融合全局图像信息的局部灰度拟合模型

[目的]研究提高基于局部区域信息的活动轮廓模型对轮廓初始化和强噪声的鲁棒性.[方法]以区域可变灰度拟合模型为基础提出了一个新的结合图像全局信息的局部灰度拟合模型.新模型的能量泛函包括3项:基于图像全局和局部信息的数据项、融合边缘指示函数的光滑项以及水平集函数的正则化项.通过变分法和梯度下降流方法得到水平集函数的演化方程.数值实现采用有限差分法.[结果]所提模型不仅能够有效地分割灰度不均图像、深度图像等多类图像,而且对轮廓初始化和强噪声具有更强的鲁棒性.[结论]实验结果表明该方法是有效的.     

一种改进的C-V主动轮廓模型

针对C-V(Chan-Vese)模型不能较好分割灰度不均匀图像的缺点,对C-V模型能量方程进行改进。将图像的局部灰度拟合信息融入到面积项中,使分割兼顾了图像的全局和局部信息,同时加入惩罚能量项来约束水平集函数逼近符号距离函数,避免模型重新初始化。对灰度不均匀图像分割的实验结果表明,该模型优于C-V模型。     

基于局部灰度聚类的高斯分布拟合模型

针对高斯分布拟合模型对初始轮廓敏感的问题,提出一个基于局部灰度聚类的高斯分布拟合模型.新模型根据图像局部像素灰度聚类特点,采用灰度偏移场和一个分片常量函数共同拟合图像的局部灰度均值,实现了图像全局信息和局部信息的有机结合,使轮廓可以从任意初始位置向目标边缘演化,最后收敛在边缘上.新模型采用一种快速有效的数值方法实现,水平集函数在整个演化过程中不必重新初始化,活动轮廓演化速度得到显著提高.实验结果表明,本文算法能够在不同的轮廓初始化情况下获得准确的分割结果.     

一种新的基于局部区域的活动轮廓模型

提出了一种新的基于曲线演化的活动轮廓图像分割模型.该模型利用局部图像统计信息来代替C-V模型中的全局灰度均值,以此可以分割灰度不均匀的图像.此外,在模型定义的能量泛函中增加了水平集正则项,以此来保证数值计算的准确性和避免对水平集函数的重新初始化.将本文提出的活动轮廓模型用于分割人工和自然图像,比较结果显示:C-V模型不能很好处理灰度不均匀图像,而本文提出的模型对灰度不均匀图像能得到满意的分割效果.     

基于改进LBF模型的高原鼠兔图像分割

针对鼠兔图像背景复杂、对比度低、灰度不均匀且含有大量噪声等特点,在局部二值拟合(LBF)模型基础上,提出一种融合图像梯度信息的改进LBF分割模型.针对LBF模型在演化过程中极易陷入局部极小值的问题,引入全局图像梯度信息,构造含有梯度信息的能量函数,使水平集函数在演化过程中避免陷入局部最优,同时全局梯度能量项能引导活动轮廓曲线向目标边界附近快速移动,从而减少算法运行迭代次数,提高了分割精度.实验结果表明:所提出的用于鼠兔图像分割的模型不仅能提高鼠兔图像分割精度,减少迭代次数,而且背景抑制、目标区域轮廓定位效果好.     

无需初始轮廓的局部图像拟合模型

【目的】基于图像局部信息的区域活动轮廓模型可以较好地分割灰度不均图像，但存在对初始轮廓的位置及大小比较敏感的缺点，而且不同初始轮廓可能会产生不同的甚至是错误的分割结果。因此，需研究避免初始轮廓的选取对图像分割结果影响的方法。【方法】受局部图像拟合模型和灰度重加权局部二值拟合模型的启发，提出一个无需初始轮廓的局部图像拟合模型。首先，利用局部图像信息构造局部图像拟合函数，并在拟合函数中加入灰度权重；其次，通过极小化拟合图像与原图像之间的差值来构造图像的局部能量泛函；最后，运用变分法和最速下降法推导出所提模型的水平集函数演化方程。上述步骤采用有限差分方法进行数值实现。【结果】所提模型允许水平集函数常值初始化，即是无需初始轮廓，这有效避免了初始轮廓对分割结果的影响。此外，还可以保持分割的亚像素精度，能够有效分割多目标、背景复杂以及含伪影、孔洞等多类图像。【结论】实验结果表明，无需初始轮廓的分割模型完全避免了轮廓初始化带来的诸多问题，而且实现简单，分割快速。     

快速有效的全局和局部能量驱动的活动轮廓模型

由全局和局部拟合能量驱动的活动轮廓模型(LGIF模型)对活动轮廓的初始化和噪声不敏感,且能够分割灰度不均匀图像;但是该模型的演化方程在每次迭代中需要进行多次高斯卷积,使得分割速度非常慢;基于这一缺点提出了一个新的模型;实验表明:该模型不仅能够分割灰度不均匀图像,而且分割效率优于LGIF模型。     

基于局部和全局灰度拟合的图像分割算法

针对灰度分布非均匀图像的分割,提出一种改进的基于区域的活动轮廓模型,融合了LIF（local image fitting）模型的变尺度局部拟合特点与C-V（Chan-Vese）模型的全局优化特性,不仅提高了图像的分割效率,而且增强了模型对尺度参数和初始轮廓位置的鲁棒性。在数值计算中,使用高斯滤波规则水平集函数,使其保持光滑,并避免了复杂的重新初始化过程。对大脑MR图像的实验分割显示了该模型的优点。     

一种改进的局部区域特征医学图像分割方法

水平集分割方法中的Chan-Vese模型能够处理具有模糊边界和复杂拓扑结构的图像,但没有充分利用图像局部灰度的变化信息,致使其不能准确分割强度不均匀物体。针对这一问题对模型做了改进,引入局部灰度均值替换全局均值,以边界指示函数作权进行加权长度积分,加入使用双阱势的距离正则项来避免水平集重新初始化。试验结果表明:改进后的模型能够有效提高分割精度与效率,可以有效应用在医学图像的分割领域。     

边缘强化的无需重新初始化的水平集分割模型

对Chan-Vese模型和Li等提出的不需初始化的基于变分的几何活动轮廓模型在水平集框架下的物理机制进行了分析,在考虑两种模型优缺点的基础上,提出一种新的基于水平集框架的图像分割模型.该模型整合了图像边缘的局部信息和区域的全局信息,数值计算过程中水平集不需要重新初始化.为了防止边缘信息深入到分割目标的内部,新模型利用Laplacian修正算子加大边缘信息在方程中的权重.实验表明,与CV模型相比,所提出的新模型分割效果和分割时间与初始轮廓线的位置和形状选取基本无关;在处理噪声图像、灰度值渐进多目标图像和边缘复杂图像等效果也优于CV模型和Li模型.     

基于几何形变模型的医学图像分割研究

基于形变模型的图像分割方法通常可以分为参数型(Parametric Deformable Models)和几何型(Geometric Deformable Models)两类。提出了一种基于几何形变理论的LBF模型。针对水平集level set模型不能处理灰度不均一图像的分割问题,采用了LBF模型,并且该模型引入了一个以高斯函数为核函数的局部二值拟合能量,以获取图像的局部信息。通过理论分析与计算机仿真算例和其他算法的性能进行对比,表明改进算法LBF提高了图像分割的稳定性和精确性,具有较高的实用价值和广泛的应用背景。     

一种全局隶属度和小波能量相结合的活动轮廓模型

计算机化X射线体层照相(computeried tomography, CT),图像中的磨玻璃型肺结节,由于其具有模糊的轮廓,且肺结节区域与其邻域的亮度值相差很小等特性,一般的图像分割算法很难对其进行精准地分割。针对该问题,提出一种全局隶属度和小波能量相结合的活动轮廓模型。首先,利用全局隶属度函数调整初始活动轮廓曲线,使之与目标边界的距离更接近,且形状更相似;同时,基于全局隶属度的边界停止函数能快速收敛于目标边界,使得预测曲线更加贴合待分割目标;其次,基于小波能量的局部活动轮廓模型数据项增强了目标与背景之间的对比度,进而能更精准地分割在低对比度和亮度非均匀场景中的目标轮廓。将该模型应用于全实质及部分实质磨玻璃型肺结节的CT图像中,实验证明了本文算法的优越性。     

应用局部自适应阈值方法检测圆形标志点

利用圆形标志点的几何和灰度特征,在图像中搜索具有符合该特征描述的区域,对圆形标志点进行粗定位.对粗定位区域的扩展区域使用最大类间方差阈值分割法分割出圆形标志点轮廓,并对像素轮廓进行最小二乘拟合,计算出圆形标志点的中心坐标及拟合轮廓各参数,根据该参数筛选保留所需标志点中心坐标.结果表明:该方法使用局部的大津阈值检测圆形标志点,能够避免全局阈值的缺陷,提高标志点检测的检出率;采用最小二乘椭圆拟合提取标志点中心,能够达到亚像素级精度.     

Entropy-Based Global and Local Weight Adaptive Image Segmentation Models

This paper proposes a parameter adaptive hybrid model for image segmentation. The hybrid model combines the global and local information in an image, and provides an automated solution for adjusting the selection of the two weight parameters. Firstly, it combines an improved local model with the global Chan-Vese(CV) model, while the image's local entropy is used to establish the index for measuring the image's gray-level information. Parameter adjustment is then performed by the real-time acquisition of the ratio of the different functional energy in a self-adapting model responsive to gray-scale distribution in the image segmentation process.Compared with the traditional linear adjustment model, which is based on trial-and-error, this paper presents a more quantitative and intelligent method for achieving the dynamic nonlinear adjustment of global and local terms.Experiments show that the proposed model achieves fast and accurate segmentation for different types of noisy and non-uniform grayscale images and noise images. Moreover, the method demonstrates high stability and is insensitive to the position of the initial contour.     

融合双边滤波算子的多相水平集图像分割算法

由于乳腺肿瘤超声图像的边界模糊,且灰度异质现象较严重,准确分割出肿瘤区域是一项具有挑战性的工作.针对传统的Chan-Vese模型和局部二值拟合模型(local binary fitting)的分割缺陷,在乳腺肿瘤超声图像的全局和局部能量信息的基础上,结合双边滤波算子,提出一种全局和局部二值拟合模型的多相水平集分割算法.首先,将双边滤波算子作为乳腺肿瘤超声图像的核函数;然后,根据变分法求解表征超声图像结构信息的能量泛函,得到对应的梯度矢量方程;随后,引入多相水平集函数实现病灶区域的多区域细化分割;最后,对乳腺超声图像数据集的分割实验.结果 发现:经过与医生手动标记的肿瘤区域进行对比,分割准确度为94.51％.可见,该模型的准确度较高、误判率较低、鲁棒性较强.     

改进的先验形状模型构造及其人脸图像分割

在处理分割被遮挡、背景与目标灰度相似或数据丢失的目标时,需在CV(Chan and Vese)模型的基础上引入先验形状信息。传统的先验形状项只具有旋转、缩放和平移不变性,针对表情丰富、易产生遮挡的人脸图像,分割结果很不理想。结合形状统计的水平集图像分割做了如下两点工作:(1)在CV模型基础上加入局部剪切和X、Y方向拉伸不变两种特性上,建立了新的数学分割模型;(2)构造新的先验形状能量项,对全局变化和局部变化的人脸图像都能进行平滑快速的演化。实验结果表明本文方法对复杂背景下姿态变化较大的人脸图像,具有较好的分割效果。     

基于三阶样条曲线拟合的改进Snake模型在医学超声图像分割中的应用

鉴于医学超声图像所具有的复杂性,采用基于样条曲线拟合的改进Snake模型来实现对心脏超声图像的分割.为了克服传统Snake模型对初始轮廓的依赖性,采用扇形法获得靠近目标边界的初始轮廓点,并且得到的轮廓点是有序点集.能量最小化过程运用贪婪算法来获得图像的特征边缘点,最后采用三阶样条拟合的方法来获得连续的图像边缘.实验结果表明,采用本方法可以获得连续、封闭的边缘曲线,能够较好地将目标从图像中提取出来.