[發明專利]水平集圖像處理方法

有效

• 申請號: 201210091548.2
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102651130A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 宋怡;于利君
• 申請（專利權）人: 宋怡
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及圖像處理領域，具體地涉及一種水平集圖像處理方法。

背景技術

圖像分割是指根據圖像灰度、色彩、紋理、幾何形狀等特征把圖像劃分成若干個互不相交的區域，使得這些特征在同一區域內，表現出一致性或相似性，而在不同區域間表現出明顯的不同。簡單的講，就是在一幅圖像中，把目標從背景中分離出來，以便于進一步處理。圖像分割是圖像處理與計算機視覺領域中最為基礎和重要的環節。圖像分割可應用到很多領域，例如，在紅外技術應用中，紅外無損檢測中紅外熱圖像的分割，紅外成像跟蹤系統中目標的分割；在遙感應用中，合成孔徑雷達圖像中目標的分割等；在醫學應用中，血液細胞圖像的分割，磁共振圖像的分割等。在這些應用中，分割是對圖像的進一步分析、識別的前提，分割的準確性將直接影響后續任務的有效性。

圖像分割的結果用于圖像分析，分割后的圖像與噪聲的關系減弱，具有降噪功能，便于圖像的理解。

水平集方法是一種傳統的圖像分割方法。在文獻1)S.Osher?and?J.A.Sethian，Fronts?propagating?with?curvature?dependent?speed：Algorithms?based?on?Hamilton-Jacobi?Formulations，Journal?of?Computational?Physics，volume?79，pp.12-49，1988，文獻2)S.Osher?and?N.Paragios，Geometric?Level?Set?Methods?in?Imaging，Vision，and?Graphics，Springer-Verlag，New?York，2003，和文獻3)J.Sethian，Level?Set?Methods?and?Fast?Marching?Methods：Evolving?Interfaces?in?Computational?Geometry，Fluid?Mechanics，Computer?Vision，and?Materials?Science，Cambridge?University?Press，Cambridge，UK，2003中介紹的水平集方法用于跟蹤模型對象的界面和形狀。

另外，還可以參照下面的文獻進一步理解現有技術的水平集圖像分割方法：4)S.Osher?and?J.A.Sethian，Fronts?propagating?with?curvature?dependent?speed：Algorithms?based?on?Hamilton-Jacobi?Formulations，Journal?of?Computational?Physics，volume?79，pp.12-49，1988；5)S.Osher?and?N.Paragios，Geometric?Level?Set?Methods?in?Imaging，Vision，and?Graphics，Springer-Verlag，New?York，2003；6)J.Sethian，Level?Set?Methods?and?Fast?Marching?Methods：Evolving?Interfaces?in?Computational?Geometry，Fluid?Mechanics，Computer?Vision，and?Materials?Science，Cambridge?University?Press，Cambridge，UK，2003。

水平集方法的優點是可以執行在一個固定的笛卡爾網格上的，涉及曲線和表面的數值計算，而無需參數化這些對象(這就是所謂的歐拉方法)。此外，水平集方法使跟蹤那些拓撲結構變化的形狀變得很容易，例如：一個形狀分裂成兩個，產生孔，或者發生相反的變化。所有這些使水平集方法成為對時變對象(time-varying?objects)進行建模的強大工具。

圖1表示水平集函數定義的示意圖。其中最內側的曲線表示內部擴展帶Φ(S，t)＝-d，中間的曲線表示零水平集Φ(S，t)＝0，最外側的曲線表示外部擴展帶Φ(S，t)＝+d。

模型對象的擴散面γ(t)可以表示為高維函數Φ的零水平集，即{Φ＝0}。參照圖1，水平集初始狀態Φ(S，t＝0)是：

Φ(S，t＝0)＝±d，其中

所以模型對象S在時刻t＝0的擴散面γ(t＝0)(圖1中的位于中間的曲線)可以表述為水平集初始狀態的零水平集，即：

γ(t＝0)＝{S|Φ(S，t＝0)＝0}