基于改进符号压力函数的变分水平集图像分割算法

为了更好地解决含有弱边界、灰度不均匀的图像在分割时出现的轮廓线错误移动而导致分割结果错误的问题,结合图像的统计信息,构造出一种新的符号压力(SPF)函数,提出了一种基于改进的压力符号函数的变分水平集图像分割算法。首先,利用新的压力符号函数代替边缘函数,构造了新的活动轮廓模型;其次,该算法保持了测地线活动轮廓(GAC)模型和chan-vese(C-V) 模型的优点,使水平集函数演化到目标的边界上;最后,对一些弱边界、灰度不均匀的图像进行仿真实验,结果表明提出的算法能够精准地分割目标,并且具有一定的抗噪性。     

一种改进的活动轮廓模型图像分割方法

基于全局信息的活动轮廓模型不能有效分割灰度不均匀图像,而基于局部信息的活动轮廓模型对轮廓初始化位置比较敏感。为此,提出结合全局信息和局部信息,构造新的符号压力函数（Signed Pressure Force,SPF）,替代Selective Binary and Gaussian Filtering Regularized Level Set（SBGFRLS）模型中的符号压力函数,同时构造一种新的气球力函数,并采用SBGFRLS水平集方法演化轮廓曲线来分割图像的方法。实验结果证明该方法能有效分割灰度不均图像,同时对轮廓初始化位置不敏感,对噪声有较好的抗干扰性。     

基于小波变换的权重自适应图像分割模型

针对灰度不均匀且含噪声图像的分割问题,提出了全局和局部灰度信息的权重参 数自适应水平集分割模型。首先,利用图像的全局和局部灰度信息构造全局能量项和局部能量 项;然后,利用小波变换和小波阈值去噪方法,构造对噪声不敏感的边缘信息刻画矩阵,定义包含 图像边缘信息的自适应权重系数矩阵;最后,利用定义的权重系数矩阵组合全局和局部能量项, 得到分割模型的能量泛函。使用变分法得到了水平集函数演化方程,利用有限差分法实现数值 求解。实验结果表明,该模型兼有 Chan-Vese 模型和 Local Binary Fitting 模型的优点,能够有效 地分割灰度不均匀含噪图像,并对活动轮廓曲线的初始位置和初始形状具有很强的鲁棒性。     

结合分布度量统计建模的主动轮廓图像分割

图像分割是数字图像处理中不可或缺的关键步骤。为了解决传统主动轮廓模型针对非匀质图像分割结果不准确且分割效率低的问题,提出一种结合分布度量统计建模的主动轮廓图像分割算法。所提算法的能量驱动力兼顾了图像的全局统计建模信息和其他混合灰度分布信息,使得分割曲线能够更加精确地演化至目标边缘。分布度量能量驱动力定义为轮廓内外概率密度函数定义的比率距离的方差,该能量驱动力基于图像全局信息统计建模,能够更加精确地描述轮廓曲线内外的能量变化;混合灰度分布能量驱动力由图像灰度值与融合均值与中值的区域拟合中心的L2范数表示。将分布度量能量驱动力与混合灰度分布能量驱动力组合形成新的能量泛函,利用水平集方法和梯度下降法迭代求得该能量泛函的最小值,以获得最终的图像分割结果。与传统CV（Chan Vese）模型、LBF（Local Binary Fitting）模型等四种算法的图像分割结果相比,所提模型在主观视觉效果、对初始轮廓的敏感性、运行时间和迭次次数方面均具有较大优势。     

局部GAC模型在医学图像分割中的应用

针对基于区域测地线活动轮廓(GAC)模型很难准确分割灰度不均匀图像的问题,提出基于局部信息的GAC模型。该方法首先将图像区域进行局部化,来克服灰度不均匀对分割结果的影响,然后构造局部符号压力函数(ISPF)指导轮廓线在目标外部(或内部)收缩(或扩张)来完成分割。为了提高算法效率和稳定性,用二值水平集方法实现整个分割过程,避免了传统水平集数值不稳定性。实验结果表明,本文方法可以快速有效地分割灰度不均匀的医学图像。     

基于改进符号距离函数的变分水平集图像分割算法

为保证水平集图像分割算法的稳定性,传统水平集方法常采用重新初始化的方法或引入符号距离函数,但这两种方法存在计算量大或计算不稳定的问题.因此,提出一种基于改进符号距离函数的变分水平集图像分割算法.首先,改进已有的Double-Well型符号距离函数约束项,改进后的约束项可避免重新初始化、提高计算效率,同时也能更好地保证水平集函数演化过程的稳定.然后,利用基于全局灰度信息和局部灰度信息的活动轮廓模型构造能量泛函,该能量函数继承了全局模型和局部模型的优点,可驱动水平集函数准确演化至目标边界,且可动态调整组合权重.最后,引入高斯卷积运算,加快演化速度同时也对水平集函数起到平滑的作用.对人工合成和自然图像的数值实验及与同类模型的对比实验证明,提出的模型具有较高的分割准确度及对噪声和初始轮廓的鲁棒性.     

一种改进的变分水平集的图像分割算法

为了解决灰度不均匀现象对医学图像的干扰问题,提出了基于局部极性信息的活 动轮廓模型。通过引入局部图像信息,该模型能有效地分割灰度不均匀图像。在规则化项中增 加的能量惩罚项,使得水平集函数在演化过程中保持为近似的符号距离函数。该算法将图像分 割问题归结为曲线能量泛函的最小化,首先建立包含局部灰度信息（极性信息）和改进的符号 距离函数的曲线演化能量泛函;然后采用变分水平集方法求解能量函数的最小值,得到最终的 分割结果。真实医学图像和人工合成图像的实验结果表明,此方法对灰度不均匀的医学图像有 较高的分割精确度,在图像分割速度上有较大提高。由于利用了局部灰度信息,可以有效地分 割灰度不均匀的医学图像,而改进后的变分水平集可以完全避免重新初始化,使得图像分割效 率大大提高了。     

结合统计和梯度信息的高效活动轮廓模型

提出一种由统计和梯度信息驱动的活动轮廓模型。该模型有效利用梯度信息使演化轮廓线快速精确地定位到物体的边缘;同时,由局部统计信息和全局统计信息构造符号压力函数,减少噪声对轮廓线演化的影响。另外,模型利用局部统计信息能够有效处理灰度分布不均的图像,全局信息的利用避免了演化轮廓线陷入局部最小,因此,该模型可以任意设置初始轮廓线。最后通过高斯卷积核对水平集函数规则化,避免了传统模型中计算代价高昂的重新初始化和规则化。实验结果表明,提出的模型不仅能够在任意初始轮廓下精确有效地分割灰度分布均匀的图像和不均匀的图像,而且对噪声具有较好的鲁棒性。     

融合全局和局部信息的水平集乳腺MR图像分割

针对乳腺核磁共振成像的灰度不均匀现象,提出一种融合全局和局部信息的水平集图像分割方法(global and local combined C_V,GLCCV)。该方法将图像的局部信息融入基于全局信息的Chan-Vese(C_V)水平集方法;根据局部灰度拟合均值占全局灰度均值的比例,构造自适应平衡指示函数调节全局和局部效应之间的均衡;加入惩罚项以避免重新初始化。对比实验表明,该水平集分割模型能够有效分割多种灰度不均匀场景下的乳腺MR图像,在抗噪和精确性方面优于融合前的分割方法。     

梯度向量场通量能量驱动的主动轮廓模型

提出了一种基于梯度向量场通量能量的水平集图像分割算法.通过加入约束符号距离函数的能量项,并极小化该能量函数得到的变分表达式主要具有4条优于传统主动轮廓模型的优点.一是可以克服分割弱边界目标的困难;二是水平集函数不但可以灵活初始化,而且可避免在演化过程中重新初始化为符号距离甬数;三是水平集函数数值化可采用简单的有限差分方法,计算效率得到了极大的提高;四是仅用一个初始轮廓就可以自动检测带孑L目标的内轮廓.对合成和真实图像的分割结果表明:对弱边界目标和灰度分布不均目标的分割效果分别优于测地线模型(GAC)和C-V主动轮廓模型.     

无需初始轮廓的快速图像分割模型

在图像分割领域中，几何活动轮廓模型是较成功的方法之一。但现有的几何活动轮廓模型大都需要为演化曲线定义一个初始位置，这容易导致图像分割结果受初始轮廓位置的影响。为此，结合图像的局部和全局信息构造一个新的符号压力函数，提出一个以偏微分方程形式存在的快速图像分割模型。所提模型形式简单，算法过程容易实现。实验结果表明，该模型允许常值初始化，无需初始轮廓即可快速分割三相图像、灰度不均图像、渐变图像以及深度图像等多类图像。     

一种扩散张量脑脐服体图像分割算法

提出了一种基于矢量活动轮廓模型的扩散张量脑拼刀氏体图像分割算法,其利用矢量Chan-Vese模型构造了控制轮廓线演化方向的矢量符号压力函数,并将向量范数形式用于表达脑拼肌体组织的扩散张量各向异性,给出了具有全局与局部分割特性的矢量活动轮廓模型。10组真实大脑扩散张量图像分割结果表明,该算法对脑拼抵体结构的分割精确、稳定。     

基于混合主动轮廓模型和区域间差别最大化的细胞弱边界分割

准确分割是图像处理与分析的关键。然而显微细胞图像的目标轮廓模糊、存在弱边界等问题,使得分割结果往往不尽人意。针对这一问题,提出基于混合主动轮廓模型和区域间差别最大化的细胞弱边界分割方法。该模型根据区域最大化的原则,并采用局部和全局灰度信息作模型的驱动力,在确保检测出全局差异的同时,捕捉到局部差异性。模型的能量泛函是由局部和全局拟合项组成的,并引入策略权重参数,这个参数利用梯度信息来解释局部拟合项和全局拟合项是如何组成混合拟合项的。实验结果表明,这种基于混合主动轮廓模型和区域间差别最大化的细胞分割方法能有效地捕获弱边界并分割出细胞核。     

结合分数阶微分和图像局部信息的CV模型

目的 由于CV模型仅利用了图像的全局信息,其对灰度不均匀图像的分割效果不理想,同时在分割弱边缘和弱纹理图像时,优化易陷入局部最优从而导致分割效率低下,且对初始位置的选择较为敏感。针对这些问题,提出一种结合分数阶微分和图像局部信息的CV模型。方法 首先将分数阶梯度信息融入图像的局部信息中,用来替代CV模型的整数阶全局信息,并建立自适应计算分数阶最佳阶次的数学模型,然后在模型中加入符号距离的约束项。结果 一方面,用局部信息代替全局信息,可以在一定程度上解决CV模型对灰度不均匀图像分割效果不理想的问题。另一方面,将Grünwald-Letnikov分数阶梯度信息融合到局部信息中,当分数阶阶次0 < α < 1时,增加了图像灰度不均匀、弱边缘、弱纹理区域的梯度信息,从而增加了演化驱动力避免演化曲线陷入局部最优,有效地解决了图像因灰度变化不大导致演化曲线驱动力小的问题,在一定程度上解决了模型对初始轮廓位置选择和对噪声敏感的问题。同时为了解决人工选取最佳分数阶阶次费时费力的问题,根据图像的梯度模值和信息熵建立计算分数阶最佳阶次的数学模型,将此自适应分数阶模型应用到算法之中,以自适应确定最佳分数阶阶次。此外,为了避免模型的重新初始化,在模型中加入符号距离的约束项,从而提高了曲线的演化效率。结论 理论分析和实验结果均表明,该算法能够较好地分割灰度不均匀、弱边缘和弱纹理区域的图像,并能根据图像特征自适应确定最佳分数阶阶次,提高了分割精度和分割效率,且对初始轮廓位置选择及噪声均具有一定的鲁棒性。     

图像局部交互熵分割模型的两步快速优化

目的 针对LCK（local correntropy-based K-means）模型收敛速度慢,提出新的基于LCK模型的两步快速分割模型。方法 两步快速分割模型包括粗分割和细分割。1）粗分割：先将待分割的原始图像下采样,减少数据量;然后使用LCK模型对采样后的粗尺度图像进行分割,得到粗分割结果及其相应的粗水平集函数。由于数据量的减少,粗分割步骤可以快速得到近似分割结果。2）细分割：在水平集函数光滑性约束下,将粗分割结果及其对应的粗水平集函数上采样到原始图像的尺度,然后将上采样后的粗水平集函数作为细分割的初始值,利用LCK模型对原始图像进行精细分割。因初始值与真实目标边界很接近,所以只需很少迭代次数就能得到最终分割结果。结果 采用F-score评价方法分析自然以及合成图像的分割结果,并与LCK模型作比较,新的模型F-score数值最大,且迭代次数不大于50。结论 粗分割步骤能在小数据量的情况下,快速分割出粗略的目标;细分割步骤在较好的初始值条件下,能够快速收敛到最终的分割结果,从而有效提高了模型的计算效率和精确性。本文算法主要适用于分割含有未知噪声及灰度非同质的医学图像,且分割效率高。     

针对弱边缘信息的左心室图像分割算法

基于距离正则水平集模型（DRLSE）的左心室MR图像分割算法对梯度信息有很强的依赖性,在图像弱边缘区域容易陷入局部最优,且对初始轮廓的选取敏感。为降低算法对初始轮廓的敏感程度,提高其在左心室图像弱边缘的分割能力,提出一种适用于弱边缘信息的左心室分割算法。在DRLSE的基础上,该分割算法提出运用拟合方法计算基于变异系数分割模型（PSM）的新局部项,算法依靠梯度与图像局部信息驱动曲线演化,降低了DRLSE对初始轮廓的敏感度;引入形状约束力,克服DRLSE算法在左心室外膜弱边界处出现边界泄露的情况。为验证所提算法分割的准确性,基于多伦多市患病儿童医院影像科提供的数据库,利用DRLSE、保持凸性水平集模型（CPLSE）模型、U-Net网络以及提出的内膜算法对心内膜进行分割;利用DRLSE、引入外膜形状约束力的DRLSE模型（DRLSE-shape）、U-Net网络以及提出的外膜算法对心外膜进行分割。实验结果表明,针对左心室内、外膜,所提算法优于上述算法,能降低DRLSE对初始轮廓的敏感程度,提升对左心室弱边界MR图像分割的精确度。