專利名稱：基于距離勢(shì)場(chǎng)和自適應(yīng)氣球力的圖像分割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于Snake模型的圖像分割方法，屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
Snake模型，又稱為活動(dòng)輪廓模型、蛇模型。活動(dòng)輪廓的含義是首先在待分割目標(biāo)周圍手動(dòng)或自動(dòng)設(shè)置初始輪廓，并賦予初始輪廓能量。輪廓在模型自身的拓?fù)鋬?nèi)力和圖像的灰度數(shù)據(jù)產(chǎn)生的外力的作用下發(fā)生形變，像蛇一樣活動(dòng)，達(dá)到輪廓能量最小時(shí)，輪廓的所在位置即是待分割目標(biāo)的邊緣。Snake模型是將圖像分割問題轉(zhuǎn)化為求能量泛函最小化的過程?；顒?dòng)輪廓突出優(yōu)點(diǎn)是一旦設(shè)置初始輪廓，后續(xù)的輪廓演化不需要人為參與，自動(dòng)化程度高，而采用力學(xué)原理，對(duì)輪廓本身定義了彈性力和剛性力，這樣，無論分割目標(biāo)的結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，分割的最終輪廓都是光滑封閉的，這符合一般情況下的自然圖像，尤其是醫(yī)學(xué)圖像的客觀規(guī)律。Snake模型的因計(jì)算效率高，適合建模，而被廣泛應(yīng)用于圖像分割、目標(biāo)跟蹤、模式識(shí)別等應(yīng)用。Snake模型根據(jù)輪廓的表達(dá)方式的不同分為兩種參數(shù)Snake模型和幾何Snake模型。參數(shù)Snake模型的輪廓由控制點(diǎn)連接而成，輪廓的變形特性由彈性和剛性的參數(shù)控制。Snake模型的輪廓能量定義如下Esnake = Eint+EimageEint為內(nèi)能,控制輪廓的拓?fù)涮匦?，Eimage為外能,控制輪廓收斂特性,外能從圖像數(shù)據(jù)獲得，計(jì)算模型不唯一，是影響分割結(jié)果的重要因素。最早的參數(shù)Snake模型采用公式在▽八u)|2作為外能，該模型力場(chǎng)捕獲范圍小，且不能分割凹型邊緣。為了克服傳統(tǒng)方法的不足，已經(jīng)提出了許多方法。其中梯度矢量流(GVF)被引入用來作為輪廓的外力場(chǎng)。GVF的外力場(chǎng)V(x, y) = (u(x, y), v(x, y))通過最小化能量泛函獲得
權(quán)利要求
1.一種基于距離勢(shì)場(chǎng)和自適應(yīng)氣球力的圖像分割方法，其特征在于，實(shí)現(xiàn)該方法的步驟如下 一、構(gòu)造距離勢(shì)場(chǎng)算子； 二、用構(gòu)造出的距離勢(shì)場(chǎng)算子求圖像的距離勢(shì)場(chǎng)，對(duì)勢(shì)場(chǎng)求梯度獲得距離力場(chǎng)，并對(duì)力場(chǎng)歸一化； 三、設(shè)置初始輪廓，計(jì)算自適應(yīng)氣球力； 四、將步驟二、步驟三得到的距離力場(chǎng)和自適應(yīng)氣球力帶入到輪廓的力學(xué)平衡方程，采用有限差分法求解該方程，得到的穩(wěn)態(tài)解組成的輪廓所包圍的區(qū)域即為分割結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于距離勢(shì)場(chǎng)和自適應(yīng)氣球力的圖像分割方法，其特征在于，步驟一所述構(gòu)造距離勢(shì)場(chǎng)算子的方法為 a、構(gòu)造一個(gè)邊長為2XR+1的方形零值矩陣Lk，在矩陣中構(gòu)造一個(gè)半徑為R的圓形模板，半徑R的選擇不超過待處理圖像的邊長的一半； b、將圓形模板內(nèi)的元素(i，j)的值設(shè)置為l(i，j)，l(i，j)通過公式
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于距離勢(shì)場(chǎng)和自適應(yīng)氣球力的圖像分割方法，其特征在于，步驟二所述用構(gòu)造出的距離勢(shì)場(chǎng)算子求圖像的距離勢(shì)場(chǎng)，對(duì)勢(shì)場(chǎng)求梯度獲得距離力場(chǎng)，并對(duì)力場(chǎng)歸一化的方法為 a、用步驟一構(gòu)造出的距離勢(shì)場(chǎng)算子Lk與圖像I(x，y)做卷積，得到圖像的距離勢(shì)場(chǎng)Edpp (X，y); b、對(duì)距離勢(shì)場(chǎng)Edpf(x，y)分別在X方向和y方向求偏導(dǎo)，得到距離力場(chǎng)
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于距離勢(shì)場(chǎng)和自適應(yīng)氣球力的圖像分割方法，其特征在于，步驟三所述設(shè)置初始輪廓，計(jì)算自適應(yīng)氣球力的方法為 首先手動(dòng)在圖像中待分割目標(biāo)周圍選取點(diǎn)Ic1, C2. . . CnI作為初始輪廓點(diǎn),其中C1 = Cn,Ci = (Xi, Yi), i = 1,2, . . . , η為所選點(diǎn)的坐標(biāo)，Ci點(diǎn)的自適應(yīng)氣球力采用式
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的基于距離勢(shì)場(chǎng)和自適應(yīng)氣球力的圖像分割方法，其特征在于，步驟四所述的將步驟二、步驟三得到的距離力場(chǎng)和自適應(yīng)氣球力帶入到輪廓的力學(xué)平衡方程，采用有限差分法求解該方程，得到穩(wěn)態(tài)解的方法為 將距離力和自適應(yīng)氣球力帶入如下的輪廓力學(xué)平衡方程a (Ci-CH)-Ct (Cw-Ci) + β-2 β (CHjcfcw) + β (Ci-2ci+1+ci+2) + 入(fDPFx (Ci) fDPFy (Ci) ) + K其中λ和K為常數(shù)，表示距離力和氣球力的權(quán)重，一般取λ <3，1< K <3，一般情況下K要小于λ，上述方程寫成矩陣形式為
全文摘要
基于距離勢(shì)場(chǎng)和自適應(yīng)氣球力的圖像分割方法，它屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，本發(fā)明的目的是為了能夠準(zhǔn)確的分割長管狀邊緣，并且能夠分割含椒鹽噪聲的圖像。方法一、構(gòu)造距離勢(shì)場(chǎng)算子；二、用構(gòu)造出的距離勢(shì)場(chǎng)算子求圖像的距離勢(shì)場(chǎng)，對(duì)勢(shì)場(chǎng)求梯度獲得距離力場(chǎng)，并對(duì)力場(chǎng)歸一化；三、設(shè)置初始輪廓，計(jì)算自適應(yīng)氣球力；四、將從圖像數(shù)據(jù)中計(jì)算的距離力場(chǎng)和自適應(yīng)氣球力帶入到輪廓的力學(xué)平衡方程，采用有限差分法求解該方程，得到的穩(wěn)態(tài)解組成的輪廓即為分割結(jié)果。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是抗噪性能較高且可以分割長管狀的圖像目標(biāo)。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102800100SQ201210277238
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月6日
發(fā)明者劉宛予, 黃建平, 吳琦, 張延麗, 楚春雨 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)