[發明專利]一種改進的Powell圖像配準方法

在審

• 申請號: 201410444551.7
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN104282017A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 紀應天;張登銀;談麗萍
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務所 32241
• 代理人: 唐小紅

技術領域

本發明涉及一種改進的Powell圖像配準方法，屬于圖像處理領域的技術。

背景技術

醫學影像設備的發展對疾病診斷與治療具有革命性意義，它結合了多種先進技術和科學成果，不僅應用于臨床診斷，還穿插于整個臨床治療過程。由于成像設備和成像原理不同，各種設備圖像具有其各自的特點且單一的圖像所提供的信息又很有限，只有有機的結合所有信息，才能全面的提供人體真實狀況。滿足這一要求的就是圖像融合技術，而圖像配準步驟是融合的前提。醫學圖像配準是現代醫學圖像處理技術應用的一個重要方面，它是指對不同時間、不同場合、不同成像模式的兩幅或多幅圖像進行空間幾何變換，使得代表相同解剖結構的像素或體素在幾何上能夠匹配對應起來。圖像配準的主要目的是去除或者抑制待配準圖像和參考圖像之間幾何上的不一致，包括平移、旋轉等形變。配準的好壞直接影響融合的質量。

目前，在基于互信息的醫學圖像配準中目前使用得最多的優化算法是Powell法，Powell法的過程是將整個搜索過程分成若干輪，每輪迭代都將進行n+1次一維搜索，其中n表示搜索函數的參數個數，每輪搜索完之后，計算誤差，如果小于所要求的收斂精度，則繼續下一輪迭代，直到誤差小于最小收斂精度為止。在每輪中，都是從相應的初始點出發，依次沿著該輪的方向集中方向進行搜索，即在第k輪迭代中，從初始點x^(k,0)出發，依次沿著方向集d^(k,1),d^(k,2),d^(k,3)······d^(k,n)進行一維搜索，得到新搜索點x^(k,n)，接著從點x^(k,n)出發沿x^(k,0)與x^(k,n)連線方向進行1次一維搜索，得到本輪迭代中的最佳點，判斷是否滿足收斂條件，如果滿足了，則搜索成功，該點就是本次搜索的結果，否則更新初始點，構造新搜索方向，繼續新一輪的迭代。Powell算法每輪都需要更新方向集，尋優的結果和速度很大程度上收到方向集的影響，因此，如果其中一輪更新的方向集不適合，或者不正確，那么就會影響整個搜索工作，所以說更新方向的準則很重要，在每輪的搜搜中，一般情況下是將始點和終點的連接方向作為新的方向加入方向集中，并且去掉原方向集中的第一個方向，這是一種簡單的處理方式，沒有做任何條件判斷或限制，這會導致新方向集有可能線性相關，從而因為搜索方向的退化而導致錯誤的結果，這也是Powell算法的缺陷。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種改進的Powell圖像配準方法，以解決原Powell法中由搜索方向退化導致的搜索速度慢，配準結果不準確的問題。本發明根據新方向與原方向集的線性相關性更新方向集，加速了配準過程，提高了配準的精度。

技術方案：一種改進的Powell圖像配準方法，其特征在于，該方法包含以下步驟：

步驟1：給定收斂精度ε>0以及初始點，同時確定目標函數的參數個數n，構造n個線性無關的方向，置k＝1。

步驟2：第k輪n維搜索，并判斷是否收斂，若收斂則終止迭代，否則進行步驟3。

步驟3：更新起始點，并判斷是否收斂，若收斂則終止迭代，否則進行步驟4。

步驟4：計算下降最快的方向。

步驟5：判斷新方向是否與原方向組線性相關，若線性無關則更新方向集，若線性相關，則不更新方向，仍用原方向組，置k為k+1，進行步驟2。

有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：

1、在構成第k+1次循環方向組時，不淘汰前一循環中的第一個方向，而是通過計算函數值和下降最多的方向m(找出前一輪迭代法中函數值下降最多的方向m及下降量△m)，用新方向替代m方向。并判斷新方向與原方向組(除去是否線性無關，如果新方向與原方向組成線性無關，即可以用新方向替換對象△m所對應的方向d^(k,m)，否則仍用原方向組進行下一輪搜索。從而保證了新一輪搜索方向組是一組最大線性無關組，從而不會退化。

2、由于方向集不會退化，本方法的搜索速度更快，搜索結果更精確。

附圖說明

圖1為本發明改進的Powell圖像配準方法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。圖1是本發明的算法流程圖。

步驟1：設置初始方向