[發明專利]一種基于閉合形式解的三維體數據分割方法

有效

• 申請號: 201811393347.1
• 申請日: 2018-11-21
• 公開（公告）號: CN109584249B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 劉斌;張曉慧;陳彥潔;劉姝君
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/194
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種基于閉合形式解的三維體數據分割方法，其特征在于包括以下步驟：

S1：采用體數據表示方法對生物切片圖像的三維體數據進行重建獲得三維圖像，在體數據重建過程中對生物切片圖像的角度、陰影和光線進行參數設置；

S2：標記三維圖像的前景區域和背景區域，其中前景區域為感興趣區域，將標記圖像的前景區域與背景區域獲取到的體素作為目標體素；

S3：基于三維閉合解算法提取三維圖像的前景區域中的體素透明度信息；

S4：將提取的體素透明度信息采用稀疏矩陣的方式進行存儲，并構建線性方程組；

S5：采用預處理共軛梯度算法對S4中的線性方程組進行求解，求其殘差和余量，從而求得線性方程組的解，即求得圖像中的感興趣區域。

2.根據權利要求1所述的一種基于閉合形式解的三維體數據分割方法，其特征還在于：S1中將輸入的生物切片圖像進行體繪制具體采用如下步驟：

數據采集：對輸入的多張生物切片圖像數據進行三維數據集的構造，并將構造后的數據集進行去噪處理；

數據預處理和平滑處理：將構造所得的數據集的數據量進行預處理，該預處理包括縮減數據集中的數據量以及將縮減后的數據量進行平滑處理；

體數據繪制并顯示：給處理后的數據集設定好光線、層間距、陰影、角度參數，計算三維圖像邊界后進行體繪制并顯示。

3.根據權利要求1所述的一種基于閉合形式解的三維體數據分割方法，其特征還在于：S2具體采用如下方式：在3×3×3大小的窗口中進行遍歷，找到該窗口中與目標體素相同的體素并記錄；在繪制好的整個三維體中進行遍歷，找到三維體中全部的體素，將窗口中找到的全部體素作為目標體素，將目標體素與整個三維體中的全部體素進行相似度比較，記錄與目標體素相同的體素的值。

4.根據權利要求1所述的一種基于閉合形式解的三維體數據分割方法，其特征還在于：S3中采用基于三維閉合解算法提取三維圖像的前景區域中體素的透明度信息具體采用如下步驟：

數據歸一化處理：輸入的三維圖像是彩色的，其R、G、B的值的范圍為(0–255)之間，先將圖像體素R、G、B的值全部除以255做歸一化處理，并分別記錄全部涂鴉軌跡信息以及前景涂鴉軌跡信息；

三維閉合解算法求解：在三維體數據中，設定一個大小為3×3×3的小窗口，在設定的小窗口內進行體素的遍歷，移動窗口來對三維體中的全部體素進行遍歷；其中小窗口內的前景和背景的體素值的各自表達式為：

則可得：

α_i＝γ^-1[V_i-B₂]，其中γ^-1表示

[F₂-B₂,F₁-F₂,B₁-B₂]^-1

F_i為小窗口前景中第i點的體素，為第i點前景體素透明度，B_i為小窗口背景中第i點的體素，為第i點背景體素透明度，α_i為圖像中第i點體素透明度，用某點體素的透明度來估計周圍體素的透明度時采用能量函數和三維閉合解算法進行求解，其中能量函數為：

其中F為前景區域的體素值，B為背景區域的體素值，w_j是第j點體素附近的小窗口，V_i是第i點的體素，ε是一項正則項，用來保持窗口中數值的穩定性；其中三維閉合解算法公式為：

其中是一個協方差矩陣，μ_k是W_k窗口中的顏色均值向量，V₃是一個單位矩陣，V_i和V_j為第i和第j點的體素值，將上面記錄的涂鴉軌跡處的體素作為輸入的一部分，由能量函數公式找到三維體中與目標體素相同的體素進行記錄，代入三維閉合解算法公式中進行求解。

5.根據權利要求1所述的一種基于閉合形式解的三維體數據分割方法，其特征還在于：所述S5中具體采用如下方式：

線性方程組的求解：采用預處理共軛梯度法對線性方程組進行求解，對于線性方程組Ax＝b，利用預處理共軛梯度算法可得：

其中M為共軛梯度法中預處理的矩陣，B＝M^-1A，c＝Bx，r_k+1為迭代過程中第(k+1)次迭代的殘差，z_k+1為第(k+1)次迭代的共軛方向；

利用該算法求得稀疏線性方程組中的x，即在該三維圖像分割中求得(L+λD)α＝λα^:中α的值，其中L為上述三維閉合解算法求得的結果，D為對角矩陣，存儲全部的前景涂鴉部分的體素的值。