一个面向医学影像理解的研究与开发平台

近年来,面向应用的软件开发平台正在越来越有力地支持着用户实现各类复杂应用系统的设计与开发.面向医学影像理解的研究与开发平台(MedRDP)是一个支持医学影像数据管理、医学影像理解、算法复用、算法模拟和算法集成的环境.本文提出了一个具有高复用、易操作特点,并由用户接口层、功能组件层、执行服务层和数据管理层四个层次构成的多层框架结构,描述了平台的应用及其主要的功能实现.     

基于两类阶梯模式的相位展开

为了加强相位展开过程的准确性和鲁棒性,提出了一种新颖的梯形相位展开算法。该算法结合了灰度和相位两种编码方式进行相位展开。基于灰度的相位展开可以通过投射不同的灰度确定不同的等级,但是当条纹周期非常小,相应的灰度差异也非常小,使相位展开出现错误。相位展开具有很强的鲁棒性,但本身计算量很大。与传统算法相比,该算法设计了两类模式快速地恢复绝对相位。第一类模式是基于灰度信息对全局调制光栅进行分割,第二类模式是基于相位进行编码,同时在第一模式中对全局调制光栅进行更加细致的分级,第二类模式变化的周期与包裹相位的截断周期一致。因为颜色能够简单而且准确地确定边界,同时相位有很好的鲁棒性,因此,能够准确地恢复绝对相位。实验结果表明:提出的算法能够准确地确定包裹相位的等级,而且能够快速地得到物体表面的三维信息。     

基于多尺度形态学滤波的CT图像疑似肺结节提取

CT图像中疑似结节病灶区域的分割和提取是肺部CAD系统的关键和难点．研究一种基于肺结节几何特征的多尺度形态学滤波的疑似结节区域提取算法,构造了一组不同尺度的类圆形结构元素进行形态学滤波．经过多尺度处理,不同大小的疑似肺结节区域得到增强和突出,气管、血管等线形解剖组织得到了削弱和抑制,结构元素的几何参数及二值化阈值参数的选取不需要人工设置．实验结果表明,该算法可以较好地实现不同大小疑似结节区域的自动提取．     

基于红外编码结构光的深度测量方法

视觉深度测量是计算机视觉领域的重要问题。提出了一种基于红外编码结构光的深度测量方法。首先,设计一种新的网格图案并提出一种顺序编解码算法,准确计算参考图像与目标图像之间对应点的偏移;然后,提出一种成像系统参数线性拟合算法,建立目标深度与光斑像素偏移之间的线性关系,并修正镜头畸变;最后,基于线性关系实现深度测量,并基于Delaunay三角剖分算法实现三维重建。在实验过程中,通过多组数据进行误差评估与校正,提高测量精度,降低系统误差。多组实验数据表明,该深度测量方法准确性较高,并具有较好的实用性与鲁棒性。     

计算机辅助诊断算法平台

针对计算机辅助诊断系统已成为制约医疗器械硬件发展的关键因素，提出一个医学影像辅助诊断算法平台（Computer Aided Diagnosis Algorithm Platform，CADAP），帮助研发人员高效、便捷地开发面向人体多种疾病的计算机辅助诊断系统．平台集成医学影像三维可视化、图像增强、图像分割、ROI（Regionof Interest）检测、特征提取与分类等关键算法，并引入工作流技术，采用组件与多层体系结构建立一个算法流程可以动态管理和复用的算法平台．     

双尺度顺序填充的深度图像修复

目的 深度图像作为一种重要的视觉感知数据,其质量对于3维视觉系统至关重要。由于传统方法获取的深度图像大多有使用场景的限制,容易受到噪声和环境影响,导致深度图像缺失部分深度信息,使得修复深度图像仍然是一个值得研究并有待解决的问题。对此,本文提出一种用于深度图像修复的双尺度顺序填充框架。方法 首先,提出基于条件熵快速逼近的填充优先级估计算法。其次,采用最大似然估计实现缺失深度值的最优预测。最后,在像素和超像素两个尺度上对修复结果进行整合,准确实现了深度图像孔洞填充。结果 本文方法在主流数据集MB (Middlebury)上与7种方法进行比较,平均峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)和平均结构相似性指数(structural similarity index,SSIM)分别为47.955 dB和0.998 2;在手工填充的数据集MB+中,本文方法的PSNR平均值为34.697 dB,SSIM平均值为0.978 5,对比其他算法,本文深度修复效果有较大优势。在时间效率对比实验中,本文方法也表现优异,具有较高的效率。在消融实验部分,对本文提出的填充优先级估计、深度值预测和双尺度改进分别进行评估,验证了本文创新点的有效性。结论 实验结果表明,本文方法在鲁棒性、精确度和效率方面相较于现有方法具有比较明显的优势。     

一种基于全向结构光的深度测量方法

深度测量是立体视觉研究的重要问题, 本文提出一种基于全向图与结构光的深度测量方法.首 先,根据测量系统特点,采用了基于多参考面的投影仪标定算法;然后,设计了一组 "四方位沙漏状"编码结构光,实现待测图像与参考图像的对应点计算;最后,在移动条件下,研 究基于先验约束迭代就近点(Iterative closest point, ICP)的深度点云匹配算法. 实验结果表明,本文方法可以准确地对室内场景进行深度测量,且抗干扰能力较强.     

改进的表面法向量投影叠加CT图像疑似肺结节检测算法

对表面法向最投影叠加法进行改进,提出一种基于三维局部形状约束并采用自适应投影距离的表面法向量叠加疑似肺结节检测方法.现有的表面法向量投影叠加法没有对初始ROI(region of interest)区域表面进行形状约束,采用单一投影距离,存在投影叠加计算量大且只适用于固定大小的肺结节检测问题.首先采用Otsu阈值方法得到初始ROI区域,计算初始ROI曲面的三维局部形状指数,对三维ROI的体素表面法向量进行投影约束,以提高球形选择性、减少投影叠加计算量;在表面法向量叠加过程中由ROI曲面自适应地决定投影距离,一方面限制表面法向量向ROI曲面外投影;另一方面可以克服检测固定大小肺结节的局限性;由于肺结节一般表现为球形,具有较大的表面法向量投影叠加值,选择局部最大叠加值,可以检测不同大小的球形疑似肺结节区域.实验结果表明,改进算法具有更好的球形选择性,可以较好地检测出不同大小的疑似肺结节,具有较高的敏感度和较低的假阳性率.     

基于非稳态随机过程的近红外反射率鲁棒估计算法

反射率估计在计算机视觉、计算机图形学等领域具有重要作用.为了精确获取反射率,提出一种基于非稳态随机过程的近红外反射率鲁棒估计算法(RENA).该算法以Kinect二代传感器采集结果计算初始反射率,并建立反射率加性噪声模型,同时提出光照度鲁棒估计的概念,简化反射率图像非稳态随机过程模型.实验表明,RENA算法的反射率估计结果优于其他去噪算法,适用于室内场景的反射率图像高精度估计.     

基于几何形变模型的三维肺血管图像分割方法

肺血管分割一直是重要而困难的工作,因此,提出了一种新的基于几何形变模型的三维肺血管图像分割方法。现有几何形变模型方法仅仅包含了图像区域与边缘属性中的一种,而新方法能够同时包含上述两种图像属性。首先,定位血管内外同质区域;然后,通过目标边缘能量的计算使曲面沿着图像梯度方向的二阶导数进行演化,以使其精确收敛到目标边缘;最后,根据上述步骤,建立三维血管分割形变模型。通过多组CT图像的实验表明,该方法快速、准确,对背景噪声具有较好的适应性。