[發明專利]一種基于保持形狀凸性水平集模型的分割方法

有效

• 申請號: 201910558985.2
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110288581B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 李純明;范夢怡
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/194;G06T7/64;G06T7/66
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

1.一種基于保持形狀凸性水平集模型的分割方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、獲取待分割圖像；

步驟2、粗分割待分割圖像中的目標對象得到二值圖像；

具體采用模糊聚類算法分割圖像，再剔除二值圖像中的小面積區域，計算二值圖像中的區域的圓度，保留圓度更大的區域，計算二值圖像中區域的質心與二值圖像的圓心之間的距離，輸出距離最小的區域表示待分割圖像中的目標對象；

步驟3、分割目標對象得到目標對象的邊界分割曲線，具體方法為：

3.1、利用步驟2得到的二值圖像構建初始水平集函數φ₀：

c為常數，前景表示目標區域；

設置水平集方法參數α、λ、β，其中-5≤α≤0，0≤λ≤8，β≥0；

3.2、構建水平集函數的演化公式，包括如下步驟：

(a)、計算曲率κ：

其中，φ表示水平集函數，▽表示梯度算子，div表示散度算子；

根據曲率κ引入一個關于曲率的符號函數S(κ)：

對符號函數S(κ)做高斯卷積得到平滑后的符號函數S(κ)′：

S(κ)′＝S(κ)*G_σ

其中，*表示卷子操作，G_σ表示標準差為σ的高斯函數；

(b)、計算0水平集上的平均曲率κ_Ave0：

(c)、構建保凸項(κ-κ_Ave0)δ(φ)；

(d)、根據距離正則模型的演化公式，結合平滑后的符號函數S(κ)′、平均曲率κ_Ave0和保凸項(κ-κ_Ave0)δ(φ)構建水平集函數演化公式：

其中，g是邊界指示函數，δ(φ)是狄拉克函數，μ、ν為常系數；

3.3、根據水平集函數演化公式更新水平集函數，當迭代次數到達上限時停止，提取0水平集得到目標對象的邊界分割曲線。

2.根據權利要求1所述的基于保持形狀凸性水平集模型的分割方法，其特征在于，目標對象存在內外兩個邊界時，構建雙水平集，將所述步驟3.2得到水平集函數的演化公式轉換為雙水平集函數的演化公式：

其中，λ₀、ν₀以及β₀為約束0水平集演化的控制因子，-5≤α₀≤0，0≤λ₀≤8，β₀≥0；λ_k、ν_k以及β_k為約束k水平集演化的控制因子，-5≤α_k≤0，0≤λ_k≤8，β_k≥0；

κ_Avek為k水平集上的平均曲率，

R(φ)為演化方程形式的距離正則項，

根據雙水平集函數的演化公式更新雙水平集函數，當迭代次數到達上限時停止，提取0水平集和k水平集得到目標對象的內外兩條邊界分割曲線。

3.根據權利要求1或2所述的基于保持形狀凸性水平集模型的分割方法，其特征在于，所述步驟2中粗分割的方法包括如下步驟：

a、采用模糊聚類算法分割待分割圖像得到代表多區域分割結果的二值圖像，具體方法為：

a1、設置聚類數為2，構建目標函數為：

其中，J為目標函數，u_mn表示隸屬度函數，x_n表示第n個像素點，N表示像素點個數，c表示聚類中心數，v_m是第m個聚類中心的灰度值，α為一個常系數；

a2、按照以下公式更新隸屬度函數u_mn和聚類中心v_m：

a3、當相鄰兩次聚類中心的變化小于設定的閾值時或迭代次數達到上限時停止算法，提取聚類中心灰度值更大的一類得到二值圖像；

b、剔除二值圖像中的小面積區域；

c、計算二值圖像中區域的圓度，保留圓度更大的區域；

d、計算二值圖像中區域的質心與二值圖像的圓心之間的距離，輸出距離最小的區域表示待分割圖像中的目標對象。