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短程线主动轮廓模型的算法研究及应用

作　者: 张欣
导　师: 周宗潭
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 短程线主动轮廓模型 图像分割 水平集 链码 轮廓提取
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 107次
引　用: 1次
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内容摘要


短程线主动轮廓模型(Geodesic Active Contour Model)是一种全新的图像分割和目标提取方法,由Caselles等人首先提出。短程线主动轮廓模型的基本思想和传统主动轮廓模型一样,是在曲线内部控制力和图像力相互作用下使曲线运动到物体轮廓来完成对物体轮廓的搜索和提取。但它的运动方程不包含与曲线几何结构无关的参数,因此能自动处理曲线在搜索物体轮廓时的拓扑结构变化。短程线主动轮廓模型的实现是基于曲线演化理论和水平集(Level Set)方法。Level Set方法是Sethian在研究曲线以曲率相关的速度演化时提出来的,用于描述曲线(或曲面)的演化过程。Level Set方法的基本数学思想是将当前正在演化的曲线看作是一个更高维函数的水平集,借用双曲守恒定律的计算方法,利用曲线演化与Hamilton-Jacobi方程的相似性,给出了一种曲线演化的强鲁棒性的计算方法。但是短程线主动轮廓模型的能量函数及其解法存在很多局限性,如数值计算的不稳定性和控制点存在不收敛的可能性等等。本文详细讨论了原始模型,在分析其优缺点的基础上结合实际应用背景,提出了基于链码的水平集方法。基于链码的水平集方法把原先水平集方法中处理的离散点,利用链码易于表示曲线的特点,连接成一条光滑的曲线,这样就把离散问题转化为连续问题,利用曲线的连续性和光滑性,根据实际问题的需要,对曲线加入外部约束项控制,在实验中获得了满意的结果,在实际应用中达到了预期的效果。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
第一章 绪论  7-16
  1.1 课题的来源和意义  7-9
  1.2 图像分割算法综述  9-13
    1.2.1 经典的图像分割算法  9-10
    1.2.2 聚类法  10-11
    1.2.3 基于贝叶斯理论的统计学模型法  11
    1.2.4 区域生长方法  11
    1.2.5 小波分析法  11
    1.2.6 数学形态学的方法  11
    1.2.7 神经网络法  11-12
    1.2.8 基于反应—扩散方程的方法  12
    1.2.9 串行边界查找  12
    1.2.10 基于主动轮廓模型的方法  12-13
  1.3 论文的主要工作  13-14
  1.4 论文结构  14-16
第二章 传统的主动轮廓模型  16-27
  2.1 主动轮廓模型能量函数的定义  16-18
    2.1.1 内部能量项E_(int)  16-17
    2.1.2 图像信息能量项E_(image)  17-18
    2.1.3 外部约束能量项E_(con)  18
  2.2 主动轮廓模型的实现及其离散形式  18-19
  2.3 主动轮廓模型的优缺点  19-20
  2.4 主动轮廓模型的改进  20-21
  2.5 主动轮廓模型的改进搜索算法  21-26
    2.5.1 动态规划法  21-23
    2.5.2 Williams 的贪婪算法  23-26
  2.6 小结  26-27
第三章 短程线主动轮廓模型  27-38
  3.1 水平集方法  27-28
  3.2 水平集方法的数值解法  28-29
  3.3 水平集数值解法的讨论  29-33
    3.3.1 水平集方程保持距离函数  30-32
    3.3.2 水平集方程解的存在性和唯一性  32-33
  3.4 实验结果与分析  33-36
  3.5 小结  36-38
第四章 短程线主动轮廓的改进  38-50
  4.1 短程线主动轮廓模型算法的改进  38-42
    4.1.1 窄带算法  38-39
    4.1.2 曲线轮廓跟踪算法  39-40
    4.1.3 符号距离函数的生成  40-41
    4.1.4 快速推进法(Fast Marching)  41-42
  4.2 基于MUMFORD-SHAH 模型的主动轮廓线图像分割  42-44
    4.2.1 Mumford-Shah 模型  42-43
    4.2.2 Mumford-Shah 模型的改进  43-44
  4.3 基于链码的水平集方法  44-48
    4.3.1 链码  45-46
    4.3.2 用链码求曲线的周长和面积的方法  46-48
  4.4 实验结果与分析  48-49
  4.5 小结  49-50
第五章 短程线主动轮廓模型的应用  50-58
  5.1 物证复原系统中的碎纸片轮廓的精确提取  50-52
  5.2 医学图像中磁共振图像的分割  52-57
    5.2.1 二维图像分割  52-55
    5.2.2 三维图像分割  55-57
  5.3 小结  57-58
第六章 总结  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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