论文题目: 几何图像模型及其在医学图像处理中的应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 模式识别与智能系统
作者: 石澄贤
导师: 夏德深
关键词: 医学图像,曲线演化,图像除噪,主动轮廓模型,图像分割,水平集,偏微分方程,先验形状
文献来源: 南京理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 计算机视觉和图像处理的许多问题，例如，图像的分割、增强、跟踪等经常表现为病态问题。数学上通过能量度量最小化把这些问题转化成变量或函数的最优化问题。经变分方法导出图像处理问题的偏微分方程。这为图像处理提供了一种强大的数学框架。这些数学框架能把图像处理问题表为一个适定问题。它能保证解的存在性、唯一性和规整性。本文主要就几何曲线演化模型及其在医学图像中的应用进行探讨。解决医学图像的分割、图像放大和除噪中的一些问题。 通过分析参数主动轮廓模型和几何主动轮廓模型分割图像的机理和性能。梯度向量流和图像梯度的有机组合产生的力场作为Snake模型新的外力场。模型保留了GVF Snake模型能较大获取图像边界的范围，有效地推动曲线进入深度凹陷区域；同时当轮廓曲线到目标区域附近时发挥梯度场较精确的优点。将该模型应用于心脏MRI图像的分割，取得了较好的效果。提出了一种新的先验形状Snake模型。由先验形状构造先验力场作为Snake模型外力场的一部分。这样就自然地把先验形状导入到Snake模型中，能够有效地处理变形曲线从弱边缘泄漏的问题和图像受到噪声干涉后的分割问题。不同于常见的先验形状通过先验曲线上的点和演化曲线上的点的距离来约束演化曲线的方法。本文还提出了自适应气球力的测地线主动轮廓模型。根据像素属于感兴趣区域的先验知识来控制气球力的膨胀和收缩，对带有噪声的MRI图像、超声图像和目标带有缺损边缘的合成图像进行分割实验证明能改善测地线主动轮廓模型分割图像的效果和效率。这是一种把先验形状知识集成到测地线主动轮廓模型的新方法。 图像放大常用曲面插值或曲面拟合实现。我们提出了基于小波的多分辨分析和尺度关系，提出两种图像放大的几何模型。第一种首先建立起放大图像和原图像关系的向量子空间Wu0，由正则化泛函模型得到在Wu0上的Euler—Lagrange方程。第二种由拉格朗日方法通过变分由总变差和限制条件构成的Lagrange函数极小导出各向异性扩散方程。图像放大和增强同时进行。一些实验结果说明了提出的方法的有效性。 几何图像模型在图像除噪中的应用进行了研究。提出小波域上的图像扩散滤波模型。把小波的多分辨分析的尺度关系导入到图像的扩散方程。分析了基于隐式测地线主动轮廓模型图像除噪的特性。在此基础上对其偏微分方程的离散格式进行了改进，较好地解决了图像的除噪和边缘保护的矛盾。分析了Min／max曲率流除噪和边缘保护的原理。提出Min／max混合曲率流对图像进行去噪处理。边缘信息被提取，在边缘处采用Min／max曲率流演化，在其它地方采用曲率流演化。三种模型对图像除噪都取得了良好的效果。
论文目录:
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 图像平滑的各向异性扩散方法
1.3 主动轮廓模型的图像分割方法
1.4 本文的主要研究工作和内容安排
1.5 本文工作的创新点
第二章 参数Snake模型及其左心室MRI精确分割
2.1 引言
2.2 泛函与变分基本理论
2.3 参数Snake模型及其求解方法
2.3.1 Snake模型
2.3.2 Snake模型的求解方法
2.4 Snake模型的二种改进方法
2.4.1 气球Snake模型
2.4.2 GVF Snake模型
2.5 模型外力场的改进及其左心室MRI的精确分割
2.5.1 传统参数主动轮廓模型对左心室MRI的分割
2.5.2 基于各向异性扩散的图像平滑和增强
2.5.3 组合外力场的参数主动轮廓模型
2.5.4 实验结果和结论
2.6 本章结论
第三章 先验力场Snake模型的医学图像分割
3.1 引言
3.2 先验形状snake模型
3.3 图像的统计模型
3.3.1 图像的混合高斯模型
3.2.2 参数估计的最大期望算法
3.3.3 初始值的选择、类别数和目标区域的确定
3.4 一种新的先验形状Snake模型
3.5 医学图像的肿瘤分割实验结果和分析
3.6 基于先验形状向量流Snake模型的左心室MRI的分割
3.6.1 先验形状向量流Snake模型的构建
3.6.2 实验结果和结论
3.7 本章结论
第四章 医学图像分割中的几何主动轮廓模型方法
4.1 引言
4.2 曲线演化理论
4.2.1 曲线演化方程
4.2.2 水平集方法
4.2.3 水平集方法离散格式
4.2.4 水平集函数的快速算法
4.3 测地线主动轮廓模型与图像分割
4.3.1 测地线主动轮廓模型
4.3.2 自适应气球力的测地线主动轮廓模型
4.3.3 实验结果和评价
4.4 本章结论
第五章 基于几何模型的图像放大和增强方法
5.1 引言
5.2 图像放大
5.3 图像除噪和增强的变分模型
5.4 小波分析的基本概念
5.5 放大图像为仿射子空间上的正则解
5.5.1 仿射子空间上的图像放大模型
5.5.2 数值逼近和一些实验结果
5.6 尺度关系下图像放大Lagrange方法
5.6.1 尺度条件下的图像放大模型
5.6.2 非线性扩散方程的数值解
5.6.3 图像处理实验结果
5.7 本章结论
第六章 基于非线性演化方程的图像除噪和增强
6.1 引言
6.2 几种图像除噪方法
6.2.1 小波阈值除噪
6.2.2 各向异性扩散除噪
6.2.3 平均曲率流及其Min／Max曲率流
6.2.4 基于测地线主动轮廓的图像除噪
6.3 小波域上的扩散滤波
6.3.1 小波域上的滤波模型
6.3.2 方程数值求解和实验结果
6.4 基于测地线主动轮廓模型的图像斑点噪声的抑制
6.4.1 图像斑点噪声模型
6.4.2 测地线主动轮廓模型图像除噪的改进
6.4.3 实验和除噪有效性评价
6.5 基于边缘控制的曲线演化的图像除噪
6.5.1 各向异性扩散原理
6.5.2 边缘映射
6.5.3 图像混合流平滑模型和数值解法
6.5.4 实验和结论
6.6 本章结论
结束语
致谢
参考文献
附录
发布时间: 2006-12-06
参考文献
- [1].三维医学图像的线状结构检测与量化技术研究[D]. 胡鑫.哈尔滨工业大学2015
- [2].基于单目视觉的机动车道路检测和跟踪研究[D]. 李向阳.上海交通大学2015
- [3].粒子滤波理论及其在视频处理中的应用研究[D]. 景巍.东北大学2014
- [4].基于视频的目标检测与跟踪方法研究[D]. 李宏友.重庆大学2009
- [5].基于水平集的图像分割方法研究及其在医学图像中的应用[D]. 刘军伟.中国科学技术大学2009
- [6].图像分割的提升水平集方法[D]. 王斌.西安电子科技大学2010
- [7].复杂背景输电线图像中部件边缘提取算法研究[D]. 吴庆岗.大连海事大学2012
- [8].主动轮廓模型和高斯模型在图像处理中的应用研究[D]. 刘建磊.西安电子科技大学2012
- [9].基于水平集方法的主动轮廓模型理论研究及其应用[D]. 吴继明.华南理工大学2010
- [10].乳腺超声图像中的肿瘤区域定位与肿瘤分类技术研究[D]. 刘博.哈尔滨工业大学2010
相关论文
- [1].模糊形态学技术及其在图像处理中的应用[D]. 程科.南京理工大学2006
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