[發明專利]一種基于主動輪廓模型的曲線降噪方法

有效

• 申請號: 201611268310.7
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106815571B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 馬昕
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 葉亞林

本發明涉及一種基于主動輪廓模型的曲線降噪方法。本發明所述的曲線降噪方法，充分利用了snake模型可控制曲線連續性和光滑性的特點，并針對含有噪聲的一維信號進行了算法改進，成功的將這種改進的方法用于曲線降噪。對于本方法處理的一維曲線情況，內部能量控制snake本身的性質，即控制含有噪聲的曲線輪廓連續性和平滑度的力量；外部能量定義為曲線輪廓對蛇點限制的力量；均方誤差的變化是迭代是否終止的判據。

技術領域

本發明涉及一種基于主動輪廓模型的曲線降噪方法，屬于曲線降噪的技術領域。

背景技術

理想情況下，使用儀器測量的物理量信號不含有噪聲，如果信號是一維連續信號的，通過測量可繪制出與此一維信號對應的一維曲線。然而，由于環境的干擾，測量儀器本身的器件誤差以及熱噪聲生的干擾，實際測量得到的曲線往往被疊加上了噪聲，這類噪聲中最常見的就是均值為0的白噪聲，表現為曲線上高低起伏連綿不斷的毛刺，即曲線噪聲。曲線噪聲影響了對曲線真實值的判斷以及視覺效果。

傳統的曲線降噪方法有基于濾波器的方法或者基于小波處理的方法。基于濾波器的方法需要預先判斷被處理信號的頻率信息，此外，濾波器方法會引入延遲，發生相位改變，并且由于理想的濾波器是做不到的，目前的模擬濾波器如切比雪夫，巴特沃斯等常常會引入波紋，或過渡帶失真，且不具有時間對應性。小波變換是一種時頻域的變換，優點是采用不同的尺度函數對不同的時間頻率域進行不同尺度的處理。但小波變化的理論復雜，用好小波變換需要合理的選擇小波函數和尺度，且運算也較為復雜；在實際效果上，在曲線的劇烈上升或下降邊沿易產生“超調”現象。

主動輪廓模型(Active Contour Model)，又被稱為Snake，是由Andrew Blake教授提出的一種目標輪廓描述方法，主要應用于基于形狀的目標分割。該模型的優越之處在于它對于范圍廣泛的一系列視覺問題給出了統一的解決方法。

snake的能量函數分為內部能量，外部能量和外部約束三部分。內部能量控制snake本身的性質，是控制輪廓連續性和平滑度的力量。而外部能量是引起蛇身運動注意的地方。外部約束則是人工參與的對蛇身運動的控制。

最近的十多年中,主動輪廓模型已經被越來越多的研究者成功地應用于許多領域。例如，中國專利CN103530636A公開的一種基于Snakes模型的提取SAR圖像目標輪廓方法。就是其被應用于圖像處理的案例，然而現有技術中還沒有人將主動輪廓模型用于噪聲消除方面。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于主動輪廓模型的曲線降噪方法。

發明概述：

本發明提出了一種基于主動輪廓模型(snake模型)的曲線降噪方法，充分利用了snake模型可控制曲線連續性和光滑性的特點，并針對含有噪聲的一維信號進行了算法改進，成功的將這種改進的方法用于曲線降噪。

對于本方法處理的一維曲線情況，內部能量控制snake本身的性質，即控制含有噪聲的曲線輪廓連續性和平滑度的力量；外部能量定義為曲線輪廓對蛇點限制的力量；均方誤差的變化是迭代是否終止的判據。

本發明的技術方案為：

對于含噪聲曲線上的每一個蛇點的測量值，按照經典蛇算法的定義，其內力的能量：E_int＝[c₁|v_s(x)|²+c₂|v_ss(x)|²]；其中，v_s(x),v_ss(x)分別為蛇點在位置x的一階差分量和二階差分量，c₁,c₂為權重系數。

經典的用于圖像處理的蛇算法還要有外部力量，在此方法中予以省略，因為對于一維曲線，每個蛇點的運動方向是在垂直于X軸的直線上，要么向上，要么向下。