二维点模式图像的仿射变换配准

提出了一种图像特征点配准算法．该算法为二维点模式图像仿射配准建立了新的求解模型,此模型对参考图像的特征点集和浮动图像的特征点集分别进行Whitening变换,将点集间的一般仿射变换问题转换为刚性变换问题;在对刚性变换求解时,采用平滑性好、局部极值较少的新的目标函数;并引入了形变程度分量,使该算法更能符合实际应用．结合文中提出的新的仿射不变量,目标函数只需在平分法的基础上加入随机因素便能快速求解．实验结果证明,该算法在处理特征点仿射配准问题上具有速度快、精度高的特点．     

脑切片图像三维重建中的层间配准算法

在脑切片图像三维重建过程中,为了解决二维医学图像的层间配准问题,提出一种新的模板配准的算法.该算法根据序列图像的共同模板信息,在各图像中搜索匹配图,再将切片图像移动到理想对齐位置,经动态校正后,以目标质心为矩形左上角,截取图像用以重建。实验结果对比分析表明,本算法能精确处理数字人采集的原始数据,并能为后续的二次数据库开发、图像分割、重建和数字解剖等提供应用支持,优于同类算法。     

基于霍特林变换的三维医学图像快速配准算法

提出了一种新的基于霍特林变换的三维医学图像快速配准算法,这是将数据压缩技术用于图像配准的一种创新性尝试。传统的基于灰度的方法需要考虑整个三维数据的灰度信息,计算复杂度大,无法满足临床需要。论文将Otus算法与互信息量技术相结合提出了一种新的图像分割算法,用于提取待配准物体,从而得到物体的向量表示;然后通过霍特林变换的平移和旋转性质完成配准。实验结果表明此方法能准确,快速地处理图像刚性配准问题,特别适用于三维医学图像的配准。     

三维医学图像配准在图像引导放疗中的应用

为了确定病人的摆位误差,实现精确放疗,提出一种改进的Demons弹性配准算法。采用FDK算法对锥形束CT(CBCT)图像进行三维重建,利用可视化工具包 (VTK)体绘制法可视化重建结果;在分割与配准工具包 (ITK)基础上实现Demons算法,并基于对称梯度的思想,将参考图像和浮动图像的梯度场信息加入到Demons算法中,给出新的Demons形变力公式。分别使用单模态和多模态医学图像进行配准实验,结果显示改进的Demons算法与原始Demons算法相比,配准速度更快、精度更高。基于对称梯度的Demons算法更适用于图像引导放射治疗中CBCT重建图像与CT计划图像间的配准。     

基于Demon算法的乳房核磁共振图像配准

为了提高乳房动态核磁共振成像中不同时间点序列图像的配准速度,提出了将快速的Demon非刚性配准算法与图像强度校正相结合的乳房图像配准模型。Demon算法本身基于图像强度变化计算变形参数,因此不适于强度动态增强的图像配准。首先根据乳房组织的信号增强模型应用多项式理论校正待配准图像的强度,再应用Demon算法进行几何变形配准。实验表明该算法在精度上远优于直接使用Demon算法,在与自由形变配准算法具有几乎相同配准精度的前提下,明显提高了配准速度。     

基于深度卷积特征光流的形变医学图像配准算法

光流法是一种基于光流场模型的重要而有效的形变配准算法。针对现有光流法所用特征质量不高使得配准结果不够准确的问题，将深度卷积神经网络特征和光流法相结合，提出了基于深度卷积特征光流（DCFOF）的形变医学图像配准算法。首先利用深度卷积神经网络稠密地提取图像中每个像素所在图像块的深度卷积特征，然后基于固定图像和浮动图像间的深度卷积特征差异求解光流场。通过提取图像的更为精确和鲁棒的深度学习特征，使求得的光流场更接近真实形变场，提升了配准精度。实验结果表明，所提算法能够更有效地解决形变医学图像配准问题，其配准精度优于Demons算法、尺度不变特征变换(SIFT) Flow算法以及医学图像专业配准软件Elastix。     

大形变微分同胚图像配准快速算法

本文提出一种研究大形变图像配准算法. 大形变使得图像信息和拓扑结构有较大的改变, 目前该方面的研究仍然是一个难点. 基于严密数学理论的微分同胚Demons算法是图像配准的著名算法, 为解决大形变配准问题提供了重要基础. 基于对微分同胚Demons算法的研究结合流形学习的思想提出一种大形变图像配准的新算法(MRL算法). 新算法通过挖掘图像的局部和全局流形信息改进微分同胚Demons 速度场的更新, 更好地保持图像的拓扑结构. 对比实验结果表明, 本文所提出的算法能够快速高精度地实现大形变图像的配准.     

基于红外可见光图像配准的电力设备分割算法

电力设备故障会导致变电站大范围停电,造成巨大损失。根据电力设备运行时会发热的特点,提出一种基于红外可见光图像配准的电力设备分割方法,便于进行故障检测。该方法首先利用结构化随机森林对电力设备的红外和可见光图像进行边缘检测,构建可见光边缘图像的多尺度高斯金字塔,然后结合归一化互信息对红外和可见光图像进行配准,对红外图像进行Otsu阈值分割,结合配准结果分割出可见光图像中的电力设备。实验结果表明,该算法能精确地实现配准及分割,具有一定实用性。     

图像配准的复制动力学方法

为了实现高精度图像配准,把单个像素看做参与博弈的局中人,将图像配准视为图像中各个像素与其周边像素的演化博弈过程。为了寻求博弈的均衡点,根据配准问题的特点,对复制方程进行修改,提出基于修改后的复制方程的图像配准方法。新方法是完全基于问题域建立起来的,能实现对任意形变的高精度配准,并且配准精度与分辨率无关。针对刚性形变的遥感图像和非刚性形变的医学图像进行了两组实验,结果表明了新算法的有效性。     

基于平衡系数的Active Demons非刚性配准算法

经典的Active demons算法利用参考图像和浮动图像的梯度信息作为驱动力,并使用均化系数调节两种驱动力之间的强度.该算法克服了Demons算法单一使用参考图像的梯度信息作为驱动力的缺点,但是Active demons算法中的均化系数无法同时兼顾大形变和小形变区域的准确配准,还会导致配准的收敛速度和精确度相互制约的问题.为此,本文提出一种新的Active demons非刚性配准算法.提出的算法在Active demons扩散方程中引入一个称为平衡系数的新参数,与均化系数联合调整驱动力,不仅可以兼顾图像中同时具有的大形变和小形变区域的准确配准,而且在一定程度上缓和了收敛速度和精确度相互制约的问题.为了进一步提高配准的收敛速度和精确度,避免陷入局部极值,在新的配准算法的实现中引入由粗到细的多分辨率策略.在Checkboard测试图像、自然图像和医学图像上的实验结果表明,提出的算法较经典的Active demons算法收敛速度更快,配准精度平均提高了54.28%,接近最新的TV-L1光流场图像配准算法的配准精度,解决了Active demons算法存在的问题.     

梯度与曲率变形力相结合的图像配准方法

针对Demons算法将形变配准视作扩散问题,仅靠梯度信息确定浮动图像的位移,在梯度非常小时图像形变方向不能确定,会导致错误的配准变换这一弊病,将等照度线曲率作为一个控制形变的驱动力因素引入Demons扩散方程,建立了一个具有梯度与曲率双重驱动力的非线性扩散模型,将其应用于图像配准。实验结果表明,这一模型较经典Demons算法具有更好的配准性能。     

梯度与曲率变形力相结合的图像配准方法——大形变非刚性图像配准

Active Demons算法是Demons算法的改进形式,其将形变配准视作扩散问题,利用牛顿作用力与反作用力思想,仅依靠梯度信息确定浮动图像的位移,在处理大形变配准问题时存在配准精度不高的弊病。将等照度线曲率作为一个控制形变的驱动力因素引入Active Demons扩散方程,建立了一个具有梯度与曲率双重驱动力相结合的非线性扩散模型（Active G&C model）,并在Active G&C模型应用于大形变图像配准的算法实现过程中加入多分辨率策略,以提高大形变图像的配准精度。实验结果表明,这一模型较经典的Active Demons算法具有更好的配准性能。     

牙周膜胶原纤维组织切片的显微图像配准

针对牙周膜胶原纤维组织切片在制作过程中对力度和方向非常敏感,极易造成组织变形和空间位移的问题,采用了一种有效的图像配准方法,以便后期对胶原纤维组织空间结构的重建。在Masson染色制成的兔牙周膜石蜡切片的基础上,利用高倍光学显微镜获得了牙周膜的序列切片图像;再采用基于正规步长梯度下降的二维刚性配准和基于对数域对称Demons微分同胚非刚性配准相结合的方法,对牙周膜序列切片图像进行级联配准。实验结果表明,相对于有限元非刚性配准而言,对数域对称Demons微分同胚非刚性配准方法具有较好的优势,其配准每张图片的平均时间为有限元法的3.1%,而配准均方误差平均为有限元法的89%。     

基于自适应分数阶的医学图像非刚性配准

现有的医学图像配准算法对于灰度均匀、弱边缘以及弱纹理图像易陷入局部最优从而导致配准精度低下、收敛速度缓慢. 分数阶主动Demons (Fractional active Demons, FAD)算法是解决该问题的有效方法, 并且适用于图像的非刚性配准. 但FAD中的最佳分数阶阶次是人工交互选取, 并且对整幅图像都是固定不变的. 为了解决该问题, 提出一种阶次自适应的主动Demons算法并将其应用到医学图像的非刚性配准中. 算法首先根据图像的局部特征建立分数阶阶次自适应的数学模型, 并逐像素计算最优阶次, 基于该阶次构造Riemann-Liouvill (R-L)分数阶微分动态模板; 然后将自适应R-L分数阶微分引入到Active Demons算法, 在一定程度上缓解了图像配准在弱边缘和弱纹理区域易陷入局部最优问题, 从而提高了配准精度. 通过在两个医学图像库上进行实验验证, 实验结果表明该方法可以处理灰度均匀、弱纹理和弱边缘的医学图像非刚性配准, 配准精度得到较大提升.     

Demons非刚性配准算法拓扑保持性的研究

在基于配准的图像分割应用中, 拓扑保持性是非刚性图像配准算法的一个重要约束. 本文从矢量场特性出发, 分析了Demons非刚性图像配准算法导致目标拓扑改变时变形场的特点. 根据变形场特点与其雅可比行列式之间的关系, 给出了校正该算法拓扑保持性的方法. 实验表明, 改进后的变形场具有了拓扑保持性.     

Multimodal image registration system for image-guided orthopaedic surgery

We present a novel multimodality image registration system for spinal surgery. The system comprises a surface-based algorithm that performs computed tomography/magnetic resonance (CT/MR) rigid registration and MR image segmentation in an iterative manner. The segmentation/registration process progressively refines the result of MR image segmentation and CT/MR registration. For MR image segmentation, we propose a method based on the double-front level set that avoids boundary leakages, prevents interference from other objects in the image, and reduces computational time by constraining the search space. In order to reduce the registration error from the misclassification of the soft tissue surrounding the bone in MR images, we propose a weighted surface-based CT/MR registration scheme. The resultant weighted surface is registered to the segmented surface of the CT image. Contours are generated from the reconstructed CT surfaces for subsequent MR image segmentation. This process iterates till convergence. The registration method achieves accuracy comparable to conventional techniques while being significantly faster. Experimental results demonstrate the advantages of the proposed approach and its application to different anatomies.     

Context-based segmentation of image sequences

We describe an algorithm for context-based segmentation of visual data. New frames in an image sequence (video) are segmented based on the prior segmentation of earlier frames in the sequence. The segmentation is performed by adapting a probabilistic model learned on previous frames, according to the content of the new frame. We utilize the maximum a posteriori version of the EM algorithm to segment the new image. The Gaussian mixture distribution that is used to model the current frame is transformed into a conjugate-prior distribution for the parametric model describing the segmentation of the new frame. This semisupervised method improves the segmentation quality and consistency and enables a propagation of segments along the segmented images. The performance of the proposed approach is illustrated on both simulated and real image data.     

阈值标记的分水岭彩色图像分割

目的 针对传统分水岭算法中产生的过分割问题,提出一种基于阈值标记的分水岭彩色图像分割算法。方法 该方法将分水岭算法直接应用到原始梯度图像上而不是简化之后的图像,这样做的目的是可以保护边缘信息不受损失;利用不同尺寸结构元求取彩色图像形态学梯度,解决了关于保护边缘和图像简化之间的矛盾。同时算法设计一种阈值自动选取与标记提取方法,从梯度的低频成分中提取与物体相关的局部极小值,用这些极小值构成的二值图像强制标定原始梯度图像,在修改后的梯度上进行分水岭分割。结果 在仿真实验中,利用本文算法针对不同RGB彩色图像进行分割,获得准确、连续封闭的分割边界,与其他同类方法相比,得到符合人类视觉的最小分割区域数,同时在运行效率上也有很大提高。结论 该方法可以自适应提取标记而不需要先验知识,有效解决了分水岭算法的过分割问题,相对于传统的算法,提高了分割性能,有较好的适用性和鲁棒性,可将其应用于机器视觉、生物医学以及高光谱遥感图像分割领域。