广义信息熵测度在医学图像配准中的应用

针对互信息测度在配准医学图像时易陷入局部极值的缺点,将Shannon熵扩展到广义熵,提出了三种基于广义熵的信息测度。对于收敛性能的评价,提出收敛宽度和收敛半径的概念。通过人体脑部CT/MR和MR-T1/T2图像的刚体配准实验,从计算时间、收敛性能和配准精度方面,对归一化互信息、广义熵信息测度进行了比较与分析。实验结果表明,在不损失计算时间和配准精度的前提下,广义信息熵测度SRI_0.9和GMI_0.9的收敛性能优于归一化互信息测度,对噪声有很强的鲁棒性。     

一种基于广义互信息的图像配准算法

互信息作为图像配准中的相关度矩阵有着广泛的应用,通常采用的是基于Shannon熵的互信息。采用一个广义的信息熵——Renyi熵,提出了一种基于广义互信息的图像配准方法。在全局搜索阶段,采用q取较小值的Renyi熵,此时,Renyi熵可以消除局部极值,再通过局部优化方法对当前的局部最优解进行局部寻优,以找到全局最优解;在局部优化阶段,使用基于q→1时的Renyi熵的归一化互信息测度作为目标函数。实验结果表明:相对于归一化互信息图像配准算法,基于Renyi熵的互信息配准算法有良好的配准效果,且提高了配准速度。     

基于互信息图像配准中的局部极值问题研究

基于互信息的图像配准方法具有自动化程度高、配准精度高等优点,近年来在医学图像配准中得到广泛应用。但是当变换后像素坐标位于非采样网格点时,插值算法有时会使目标函数产生局部极值,使得最优化搜索终止于局部极值,得到错误的配准结果。分析了两种常见的插值算法和产生局部极值的原因,在此基础上提出一种新的插值算法。实验结果表明,该算法有效地抑制了基于互信息的目标函数的局部极值问题,使目标函数更加平滑。     

基于特征分类的MRI医学图像弹性配准

基于互信息的弹性图像配准是医学图像配准的重要方法之一。然而由于互信息在小样本图像配准中,会出现多局部极值和极值偏离问题,从而容易出现配准误差,进而造成整图的弹性配准误差。为减少这种配准误差,提出了一种基于特征分类的互信息医学图像弹性配准方法。该方法先采用图像的灰度和梯度特征训练自组织映射(self-organized mapping,SOM)神经网络特征分类器,将图像由高维灰度空间映射到低维特征类别空间;然后,在特征类别空间进行互信息图像弹性配准。实验结果表明,该方法大大提高了小样本图像配准的成功率,并可通用于有噪和无噪的医学图像弹性配准中。     

互信息医学图像配准中PV插值算法的改进

基于互信息的医学图像配准算法中,传统的部分体积插值法（PV）使互信息函数在像素整数倍位移处产生局部极值,使优化算法陷于局部最优解,从而导致错误配准。提出用Blackman-Harris窗sinc函数作为核函数,对传统PV插值法进行改进,同时将参与插值的邻域点从4个增加到16个,有效消除了局部极值,得到了光滑的互信息函数曲线。具体配准实验证明,该方法可行,且有更高的鲁棒性。     

基于加权互信息的多模图像配准算法

基于互信息方法的医学配准容易出现局部极值现象,导致准确率下降。为此,提出一种基于加权互信息的多模图像配准算法。通过全局滤波和边缘提取进行图像预处理,突出图像特征,采用加权互信息方法实现配准。实验结果表明,该算法能够提高多模图像配准的准确率,加快匹配速度。     

基于改进模拟退火算法的医学图像配准

基于互信息的图像配准方法被广泛应用于医学图像配准,但其目标函数常常存在许多局部极值,干扰配准结果.提出了改进的下降单纯形-模拟退火混合算法.利用快速的下降单纯形法作局部搜索获得局部极值,再利用具有全局优化能力的模拟退火法来获取全局极值,从而实现CT-MR多模医学图像配准.实验表明,该混合算法与传统的单一算法相比,配准精度高,速度快.     

互信息医学图像配准研究与局部极值的克服

研究了基于互信息的三维医学图像配准,并克服了的局部极值问题。改进了互信息和归一化互信息的公式,减小了计算量：对Powell算法的方向替换策略进行矫正,最大限度地保持原搜索方向;采用预谩旋转量的方法有效解决了插值赝像局部极值问题。采用背景阚值策略,减小了互信息的计算区域,应用形态学方法,去除了PET图像的背景伪迹,使用了多分辨率策略,有效地提高了配准的速度。实验表明,用谊改进的算法进行三雏医学图像配准可以达到亚像素精度,且在速度上有了明显的提高。     

基于互信息和二级搜索的图像配准

基于互信息的图像配准方法,已经广泛应用于图像配准领域.但互信息图像配准方法容易受到局部极值的干扰,难以得到最优解.对互信息图像配准中互信息的表征、图像插值方法以及优化搜索算法三个要素做了探讨,尤其针对常用的Powell搜索算法的不足,提出了基于互信息和二级搜索的图像配准算法.该算法以标准互信息为图像相似测度,利用PV插值法平滑搜索空间,采用Simplex算法进行一级粗配准,采用Powell算法进行二级精配准.仿真结果表明,二级搜索配准算法能够有效地克服局部极值,提高计算速度,用于大差异图像配准.     

物体边沿特征提取及应用

针对互信息配准方法中目标函数因存在多极值而容易陷入局部最优的问题,提出了一种基于萤火虫算法改进优化策略的互信息医学图像配准算法。该算法使用归一化互信息作为相似性测度,用萤火虫所处位置来表示配准参数,根据每个萤火虫的位置计算互信息函数值并将其作为当前萤火虫的亮度,通过亮度和吸引度的迭代更新来寻找互信息函数取最优解时的最佳配准参数。实验结果表明,该方法克服了互信息函数容易陷入局部最优的问题,有效地提高了配准精度。     

Efficiency analysis of information theoretic measures in image registration

Efficiency analysis of some information theoretic measures that can be used in image registration as objective functions is carried out. Shannon mutual information, Renyi and Tsallis entropy are examined using synthesized images with correlation function, intensity and noise distributions close to Gaussian. Results show that Renyi entropy potentially provides a faster convergence rate and lower variance of parameters’ estimates when using recurrent image registration algorithms. According to these criteria, Tsallis entropy provides a little worse results; however, it has a larger effective range. Shannon mutual information loses to both entropy measures. Moreover, it is more sensitive to noise. Nevertheless, Shannon mutual information is more effective in terms of computational complexity.     

模糊互信息配准准则的理论和实验分析

从图像配准的模糊性出发,在图像配准中考虑图像的灰度相关性,结合了图像的空间信息。在配准准则中引入图像配准的灰度相关系数,提出了基于模糊互信息的配准准则。实验表明,模糊互信息函数比互信息函数具有更少的局部极值点和更好的优化特性。     

一种改进的心脏磁共振图像亚像素匹配方法

心肌灌注磁共振图像系列的配准是心脏分析诊断的重要辅助手段。针对心脏磁共振时间序列图像,提出了一种结合力矩主轴法与互信息法的序列图像亚像素配准新方法。给出了一种由粗配准到精配准的混合配准策略。采用力矩主轴法进行粗配准,避免那些远离全局最优点的局部极值;采用Powell算法和模拟退火算法相结合的搜索策略,以互信息的值作为目标函数,对结果进行优化。使得图像配准精度和速度有极大的提高。     

基于互信息的医学图像配准中改进的采样方法

研究了以互信息为相似性测度的医学图像配准方法,在互信息计算过程中,对图像数据的采样提出了一种基于信息熵的采样方法。这种方法是将图像分成一定数量的小方块,计算每一小方块的熵,根据熵值的大小对方块进行分类,不同的类设置不同的采样因子:熵值大的方块对应的采样因子大,熵值小的方块对应的采样因子小。通过实验证明,该方法能够折中配准的精度和速度,适用于医学图像配准的实时处理。     

高阶熵在医学图像配准中的应用研究

互信息是图像配准技术中广泛应用的一种相似性度量方法。传统的互信息方法中仅仅考虑了图像像素的灰度信息,而没有考虑像素之间的空间位置关系。因此,空间信息的缺乏导致了传统方法鲁棒性较差。在讨论了高阶熵的基本概念之后,将像素邻域均值作为高阶熵的第二维变量,由此加入空间信息。实验结果证明,该方法具有很强的抗噪声能力,能够使配准曲线更加平滑,从而避免在搜索过程中陷入局部极值。     

基于角点特征和最大互信息的图像配准

基于互信息的配准方法是图像配准领域的重要方法。互信息是图像配准中常用的相似性度量,具有鲁棒、精度高等优点,但基于互信息的配准计算量大,制约了它的实际应用。文章提出一种基于角点和最大互信息配准方法:首先采用间接算法来计算曲率的极大值点,从而能快速准确的提取角点集;接着计算两幅图像角点集间的互信息,最后通过POWELL算法搜索使互信息最大以实现配准。实验表明,该算法计算简单,配准速度快,具有更好的精确性和鲁棒性。     

Information Theoretic Deformable Registration Using Local Image Information

We present a deformable registration algorithm for multi-modality images based on information theoretic similarity measures at the scale of individual image voxels. We derive analytical expressions for the mutual information, the joint entropy, and the sum of marginal entropies of two images over a small neighborhood in terms of image gradients. Using these expressions, we formulate image registration algorithms maximizing local similarity over the whole image domain in an energy minimization framework. This strategy produces highly elastic image alignment as the registration is driven by voxel similarities between the images, the algorithms are easily implementable using the closed-form expressions for the derivative of the optimization function with respect to the deformation, and avoid estimation of joint and marginal probability densities governing the image intensities essential to conventional information theoretic image registration methods. This work has been supported in part by NIH grants R01-NS42645 and R01-AG14971.