[發(fā)明專利]基于單演信號特征距離和互相關(guān)變換光流算法的電影核磁共振圖像序列運動估計方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201510974766.4 | 申請日： | 2015-12-22 |
| 公開（公告）號： | CN105631897B | 公開（公告）日： | 2018-07-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 劉宛予;高鑌;帕特里克·克拉里斯 | 申請（專利權(quán)）人： | 哈爾濱工業(yè)大學(xué) |
| 主分類號： | G06T7/246 | 分類號： | G06T7/246 |
| 代理公司： | 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109 | 代理人： | 楊立超 |
| 地址： | 150001 黑龍*** | 國省代碼： | 黑龍江;23 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 核磁共振圖像 電影 序列運動 信號特征 運動估計 光流算法 局部特征 匹配特征 互相關(guān) 核磁共振成像技術(shù) 互相關(guān)系數(shù) 矩陣 公式計算 能量公式 平滑特征 歸一化 特征點 最小化 平滑 三維 聯(lián)合 應(yīng)用 | ||
1.基于單演信號特征距離和互相關(guān)變換光流算法的電影核磁共振圖像序列運動估計方法，其特征在于，該方法具體是按照以下步驟進行的：
步驟一、利用空間正交濾波器在電影核磁共振圖像中提取單演信號的局部相位、局部方位和局部振幅三種特征，將三種特征聯(lián)合構(gòu)造三維單演信號特征矩陣；其中，設(shè)置電影核磁共振圖像序列中任意兩幅相鄰的圖像為I1和I2；
步驟二、用三維單演信號特征矩陣分別代替彩色RGB圖像的3種顏色通道信息作為光流算法的輸入圖像；利用基于零均值歸一化互相關(guān)系數(shù)的公式計算光流算法的輸入圖像局部特征的匹配特征項Ed(V)作為光流算法的匹配特征項的具體過程為：
步驟二一、根據(jù)三維單演信號特征矩陣，設(shè)R和T是具有相同維數(shù)的圖像區(qū)域；SSD(·)是一個常用的R和T相似度衡量標(biāo)準(zhǔn)差，計算公式如下：
其中，N是圖像區(qū)域R或T所有像素的集合；Rs為圖像區(qū)域R中的s點；Ts為圖像區(qū)域T中的s點；
步驟二二、在三維單演信號特征矩陣中引入ZNCC作為匹配特征項描述：
其中，Ni為圖像區(qū)域中i點的鄰域；C(i)為i像素的描述符；I(s)為圖像區(qū)域Ni中的s點的灰度；μ(i)是圖像區(qū)域所有像素的集合的灰度均值；σ(i)為圖像區(qū)域所有像素的集合的灰度方差；i∈Ω；其中，Ω為電影核磁共振圖像的整個區(qū)域；
ZNCC(R,T)為相同維數(shù)的圖像區(qū)域R和T的零均值歸一化互相關(guān)系數(shù)；
步驟二三、根據(jù)公式(6)和(7)定義描述符的相似度；由像素i及其周圍區(qū)域的相關(guān)變換求得：
|N|表示圖像區(qū)域的大小，μR表示圖像區(qū)域R的灰度平均值；μT表示圖像區(qū)域T的灰度平均值；σR為表示圖像區(qū)域R的灰度標(biāo)準(zhǔn)差；σT表示圖像區(qū)域T的灰度標(biāo)準(zhǔn)差；<,>表示標(biāo)準(zhǔn)點乘；
步驟二四、如果R和T完全相同，那么ZNCC(R,T)度量值為1；根據(jù)公式(6)將I1匹配的描述符C1和I2匹配的描述符C2進行匹配；
步驟二五、針對每個點i定義的位移量dV＝V-V0應(yīng)該滿足向量等式：
C2(i+dV(i))＝C1(i) (9)
dV(i)表示V(i)的導(dǎo)數(shù)；V(i)為圖像中第i像素點從圖像I1到圖像I2之間的位移距離；
步驟二六、基于這個等式C2(i+dV(i))＝C1(i)，定義匹配特征項Ed(V)為兩個描述符距離之和：
其中，光流算法由數(shù)據(jù)的匹配公式和平滑公式兩部分構(gòu)成；
步驟三、利用雙邊濾波器根據(jù)基于零均值歸一化互相關(guān)系數(shù)的光流算法的平滑公式對兩幅相鄰的圖像I1和I2進行濾波，限定電影核磁共振圖像的點的位移V的最小化匹配誤差即電影核磁共振圖像局部特征的平滑特征項Es(V)公式為：
其中，Vi為像素點i的位移，Vs為圖像中像素點s的位移；
針對電影核磁共振圖像，基于單演信號特征矩陣的雙邊濾波器定義如下：
其中，△m(i,s)表示i和s之間的單演信號特征距離,△d(i,s)＝||i,s||2是i和s位置之間的距離；參數(shù)σd和σm控制著相似性的測量；σd為空間距離的標(biāo)準(zhǔn)差；σm單演信號特征距離的標(biāo)準(zhǔn)差；
步驟四、將步驟二計算的匹配特征項Ed(V)和步驟三計算的電影核磁共振圖像局部特征的平滑特征項Es(V)表示為聯(lián)合的能量公式：
E(V)＝ε·Ed(V)+Es(V) (1)
其中，ε為平衡參數(shù)，在光流算法中，有兩個變量需要估計，分別是電影核磁共振圖像像素點的水平方向位移u和電影核磁共振圖像像素點的垂直方向的位移v；V＝(u,v)；Ed(V)為電影核磁共振圖像的最小化匹配誤差即圖像局部特征的匹配特征項；Es(V)為電影核磁共振圖像局部特征的平滑特征項。
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