基于Level Set方法的医学图像分割

对图像分割进行了研究,这是医学图像处理中的关键问题之一.提出了一种结合Fast Marching算法和Watershed变换的医学图像分割方法.首先用非线性扩散滤波对原始图像进行平滑,然后利用Watershed算法对图像进行过度分割,最后用改进的Fast Marching方法对图像进行分割.除此之外,根据区域之间的统计特性的相似度重新定义了Fast Marching方法的速度函数.实验结果表明,该方法能够快速、准确地得到医学图像的分割结果.

Level set函数重新初始化的并行快速步进法

为提高level set函数重新初始化的计算效率,基于分区并行思想,提出一种快速步进法的并行策略,实现level set函数的快速并行重新初始化。通过对圆球、五叶管和圆环管等算例的level set函数重新初始化,讨论了新并行算法的准确性和效率。结果表明,与串行快速步进法相比,并行算法保留了串行算法的精度,仍基本保持在1阶左右,同时显著减少了重新初始化的计算时间,特别在8线程条件下,所获的最佳加速比能够达到5。

Level set函数快速步进重构并行算法的改进

为提高level set函数快速步进重构过程的并行计算效率,本文提出一种改进的分区并行重构算法。与原有分区并行算法相比,优化了子区域间的同步方案,缩短了level set函数并行重构的计算时间。运用OpenMP多线程技术,建立了相应的并行计算模型,实现了圆球、圆环管和哑铃等值面并行重构。并行重构数值结果表明:只要子区域均分初始表面边界,level set函数全局或局部并行重构均具有良好加速比,8线程的最大加速比可接近6。

Level set函数快速步进并行重构的分区优化

为进一步提升Level set函数重构的分区并行重构效率,本文采用均分交界面方式进行分区,并保证生成内边界重构节点数量最少。通过运用基于共享存储并行编程(OpenMP)多线程技术的并行计算模型,实现圆球、Zalesak球和哑铃等值面的并行重构。计算结果表明:新分区方法能平衡子区域间计算荷载,减少子区域间信息传递次数和节点回滚次数,与均分区域方法相比,新分区方法能够获得更高计算速度,具有更好的实用性和可扩展性。

快速粒子level set方法的并行化

为缩短快速粒子level set(FPLS)方法追踪交界面的时间,分别运用区域分解和粒子分解算法来减少欧拉计算(level set对流方程和重新初始化)和拉格朗日计算(粒子时程积分和误差校正)的开销。算法采用OpenMP技术来实现,并通过Zalesak圆盘、单涡以及三维变形等典型算例进行验证。计算结果表明:4线程下加速比能超过2,8线程下加速比也能接近4,并行化的FPLS方法具有良好的实用性和可扩展性。

基于Level Set方法的低对比度医学图像分割

基于Level Set方法,提出了一种应用于对低对比度医学图像进行分割的改进的FastMarching方法.该方法结合演化曲线在演化过程中平均能量的变化特性,重新定义Fast Marching算法的停止准则,从而提高了算法的鲁棒性和自动性.实验结果表明,所提出算法的分割效果良好.

Level Set方法在雷达图像分割中的应用

Level Set方法在图像分割领域应用非常广泛,尤其是在医学图像中。这里将Level Set方法用到雷达图像分割中,首先用电场力模型对雷达图像进行预处理,使图像变平滑,将原图像平面映射到电场力模型平面,然后对预处理后的图像用Level Set的快速算法Fast Marching进行分割。经电场力模型预处理后的分割图像较平滑,而且噪点明显减少,实验证明了方法的有效性。

基于B样条的(保边界的)高精度符号距离函数重建

针对隐式符号距离函数重建这一问题,提出一种高精度的符号距离函数重建方法.首先,基于快速行进法获得离散的符号距离场;其次,针对离散符号距离场进行B样条自适应拟合;最后,为了提高重建的边界拟合精度,在拟合的目标函数中考虑了边界误差,得到了在边界上具有较高精度的离散符号距离函数重建结果.实验结果表明,通过上述方法获得的隐式符号距离函数重建结果,在保证符号距离函数拟合良好的情况下其零水平集能很好的贴合原始边界.

扩展有限元方法及应用综述

扩展有限元(XFEM)是在标准有限元方法的框架下,提出来的一种用于解决裂纹、孔洞、夹杂等间断问题的数值方法。在有限元的近似函数中,增加能反映待求问题间断特性的附加函数项,采用水平集方法(LSM)描述间断面的几何特性及其移动规律。扩展有限元方法与标准有限元方法相比,具有计算精度高、勿需网格重构等特点。本文综述了扩展有限元的理论基础及近年来的研究进展和应用情况。第1～4节论述了扩展有限元方法所涉及的理论基础;第5节对制约扩展有限元发展的两个问题及其修正方法进行了讨论;第6节和第7节分别介绍了扩展有限元程序实现及其在各领域的应用情况;最后,第8节对可进一步开展的研究工作进行了展望。

水平集方法中窄带构造技术

提出了距离模板方法并从时间复杂度、窄带宽度以及零水平集点数对窄带生成的影响等方面与快进方法、快速扫描方法进行了比较;在分析快进方法的基础上,给出了一种窄带构造算法;改进了全局快速扫描算法,以用于生成窄带。2D图像分割与3D表面重建的仿真实验表明,距离模板方法能够较快地分割图像;快进和快速扫描方法适合于表面重建等3D应用。

水平集方法中符号距离函数快速重构

符号距离函数重构是水平集方法中必不可少、且相当费时的步骤。本文分类比较了符号距离函数的构造方法;对两类快速算法:基于程差方程的显式方法和基于偏微分方程的隐式方法,进行不同程度的改进;通过对比实验验证算法有效性,从实验结果分析了各方法的优缺点。最后介绍两类方法在水平集方法图像分割中的具体应用。

基于快速水平集算法的图像分割方法

针对水平集算法计算量大,本文提出了一种使用改进的快速水平集算法的图像分割方法。本文方法是一种极限的窄带法;首先水平集的曲线进化用两个序列元素之间的交换实现;其次提出了平滑过程处理进化后的曲线;本文方法不需要解偏微分方程,运算速度很快,而且能够得到和标准算法相近的结果;实验结果证明本文算法速度快,适合于实时图像系统中的应用。

一种新型三维水流数值模型

以不可压缩流体的N-S方程为基本控制方程,用快速粒子level set方法(FPLS)追踪自由表面,提出了一种新的三维水流数值模型。在自由表面处应用虚拟压力法来封闭压力泊松方程,同时用速度等值外插的方法构造自由表面外侧的虚拟速度分布。通过模拟水波振荡、水柱崩塌、水滴滴落和空箱注水过程证明了模型的有效性。

基于改进的双快速行进法的图像分割方法

由于回转窑烧结图像境界模糊、噪声严重,传统方法难以有效地分割出烧结图像中的物料区、火焰区、充分燃烧区和黑把子区等关心区域(ROIs)。提出了利用敏感区域改进双快速行进法与利用能量衰减方程除去区域间耦合的图象分割新方法。首先,在快速行进法中引入了敏感区域的概念,定义了新的终止条件,利用改进后的双快速行进法与图像融合方法进行物料区和黑把子区的粗分割;然后,提出了采用能量衰减方程除去烧结物料对火焰区的影响,利用大津方法对火焰区进行粗分割,并通过粗分割的火焰区与黑把子区的差分来进行火焰区的精分割。对回转窑烧结图像的分割试验表明,利用本方法能够有效地从回转窑烧结图像精确地分割出ROIs。

适应灰度和光照变化的运动目标跟踪方法

提出一种适应目标表面灰度和光照不均匀的运动目标跟踪方法,首先从序列图像的前2帧中检测出运动的目标,然后针对Level Set中Fast Marching方法的不足,在改进Fast Marching方法的基础上对运动目标进行跟踪·实验结果表明了该方法的有效性·

基于栅格地图的分层式机器人路径规划算法

采用分层规划的思想,给出一种基于栅格地图的最优路径规划算法.分层路径规划算法的第1层为拓扑层规划,采用Voronoi图起泡生成算法描述全局可行域的拓扑关系;第2层采用广义水平集算法,解决拓扑层的最优路径搜索问题;第3层为栅格层的路径再规划.在栅格层借鉴窄带水平集的思想,通过拓宽拓扑路径,得到一个机器人安全通行的窄带区域,并在此区域实行局部快速匹配算法,改善了拓扑路径,提高了算法的效率,并提高规划的实时性.

水平集方法中符号距离函数的快速生成

准确快速地计算任意闭合曲线的符号距离函数,是提高水平集方法的效率和稳定性的至关重要的一步。改进了基于快速步进法标记任意闭合曲线内外部的方法,优化了基于源点映射扫描方法生成距离函数值的方法。实验证明方法准确有效,进一步提高了水平集方法中符号距离函数的生成速度。

基于高斯分布估计的快速水平集分割方法研究

传统的CV模型只能用于分割灰度分布比较均匀、目标与背景灰度均值差异较大的图像,且因需要求解偏微分方程导致分割速度很慢.文章在传统快速水平集分割模型的基础上,将高斯分布估计引入速度项,使得快速水平集可以分割复杂的目标,并将HIS空间中的色调分量与强度分量进行融合,得到了一种彩色高斯快速模型.新算法具有分割速度快、可分割复杂目标的优点.

基于HSI空间彩色差的快速水平集分割方法

为提高分割速度、改善分割效果,从两方面进行改进:首先对传统的快速水平集分割进行改进,得到基于CV模型的快速水平集;其次,通过引入HSI空间中的彩色差概念,建立一种新的、尤其适合彩色图像的快速水平集分割方法。实验表明,新提出的基于HSI彩色差的快速水平集分割方法,对彩色图像具有良好的分割效果。与传统水平集分割相比,新方法在分割性能和运算时间两方面均有明显提高。

一种基于势场的威胁模型及其应用

路径规划中有效的规避障碍和威胁对航迹的有效性和安全性是十分重要的,通常的方法是放大威胁尺寸以获得相对安全的路径.在规划空间中引入威胁势场的概念,通过计算规划空间中威胁碎裂电势的方法,经过归一化处理之后,碎裂电势只与威胁半径和威胁强度有关,这样,有利于对威胁进行强度分类;利用威胁模型的碎裂电势改进FMM的演化速度控制项,从而达到更好的避开威胁,增强航迹的安全性;实验结果表明,利用势场威胁模型所规划出来的路径能够有效地回避威胁.