对水平集方法鲁棒初始化的双向快速步进法

水平集方法解决应用于图像或运动分割的曲线或曲面演化问题,是一种稳定有效的数值计算工具.本文解决在初始化水平集方法时的两个问题如何确定任意形状闭合曲线或曲面的内外部,如何高效地重新初始化水平集函数.论文首先对Sethian[4]所提出的快速步进法进行了推广,得到双向快速步进法;据此,改进了生成符号距离函数的方法,以提高水平集方法中重新建立符号距离函数的效率;随后,基于快速步进法,提出一种确定任意形状闭合曲线或曲面内外部的简单快速的方法,用于构造水平集的符号距离函数;最后,对任意形状闭合曲线内外部区分、基于两种初始化算法的水平集方法对任意形状闭合曲线演化和图像分割的实验,证明了本文方法的简单、高效.     

结合模糊C均值聚类和曲线演化的心脏MRI图像分割

提出了结合模糊C均值聚类和曲线演化的MRI图像分割算法。由于心脏的变形和血液的流动，MRI图像中出现了弱边界、局部梯度极大值区域、伪影等现象。分析了使用水平集方法分割此类图像时出现的问题，提出了两阶段分割算法：结合先验知识和直方图，对心脏MRI图像进行模糊C均值聚类，再根据聚类的结果定义窄带中像素点的速度函数，通过曲线演化获取左心室的粗边界；然后使用梯度向量流构造另一速度函数对边界进行细化。心脏MRI图像的分割实验证明了算法的有效性。     

基于图割的DCT编码图像分割算法

图割是图像分割中经典有效的算法,针对其计算量较大、实时性能不佳,面对广泛使用的DCT编码图像,提出一种改进的交互式快速分割算法。该算法利用DCT编码图像中的DC系数生成DC低频图像,有效降低了GMM参数学习的训练样本数,结合DC系数与AC系数生成纹理特征,通过颜色与纹理特征的有机结合、局部自适应正则化参数的选取,改善了对纹理图像和细长型边界的分割能力。实验结果表明,算法效率得到了提高,分割效果得到了一定的改善。     

基于主动形变模型的医学序列图像的分割

对主动形变模型(active shape model)方法进行了改进,将其用于CT序列图像的分割,实现了对一些边缘不清晰的软组织的分割。一个组织在CT序列图像中其形状变化往往是连续的,据此,我们先在序列图像中按顺序每间隔几幅抽取一幅图像,用其他方法分割好;然后对分割结果使用主成分分析方法(Principle Component Analysis)计算其形变特征,生成可变形轮廓模板;再用这个模板去变形、配准、分割其他图像,从而达到一个比较理想的分割结果。     

一种利用快速2D熵阈值算法的目标图像分割方法研究

目标图像分割是自动目标识别(ATR)的重要环节,其性能对ATR系统具有显著影响。本文利用二维(2D)熵阈值进行目标图像分割,提出一种快速2D熵阈值算法,大大缩短了处理时间,减少了所需存储空间。另外,为了进一步改善分割效果,采用中值—平滑滤波进行图像预处理。实验结果表明,本方法具有很好的分割效果。     

基于线段和消隐点的建筑墙面自动分割算法

建筑物的墙面分割是基于图像建模、路标识别、导航及场景理解等室外城市环境应用系统中的基础内容,目前基于多幅图像重建的墙面分割方法或基于重复结构假设的先验知识的分割方法具有计算量大和通用性差等特点。为了能够简捷、快速、准确地得到墙面分割结果,提出一种针对建筑物的墙面自动分割算法,用于将二维图像中的建筑物分割为分离的墙面集合,可满足路标识别、导航、场景理解的实时性需求。该算法利用从图像中提取的线段和消隐点信息,将高维的建筑墙面分割问题转化为一维分割问题。实验结果表明,该方法具有精确度高、鲁棒性好、效率高等优点。     

序列医学图像三维分割的一种方法

介绍了一种Live Wire和轮廓插值算法相结合的序列医学图像分割算法，在这个算法中又借鉴了活动轮廓模型方法的思想，使得这三种算法有机的结合在一起。并对传统的轮廓插值算法和-Live Wire进行了改进，结合活动轮廓模型方法的思想在重建的轮廓中根据实际图像的局部特征进行了自动收缩。实验表明这种算法能快速准确的从序列医学图像中分割出感兴趣的物体。     

基于Canny算子的水平集数字虚拟人图像分割算法

组织器官的分割与提取是医学图像三维重建及可视化能准确表达其相应组织器官的前提.考虑数字虚拟人图像数据的特点,将边缘检测canny算子引入到水平集方法中,提出了一种基于Canny算子的Level Set图像分割算法,推导出了基于Canny算子的Level Set方程的解析表达式,并采用窄带法对该算法进行了数值实现.该算法结合了Canny算子精确定位边界的优点和Level Set图像空间连续演化的思想.实验结果表明,该算法可得到很好的目标分割结果.     

足球视频序列中球员的分割与跟踪算法

分割与跟踪一直是视频图像处理的一个热门问题。针对足球视频应用的需要,本文实现了一个快速的球员分割与跟踪算法。根据颜色分量差值的统计信息,实现了球员的自动分割;通过归一化颜色直方图的相关性比较,辨识球员所属的球队;利用视频序列中球员的上下文特征,结合模板匹配方法,实现了球员的跟踪。实验结果表明,本文提出的跟踪算法很好地解决了不同球队队员的遮挡问题,并能处理多人遮挡情况,在球员形态变化较大时也能稳定地跟踪。     

融合纹理信息的深度图像修复

针对低质量深度图像中存在的空洞和噪声问题,提出了融合纹理信息的深度图像修复算法。首先利用形态学操作对空洞进行优化,基于区域的分割算法完成空洞区域分割;然后将提取出的空洞区域进行纹理信息填补,分析空洞区域与同场景彩色图像的局部结构相似性,完成空洞初修复;最后利用灰度级图像重建算法,对边缘空洞区域进行填充和平滑处理。基于标准数据集Middlebury,所提算法与快速行进算法、自适应中值滤波算法和形态学重建算法相比,对大面积空洞信息完成了良好的修复。在获得较好修复效果的同时,该算法保持了图像的结构完整性和整体平滑性。     

一种针对大规模数据集的快速分组算法

基于空间点集的连通性构造的等价关系,提出一种针对大规模数据集的快速分组算法。该算法的本质仍是基于等价关系的集合划分算法,但在关系矩阵传递闭包的构造算法中,提出一种快速的实现方法。与传统等价关系的构造方法相比,新算法需要较少的存储空间,而且算法复杂度由O(n3)降为O(km2)(k n,m≈n)。在医学断层图像表面重建的应用中证实,新算法具有重要的应用价值。     

基于改进粒子群算法的快速反射镜自抗扰控制

为了提高快速反射镜(fast steering mirror, FSM)的跟踪精度和扰动抑制能力, 建立了基于自抗扰控制器(active disturbance rejection control, ADRC)的FSM闭环控制系统, 并对ADRC的参数整定方法进行研究。由于ADRC参数用试凑法整定效率低, 用粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法整定容易陷入局部最优, 因此提出一种惯性权重基于箕舌线调整的改进PSO(improved PSO, IPSO)算法。通过系统仿真实验, 在考虑卫星平台振动的情况下, 采用基于IPSO、PSO的ADRC和传统比例-积分-微分(proportion integration differentiation,PID)控制器分别控制FSM。结果表明, 在跟踪不同频率的高频正弦信号时, 采用基于IPSO的ADRC控制的FSM跟踪精度相较其他两种控制器控制FSM的跟踪精度均有明显提升。     

快速多极子算法在电流步进法中的应用

基于电流步进法利用双表面磁场积分方程有效计算三维导体电磁散射的优点,提出了一种结合快速多极子和电流补步进法的改进算法。根据电流步进法前向-后向迭代以及使用新值进行计算的高斯-塞得尔迭代的特点,算法将修改后快速多极子算法引入到电流步进法的计算中,加快了原始算法的计算速度。在迭代的过程中,通过快速多极子方法降低了原有的计算量。给出了算法的具体步骤,通过仿真实验证明了算法的有效性。     

一种基于PC的快速三维图像重建方法

主要从传统FDK算法的改进和数据并行计算两方面来研究快速三维图像重建算法,提出了一种Z线优先重建法,能够有效地组织和划分重建数据,从而使得对重建数据的内存访问非常连续,便于采用单指令多数据(Single Instruction Multiple Data, SIMD)技术进行数据并行处理。最后基于Intel Pentium 4 CPU的PC平台,利用SSE/SSE2技术开发了三维图像快速重建引擎。实验结果表明本文提出的方法非常有效,与原始重建算法相比,在保证图像质量不受损失的前提下取得了20倍以上的重建加速比。     

基于降维稀疏重构的相干信源二维DOA估计方法

直接将压缩感知(compressed sensing,CS)思想应用到相干信源二维波达方向(direction of arrival,DOA)估计中会带来高计算复杂度的问题。为了解决这一问题,提出了一种基于降维稀疏重构的二维DOA估计方法,该方法利用特殊阵列结构将二维冗余字典构建问题转化为一维冗余字典的构建,同时提出了一种基于子字典空间谱重构的配对算法,从而在极大降低算法计算复杂度的同时,提高了配对成功概率。仿真结果表明,该方法对相干信源具有接近于克拉美罗下界(Cramér Rao lower bound, CRLB)的估计性能,即使是在低信噪比、少快拍数和小角度间隔的情况下,仍有良好的估计性能。     

基于PO和EEC的特征基函数快速构造方法

特征基函数的构造是特征基函数方法(characteristic basis function method, CBFM)的关键步骤之一，传统的CBF构造方法(construction of characteristic basis functions, CBFs)是在子区域上应用矩量法(method of moment, MoM)，因此需要消耗大量的计算时间。为降低构造过程的计算量，提高电大目标电磁散射的计算效率，提出了基于高频近似方法的特征基函数快速构造方法，针对边缘效应引入了等效边缘流(equivalent edge currents, EEC)修正，可以在保持算法通用性的同时显著提高包含边缘结构的目标散射计算精度。数值结果验证了方法的正确性及高效性。     

FMT与FBMC/OQAM非正交接入波形共存分析及处理

针对滤波多音调制(filtered multi-tone modulation, FMT)和滤波器组多载波/交错正交幅度调制(filterbank-based multicarrier/offset quadrature amplitude modulation, FBMC/OQAM)波形非正交接入共存问题,提出了应用快速卷积方法进行数值化分析的方案。通过快速卷积方法,在相邻的频段同时产生FMT和FBMC/OQAM信号,以快速傅里叶变换粒度调整保护间隔,得到FMT频谱频点的变化值,构建FBMC/OQAM对FMT系统的干扰矩阵,并提出预编码方案优化滤波器过渡带系数消除干扰。仿真实验表明,快速卷积方法能更精确分析波形之间的干扰,通过所提预编码方案, FMT和FBMC/OQAM信号之间可以高效率共存,波形之间的干扰得到有效抑制,受干扰影响的误码率性能得到有效改善。     

近似精确重构的低复杂度星载信道化器

提出频率响应遮蔽(frequency response masking,FRM)与改进型离散傅里叶变换(modified discrete Fourier transform,MDFT)相结合的近似精确重构的低复杂度星载信道化器。其中,FRM结构可以较低复杂度设计出过渡带陡峭的有限冲激响应滤波器(finite impulse response,FIR)低通原型,MDFT滤波器组结构可以基本消除滤波器组的邻带混叠,将FRM结构中不适合邻带拼接的结构改进为高通、低通滤波器互补结构,降低了拼接抖动。调整MDFT结构中的上采样率,使之适合于奇偶分离的信道化器。继而提出新的结构,更适合应用于非均匀带宽。仿真表明,所提方法具有更低的运算复杂度,更陡峭的过渡带和更窄的保护间隔,更小的重构误差。     

基于弹跳射线技术的三维GTD模型构建方法

传统的基于弹跳射线(shooting and bouncing ray, SBR)技术的散射中心提取方法只考虑了理想点模型, 但理想点模型无法描述散射中心的频率依赖特性。对此, 提出一种基于弹跳射线技术的三维几何绕射理论(geometrical theory of diffraction, GTD)模型构建方法, 在通过传统方法获取的理想点模型的基础上, 利用射线管数据正向推算散射中心的频率依赖参数并修正其径向位置, 实现了高精度三维GTD模型构建。仿真结果表明, 点频、单视角下构建的三维GTD模型不仅能准确重构相同条件下的雷达散射截面(radar cross section, RCS), 还能实现宽带RCS外推, 能够满足目标宽带散射数据高效压缩和快速重构的应用需求。     

三维局部多层快速多极子算法

为了进一步加速多层快速多极子算法求解电大尺寸目标电磁散射,提出了一种基于局部耦合技术计算矩阵矢量相乘的多层快速多极子方法。通过在迭代过程中设置与迭代误差相关的最初层,每次迭代仅仅需要考虑局部的耦合区域。该方法在保证合理计算精度的同时大大降低了迭代过程中矩阵矢量相乘的计算复杂度,提高了多层快速多极子方法计算效率。数值结果说明了所提方法的有效性。