[發(fā)明專利]一種改進的Powell圖像配準(zhǔn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410444551.7
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN104282017A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 紀(jì)應(yīng)天;張登銀;談麗萍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務(wù)所 32241
• 代理人: 唐小紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種改進的Powell圖像配準(zhǔn)方法，屬于圖像處理領(lǐng)域的技術(shù)。

背景技術(shù)

醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的發(fā)展對疾病診斷與治療具有革命性意義，它結(jié)合了多種先進技術(shù)和科學(xué)成果，不僅應(yīng)用于臨床診斷，還穿插于整個臨床治療過程。由于成像設(shè)備和成像原理不同，各種設(shè)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(jié)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(shù)，而圖像配準(zhǔn)步驟是融合的前提。醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)應(yīng)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(jié)構(gòu)的像素或體素在幾何上能夠匹配對應(yīng)起來。圖像配準(zhǔn)的主要目的是去除或者抑制待配準(zhǔn)圖像和參考圖像之間幾何上的不一致，包括平移、旋轉(zhuǎn)等形變。配準(zhǔn)的好壞直接影響融合的質(zhì)量。

目前，在基于互信息的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)中目前使用得最多的優(yōu)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(shù)的參數(shù)個數(shù)，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(xù)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(yīng)的初始點出發(fā)，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(fā)，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(fā)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(jié)果，否則更新初始點，構(gòu)造新搜索方向，繼續(xù)新一輪的迭代。Powell算法每輪都需要更新方向集，尋優(yōu)的結(jié)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(zhǔn)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(dǎo)致新方向集有可能線性相關(guān)，從而因為搜索方向的退化而導(dǎo)致錯誤的結(jié)果，這也是Powell算法的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種改進的Powell圖像配準(zhǔn)方法，以解決原Powell法中由搜索方向退化導(dǎo)致的搜索速度慢，配準(zhǔn)結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。本發(fā)明根據(jù)新方向與原方向集的線性相關(guān)性更新方向集，加速了配準(zhǔn)過程，提高了配準(zhǔn)的精度。

技術(shù)方案：一種改進的Powell圖像配準(zhǔn)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(biāo)函數(shù)的參數(shù)個數(shù)n，構(gòu)造n個線性無關(guān)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(guān)，若線性無關(guān)則更新方向集，若線性相關(guān)，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(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

1、在構(gòu)成第k+1次循環(huán)方向組時，不淘汰前一循環(huán)中的第一個方向，而是通過計算函數(shù)值和下降最多的方向m(找出前一輪迭代法中函數(shù)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(guān)，如果新方向與原方向組成線性無關(guān)，即可以用新方向替換對象△m所對應(yīng)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(guān)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(jié)果更精確。

附圖說明

圖1為本發(fā)明改進的Powell圖像配準(zhǔn)方法流程圖。

具體實施方式

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

步驟1：設(shè)置初始方向