配准可使配准的精度达到亚像素级,但该方法因计算量很大致使配准速度较慢.为了提高图像配准速度,并进一步提高配准的精度,首先运用多分辨率的方法将两幅待配准图像分别分解成n个不同分辨率的子图像,然后利用互信息先将分辨率最低的图像进行粗配准,并将此配准的结果作为下一个分辨率较高的图像配准的基础,继续这个过程直至最高分辨率图像被配准,即运用由粗到精的配准策略减小计算量,从而提高配准速度.用Visual C++6.0编程实现该配准方法,实验结果表明在图像配准过程中将多分辨率和互信息结合起来使用,配准速度得到很大的提高,并且由于多分辨率的使用有利于避免局部最大值,使得配准精度也有了一定程度的提高.     

基于统计滤波和稀疏度优化的印花配准算法

在数码印花技术上,传统全局印花图案配准方法在精度和效率上无法满足需求,局部印花图案配准方法存在配准误差较多导致匹配误差大的问题,还存在图像变形控制点过多导致算法效率低等问题.该文提出了一种新的局部印花图案配准方法.该方法基于统计滤波优化配准算法,减少FLANN匹配点中的误差点;并在分析图像变形中冗余控制点特性的基础上,提出一种基于稀疏度的冗余优化算法降低控制点数量.实验结果表明：该方法可有效滤除配准后的误差点,优化控制点集,总体提高配准精度和算法效率.     

基于结构图像表示和微分同胚Demons算法的多模态医学图像配准

为了提高多模态医学图像的配准精度,利用参考图像和浮动图像的结构信息,提出了一种基于结构图像表示和微分同胚Demons算法的多模态医学图像配准算法.该算法由结构图像表示和图像配准组成.在结构图像表示阶段,采用Arimoto熵图像来描述参考图像和浮动图像的结构信息,首先计算2幅图像中所有像素点周围指定大小邻域的熵值,然后把计算的熵值作为熵图像中对应点的灰度值以生成2幅熵图像.在图像配准阶段,使用微分同胚Demons配准算法对2幅熵图像进行配准.基于Brainweb数据库中磁共振数据的测试结果表明:与微分同胚Demons算法和基于香农熵的Demons算法相比,利用Arimoto熵表示图像的结构信息可以进一步提高配准精度.     

基于角点检测图像配准的一种新算法

提出了一种新的基于角点检测的图像配准方法，其核心思想是采用一种快速的基于图像灰度的角点检测新算法，通过沿圆弧曲线扫描获取角点信息，然后根据这些角点信息建立图像间角点的对应关系，并由此得到初配准参数，最后通过迭代过程以提高配准的精度。理论分析和实验结果表明，该算法对图像间的旋转角度没有限制，配准精度高而且计算量较小。     

一种改进的A-KAZE算法在图像配准中的应用

针对现有图像配准过程中难以保持图像的局部精度和边缘细节的问题,在A-KAZE算法的基础上提出了一种改进的图像特征提取算法AKAZE-ILDB.该算法首先利用非线性扩散滤波方程构造图像金字塔,采用快速显示扩散(FED)求得数值解,得到具有亚像素精度的图像特征点坐标;然后利用改进的LDB(ILDB)描述子构造具有尺度和旋转不变性的图像特征向量,对特征向量采用汉明距离进行KNN匹配;最后基于仿射变换模型计算空间映射参数矩阵来实现图像配准.实验结果表明:在保持相同图像特征匹配正确率的情况下,AKAZE-ILDB算法比A-KAZE算法平均配准时间缩短了300 ms;在配准精度方面,比A-KAZE算法提高了3.7%,比传统特征提取算法SURF匹配正确率提高了29%.     

结合小波金字塔的空频域亚像素图像配准

基于图像序列的超分辨率重建,是利用同一场景的多幅低分辨率图像重建一幅高分辨率图像,其实现过程可分为两个步骤:首先,利用亚像素图像配准技术将所有的低分辨率图像配准;然后,利用配准的多幅图像重建一幅高分辨率图像.针对配准这一问题,提出一种新颖的图像亚像素配准方法.新方法先将Haar小波分解出的低频子图应用频域Vandewalle方法进行初步配准,然后结合空域Keren改进方法进一步提高配准精度,同时利用金字塔在不同层上分别实现亚像素配准,并逐层累加配准结果.实验结果表明,即使在较大的平移和旋转情况下,相比只有空域Keren改进方法和只有频域Vandewalle方法,该方法的配准精度和超分辨率重建效果都得到明显提高.     

基于形状配准方法的研究与改进

图像配准技术是近年来发展迅速的图像处理技术之一,本文分析了基于形状配准方法的特点,并提出了一种改进的基于面的配准方法,该方法在保持基于面配准精度的同时减少了计算量。     

一种基于SURF的图像配准改进算法

为了更好地构造逼真的虚拟环境,提高虚拟场景中图像配准的效率,提出了一种改进的SURF算法。改进算法根据特征点的数量和其间疏密关系作为判定条件,可以在更短时间内得到数量适当且分布相对均匀的图像特征点,同时在特征点匹配阶段利用Hessian矩阵迹的正负性提高特征点匹配的速度。针对误匹配影响图像拼接准确性的问题,采用随机采样算法（RANSAC）提高匹配的精确度。实验结果表明该算法节省了特征点检测和匹配的时间,提高了匹配效率。     

约束优化的两块校正非单调回代法

提出一种二块校正既约Hessian方法的非单调信赖域回代算法来解决约束优化问题。一般采用二块校正的双边既约Hesse阵方法代替完全Hesse阵方法处理大规模问题。为了获得算法的整体收敛性，引入非光滑的l1罚函数作为势函数。在每次回代中不必使罚函数都单调递减，以使能克服高度非线性情况下的峡谷状态，同时采用二阶校正步计算能避免Maratos效应。只要每一步迭代至少运用两种校正规则之一，算法就能保持一步局部Q－超线性收敛速率。     

一种求解不定信赖域子问题的双割线折线法

结合利用Hessian阵的特征值性质,针对Bk是不定的情况,提出了一种双割线折线法来求解不定的信赖域子问题,并从理论上分析了当Bk不定时,双割线折线路径的合理性,且给出了算法的收敛性质。最后,详细的数值试验表明,算法是有效的。     

秩2修正的基于模型的仿射约化割线法

把仿射约化变换应用于基于模型的割线法中,在近似海色阵修正时,采用修正秩2.得到一种新的求解无约束最优化问题的算法,从理论上证明了算法的2次终止性.     

两块校正结合滤子线搜索解带有等式约束的非线性优化问题

提出使用两块校正方法结合滤子线搜索策略求解带等式约束的非线性规划问题,滤子方法的使用避免了使用罚函数法时每次确定罚参数的困难,并且证明了在一定的假设条件下该算法的整体收敛性．数值计算结果表明本算法有效。     

一种改进的三维子空间极小化共轭梯度法

利用满足修正割线方程的Hessian矩阵近似二次模型中的Hessian阵, 通过在三维子空间中极小化此二次模型导出搜索方向, 并结合非单调线搜索策略和重启技术, 提出一种改进的三维子空间极小化共轭梯度算法, 并在一些合理假设下, 证明了算法的全局收敛性. 针对Andrei测试函数集, 数值实验验证了新算法的有效性.     

求解非线性最小二乘问题的自适应锥模型信赖域算法

针对非线性最小二乘问题,利用锥模型算法思想,给出了海赛矩阵中二阶信息项的割线近似的不同校正公式,并利用自适应信赖域技术给出了求解非线性最小二乘问题的自适应锥模型信赖域算法.算法中我们允许使用非精确方法近似求解信赖域子问题.文中给出了新算法的全局收敛性和超线性收敛性分析以及数值试验结果.     

解信赖域子问题的分段Hermite插值法

基于求解信赖域子问题的分段割线法,在Hessian矩阵正定的前提下,利用分段三次Hermite插值方法构造了一条曲线,提出了一种求解信赖域子问题的分段Hermite插值法,并证明了此曲线路径的合理性。数值结果表明新算法是有效且可行的。     

伪牛顿信赖域算法及其收敛性

本文提出了一类新的求解无约束最优化问题的信赖域算法.新算法将Goldstein线搜索技术与信赖域方法相结合,并通过伪Newdon-δ族校正公式计算信赖域子问题中的Bk,使算法不仅不需重解子问题,而且每步迭代都满足弱拟牛顿方程,保证了目标函数的近似Hesse阵Bk的正定性.在适当的条件下,证明了此算法的全局收敛性和Q-二...     

基于蚁群优化的Elman神经网络在故障诊断中的应用研究

指出普通Elman神经网络BP学习算法的不足,将蚁群算法和Elman神经网络相融合,采用信息素挥发因子ρ和信息素τ更新策略自动调整的自适应蚁群算法优化Elman神经网络的权阚值,并将其应用到柴油机涡轮增压系统故障诊断中.仿真实验表明,优化的Elman神经网络有较快的收敛速度和较高的故障诊断精度,可以有效地诊断柴油机涡轮增压系统的故障,能够更好地避免局部最小,实现了对柴油机涡轮增压系统故障的有效诊断.