[發明專利]使用空間截面投影的腦腫瘤MRI圖像分割方法

有效

• 申請號: 201510577886.0
• 申請日: 2015-09-11
• 公開（公告）號: CN105139410B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 湯旭翔;傅均;陳賽;陳柳柳;曹海洋
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙)33226
• 代理人: 謝瀟

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，具體涉及一種使用空間截面投影的腦腫瘤MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)圖像分割方法。

背景技術

圖像分割是計算機視覺領域內的一項關鍵技術，在圖像處理與分析間起著重要的橋梁作用。在眾多的分割方法中，閾值分割法因其簡單、有效而被廣泛應用于圖像處理領域。常用的閾值法主要有最大類間方差法(簡稱Otsu法)、最大熵法、最小交叉熵法等。其中日本學者大津展之提出的Otsu法因有模式識別的相關理論為基礎且圖像分割性能良好，而逐漸成為一種最為流行的閾值分割技術。由于一維Otsu法僅考慮了像素的灰度信息而沒考慮像素間的空間相關性，故當圖像包含噪聲時，一維Otsu法的分割效果不佳。對此，劉健莊等提出了二維Otsu法，該方法同時考慮了像素的灰度信息和其鄰域的空間相關性，改善了一維Otsu法的抗噪性。景曉軍等在二維Otsu法的基礎上進一步引入了鄰域中值灰度，并由此提出了三維Otsu法，該算法能更好地對低信噪比圖像進行分割。

傳統三維Otsu法對圖像進行分割的過程：

對于尺寸為M×N，灰度級為L的圖像，設像素(x,y)的灰度值為f(x,y)，則該像素K×K鄰域的均值灰度g(x,y)和中值灰度h(x,y)可分別定義如下：

h(x,y)＝med{f(x+m,y+n),

m＝-k/2,…,k/2；n＝-k/2,…,k/2}(2)

由g(x,y)及h(x,y)的定義可知，像素的鄰域均值灰度和鄰域中值灰度的灰度級也為L。定義f(x,y)、g(x,y)、h(x,y)形成的三元組(i,j,k)為一個三維直方圖，則該直方圖定義在一大小為L×L×L的正方體區域內，其3個坐標分別表示像素的灰度值、鄰域均值灰度值和鄰域中值灰度值。直方圖中任一點的值記為p_ijk，p_ijk定義為

其中，c_ijk為(i,j,k)出現的頻數，0≤i,j,k≤L-1，且

傳統三維Otsu法將直方圖劃分成如圖1所示的8個區域。因目標和背景內部的像素間存在很強的相關性，故像素的灰度值、鄰域均值灰度、鄰域中值灰度三者非常接近；而位于目標與背景邊界附近的像素，上述3個數值存在明顯差異。基于上述認識，傳統三維Otsu法分別將區域0、區域1視為目標和背景，而將區域2～7視為邊緣和噪聲。由于邊界附近的像素數通常很少，故傳統Otsu法假設區域2～7上的所有p_ijk≈0。傳統三維Otsu法采用如下的距離測度函數確定最佳閾值

其中，w₀(s,t,q)、μ_Ti、μ_Tj、μ_Tk、μ_i(s,t,q)、μ_j(s,t,q)、μ_k(s,t,q)的含義及計算方式見文獻。

使得式(4)取得最大值的閾值(s₀,t₀,q₀)即為最佳閾值，即

傳統三維Otsu法雖然增強了二維Otsu法的抗噪性，但是仍然存在以下幾點不足：1)與二維Otsu法類似，僅考慮了主對角線附近0、1兩個區域，而假設區域2～7中的概率為0，這與實際不符，往往造成分割不準確；2)閾值維數的增加雖能改善分割效果，但卻嚴重影響了分割效率；3)由式(4)可知，三維Otsu法的計算公式較為復雜，難以擴展到多閾值的情況；4)三維Otsu法的抗噪性仍不足，有待進一步增強。盡管傳統三維Otsu法忽略了區域2～7中的噪聲，但是區域0、1中通常也包含噪聲，而傳統三維Otsu法并未對其做進一步處理，從而影響了分割效果。可見，傳統三維Otsu法雖然同時考慮了鄰域均值和灰度中值灰度，但是分割效率低、抗噪性不足，故有必要對其進行改進以提高分割效率、增強抗噪性；此外，由于未對目標和背景區域的噪聲進行任何處理，當噪聲干擾嚴重時，三維Otsu的分割效果仍不夠理想。