统计相似度特征的医学图像分割

基于偏微分方程和图论两类图像分割方法的一个共同之处是将分割问题转换成了能量函数的模型建立及其最优化过程。从这一共同点出发,将图像的局部统计分布特征和Bhattacharyya相似度信息相结合并引入到测地线主动轮廓模型(GAC)和图切分(GC)模型的能量函数构造中。改进后GAC算法相当于为模型引入了一个基于似然比检验的回拉力,可有效阻止弱边界处泄露;基于非参数估计的能量函数构造更适用于小样本和分布函数不恒定的情况,使得改进GC模型更完整地提取图像目标的细节部分。将改进GAC和GC模型应用至膝关节MRI序列分割,提出完整分割各骨骼与半月板等结构的框架。在实验与分析部分,进行了定量与定性的实验对比。对噪声与局部体效应影响下的膝关节MRI序列及其他医学图像的实验,结果表明本文方法能够有效提高分割精度。     

基于改进的GAC模型的医学图像序列分割算法

为了快速有效地提取出图像序列的边缘,提出了一种基于改进的测地线活动轮廓（GAC）模型的图像分割算法。在该方法中,只需在第一幅图像中感兴趣区域的内部给出大致的初始轮廓。在后续图像中,首先采用运动估计与区域统计特征结合的方法得到轮廓模型的初始轮廓,然后利用结合先验信息的测地线活动轮廓模型进行分割。此外,为了有效地减少算法运算时间,采用手工办法在第一张图像上选定模型演化的区域,该区域在后续图像上将依据分割结果自动调整大小和位置。实验结果表明：方法能够快速有效地提取目标物体的边缘。     

一种基于主动轮廓模型的医学图像序列分割算法

介绍了一种结合live wire算法和活动轮廓模型的医学图像序列的分割方法.通过把live wire算法和图像分割中一般的区域增长方法结合,对传统live wire算法进行了改进,并用改进后的算法对医学图像序列中的单张或多张切片进行交互式地准确分割.然后计算机利用活动轮廓模型自动分割相邻的未分割切片.还通过在活动轮廓模型的边缘点中引入记录已分割物体边缘附近局部区域特征的灰度模型,把已分割切片中的物体与背景的局部区域特征带入相邻的未分割切片中,并用由灰度模型定义的区域相似性代替活动轮廓模型中的外能来引导边缘轮廓收敛到物体的实际边缘.最后介绍了一种基于live wire算法思想的简单的分割结果交互式修复方法.实验结果表明该算法仅需少量用户交互就能快速准确地从医学图像序列中分割出感兴趣的物体,在医学图像分析中具有实用价值.     

结合分水岭算法的水平集医学图像分割方法

由于医学图像中的复杂目标通常难以被完全分割,提出标记分水岭与改进型Li模型的组合图像分割算法。改进型Li模型构造了符号压力函数来取代传统的停止函数,解决了曲线单向演化的问题。标记分水岭具有较强的抑制噪声的能力,对医学图像的弱边缘具有较强的捕获能力。所以首先运用标记分水岭算法对图像进行预分割,快速准确定位目标区域边缘信息。再引入改进型Li模型算法,通过符号压力函数来指引曲线演化方向,控制演化速度大小,实现对复杂目标的完全分割。实验结果表明:全局信息和边缘信息都能被获得,该组合算法对医学图像中的复杂目标的分割效果较满意。     

基于边缘信息C_V模型的医学图像分割方法

图像分割是医学处理中的重要研究内容之一,提出一种基于边缘信息的改进的C_V模型的医学图像分割方法.在模型中增加了表征边界特征的项,利用图像的边界信息与区域信息为分割服务,克服了传统C_V模型不能利用图像的梯度信息的不足.并对C_V模型的区域信息项进行了改造,改变了传统C_V模型中均值取值的定义,提高了对灰度层次丰富的图像分割能力.增加了距离函数惩罚项,将距离函数重新初始化的过程并入整个水平集框架模型中,极大地提高了曲线演化与分割速度.实验表明该模型是有效的医学图像分割方法.     

改进符号压力函数的区域活动轮廓模型

利用具有图像增强能力的局部区域信息,定义一种新的符号压力函数(SPF)。用该SPF函数取代GAC模型中的边界停止函数,对GAC模型进行改进,提出一种新的区域活动轮廓模型,从而解决了非同质或弱边界图像的分割问题。继续采用Selective Binary and Gaussian Filtering水平集方法,避免水平集函数的重新初始化,简化新模型。真实图像和合成图像的实验结果表明,新模型与LBF模型具有相同的分割效果,但在计算效率上远优于LBF模型。新模型不仅能够分割非同质或弱边界图像,且具有亚像素分割精确性、抗噪性、局部全局选择分割性等性质。     

航空序列图像的特征模型提取及追踪

针对航空序列图像中模型没有任何先验知识且图像中的景物在不断刷新的情况，首先将图像分割成独立的区域，利用改进的Canny算子提取分割区域所包含的边缘，同时提出了区域特征比较因子，在此基础上给出了有效的特征模型提取和追踪方法，并分析了如何通过特征模型在航空序列图像中的移动来估计无人飞行器的飞行轨迹。通过对实际拍摄到的航空序列图像进行分析，表明本文的方法是有效的，对由航空序列图像的分析来估计无人飞行器的飞行轨迹提供了良好的基础。     

基于区域GAC模型的二值化水平集图像分割算法

针对测地线主动轮廓(GAC)模型进行了改进,提出了一种基于区域的GAC模型.通过构造基于区域统计信息的符号压力函数取代边界停止函数,有效解决了弱边界目标或离散状边界目标的分割问题.该模型采用二值化水平集方法实现,避免了传统实现方法水平集函数需要重新初始化为符号距离函数,从而导致稳定性差、计算量大、实现复杂等缺点.对不同类型图像的试验结果表明:该算法迭代收敛速度比GAC模型传统实现方法明显加快,且可有效防止边界泄漏,分割效果优于传统GAC模型与C-V模型.     

基于贝塞尔滤波改进的测地活动轮廓图像分割模型

活动轮廓模型广泛应用于图像分割和目标轮廓提取,基于边缘的测地活动轮廓（GAC）模型在提取边缘明显的物体时得到广泛的应用,但GAC演化过程中,迭代次数较多,耗时较长。针对这一问题,结合贝塞尔滤波理论,对GAC模型改进。首先,利用贝塞尔滤波对图像进行平滑处理,降低噪声;其次,基于贝塞尔滤波的边缘检测函数,构建新的边缘停止项,且并入到GAC模型中;最后,在构造的模型中同时加入反应扩散（RD）项以避免水平集重新初始化。实验结果表明,与多个基于边缘的模型相比,所提模型在保证分割结果精确度的同时,提高了时间效率,更适用于实际应用。     

改进U-Net的多级边缘增强医学图像分割网络

医学图像分割精度对医师临床诊疗起到关键作用,但由于医学图像的复杂性以及目标区域的多样性,造成现有医学图像分割方法存在边缘区域分割不完整和上下文特征信息利用不充分的问题。为此,提出一种改进U-Net的多级边缘增强(MEE)医学图像分割网络(MDU-Net)模型。首先,在编码器结构中加入提取双层低级特征信息的MEE模块,通过不同扩张率的扩张卷积块获取特征层中丰富的边缘信息。其次,在跳跃连接中嵌入融合相邻层特征信息的细节特征关联(DFA)模块,以获取深层次和多尺度的上下文特征信息。最后,在解码器结构对应特征层中聚合不同模块所提取的特征信息,通过上采样操作得到最终的分割结果。在2个公开数据集上的实验结果表明,与用于医学图像分割的Transformers强编码器(TransUNet)等模型相比,MDU-Net模型能够高效使用医学图像中不同特征层的特征信息,并在边缘区域取得了更好的分割效果。     

结合全局和局部信息的水平集图像分割方法*

LBF模型对初始轮廓大小和位置非常敏感,并且只考虑了图像的局部信息,没有考虑图像的全局信息。CV模型利用图像全局信息,对初始轮廓具有较强的鲁棒性。两种模型对椒盐噪声污染的图像不能取得令人满意的结果。针对以上问题, 在原有CV模型和LBF模型能量函数基础上,各自构造一个新的能量拟合项,增强对高斯噪声和椒盐噪声的抗噪性。采用新构造的CV模型,使用图像的全局信息得到粗分割轮廓。以粗分割轮廓作为新构造LBF模型的零水平集,利用图像的局部信息得到图像的精确分割结果。同时提出一种新的边缘检测算子,重新定义边缘停止函数,进一步提高模型的抗噪性。相较于CV模型,LBF模型,结合全局和局部信息的Wang模型和Qi模型,提出模型能得到更优的图像分割结果,具有较强的抗噪性。     

区域活动模型彩色图像分割研究

在图像分割优化问题的研究中,在图像提取识别感兴趣的目标中存在噪声和重叠,造成质量不高。传统的区域活动图像分割需要将能量泛函转换为封闭曲线,造成了算法复杂度高,图像分割边缘信息容易丢失,质量效果差。为解决上述问题,提出了一种新的遗传算法优化区域活动轮廓模型图像分割算法。根据区域的活动模型中融入了含有梯度方向指示性信息的边缘停止函数,使曲线在非期望边缘处加速演化,然后采用遗传算法交叉,变异操作优化图像区域活动模型参数。仿真结果表明,提出的改进的方法可以有效的对图像进行分割,大大的提高了图像分割的精确度和效率,改善图像分割的质量。     

结合边缘与区域信息的超声图像分割方法

针对超声图像受到成像原理的限制导致分割精度不高的问题,提出一种结合边缘与区域信息的变分水平集超声图像分割方法。通过对Li模型的能量函数进行改进,引入C-V模型的外部能量项,将图像的边缘梯度信息和区域信息相结合,并将其应用到超声图像的分割中。实验结果表明,新模型不仅继承了两种模型的优势,而且在分割速度、精度、抗噪性、鲁棒性等方面均优于上述模型,可以较为理想地提取超声图像中的目标。     

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。     

基于改进DRLSE水平集模型的图像分割

针对 DRLSE 水平集模型对噪声敏感、依赖初始轮廓位置以及演化速度缓慢等不 足,利用小波变换和小波阈值去噪的方法,构造对噪声不敏感的边缘信息刻画矩阵,定义基于 图像信息的边缘停止函数和自适应权重系数,获得了改进的 DRLSE 水平集图像分割模型。利 用有限差分法对模型求解,并采用 Jaccard 相似度作为评价模型的定量分析方法,数值结果显示 改进的模型及算法对图像分割的有效性,克服了 DRLSE 水平集模型分割含噪图像以及定义初 始轮廓位置的局限性,提高了 DRLSE 水平集模型的计算效率和图像分割精度。     

改进的双水平集医学图像分割方法

由于基于简化M_S模型的多相水平集图像分割模型仅仅利用了图像的区域信息,对图像的另一个重要信息(边缘信息)没有有效的利用,同时在分割的过程中需要对水平集函数不断进行重新初始化.为了解决上述模型的不足,本文提出改进的双水平集医学图像分割方法.该方法主要是在基于简化M_S模型的多相水平集图像分割模型的基础上将图像的边界信息项和为避免重新初始化水平集函数的惩罚项加入模型中.实验结果表明,添加了边界信息后的模型能够在边界位置定位更容易,同时改进后的双水平集模型在实现多目标分割时,无需重新初始化水平集函数,减少了计算量,简化了算法实现的复杂度.     

基于优化活动轮廓模型的SAR影像海陆分割方法研究*

SAR（合成孔径雷达）影像具有很强的乘性斑噪,给图像分割带来了困难。本文利用Gamma分布拟合SAR影像,并将其用于构造基于区域信息的能量泛函,提出了一种基于活动轮廓模型的SAR影像海陆自动分割方法。该方法在能量泛函中同时融合了边缘信息和区域信息,既有利于边界精确定位又有利于降低乘性斑噪的影响,利用活动轮廓演化模型,通过变分水平集方法推动活动轮廓曲线向海岸线演化,在最小化特定的能量泛函的约束下,使活动轮廓与海岸线重合,达到影像分割的目的。同时针对该模型提出了优化方法提高其计算效率,使本文提出的分割算法更加实用。     

含边缘信息的C-V模型

边缘信息对图像分割是十分重要的。把图像的边缘信息融入C-V模型（active contours without edges）,提出一个新的几何模型,它同时利用同质区域信息和边缘信息使演化曲线在目标边缘处停止。实验显示：新模型能够克服C-V模型的一些缺点;在减少分割时间的同时,对目标灰度不均匀或背景灰度不均匀、含弱边缘或强噪声的图像,分割效果不仅优于C-V模型,也优于C-V模型的两个最新改进模型（LBF和GACV）。     

改进的二阶总广义变分图像前后景分割模型

针对总变分TV图像前后景分割模型易导致阶梯效应的缺陷,提出了二阶总广义变分TGV图像前后景分割模型。为进一步提升图像分割质量,在TGV前后景分割模型的正则项中引入边缘指示函数,使其在图像边缘区域减弱扩散,较好地保护边缘;在图像平滑区域增强扩散,有效地消除噪声。为突出前景信息,用矩形框标出图像的前景信息,对框内部、外部和边缘的像素做距离映射,并根据能量最小化原则,在二阶TGV模型的数据项中引入此距离映射函数,使模型总能量更小。最后,提出了一种有效的原始对偶分割算法来求解模型。实验表明,新模型不但能够去除阶梯效应现象,保持图像的边缘信息,还使得模型总能量更小,分割得到的图像视觉效果更好。