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糖尿病视网膜病变图像的渗出物自动检测算法研究

作　者: 陈向
导　师: 邬向前
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 眼底图像渗出物糖尿病视网膜病变直方图分割形态学重建支持向量机
分类号: R587.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

糖尿病视网膜病变是糖尿病严重的并发症，是成年人视力下降甚至致盲的主要原因之一。硬性渗出物是糖尿病视网膜病变的早期特征之一，因此对硬性渗出物进行早期的普查，能有效防止视力下降和损伤。目前，糖尿病视网膜病变主要由眼科医师进行人工检查，大量的眼底图像、高昂的检查费用和专业医师的缺乏等增加了医生的工作压力，同时使得病人不能得到及时的诊断和治疗。因此使用计算机基于图像识别的自动检测技术能有效提高眼底图像检测效率，给病人和医师带来福音。目前有许多研究人员和相关研究机构提出了多种硬性渗出物自动检测技术方法，可以归结为基于阈值分割、基于形态学、基于区域重建和基于分类的四大类方法。这些方法各有优缺点，对硬性渗出物的检测都取得了一定的效果，但他们均不同程度地忽略了眼底图像存在的各种干扰因素。为此，本文从硬性渗出物本身的特征出发，提出了一种直方图分割和分类相结合的方法。预处理阶段中的图像增强实现了亮度均衡化和对比度增强，解决了视网膜眼底图像中常见的亮度不均衡对比度偏低的问题。在直方图分割阶段，根据硬性渗出物的亮度特征使用高斯混合模型对其灰度分布直方图进行概率密度估计，根据相应的概率密度分布函数选择动态阈值进行初步的分割。为了使硬性渗出物的候选区域的边界更加清晰，我们使用了形态学重建方法。通过直方图分割阶段，我们得到了硬性渗出物的候选区域集。在分类阶段，为了将硬性渗出物与非硬性身渗出物区分开来，根据硬性渗出物的自身特性对每一个候选区域抽取了44个特征，使用支持向量机进行分类，并得到最后的分类结果。我们使用基于区域和基于整体图像的双重标准来评价我们的方法。在DIABETIC1数据库上，我们的方法在基于区域的评价标准中取得了94.7%和90.0%的平均敏感性和平均预测率，在基于图像的评价标准中分别取得了100%、81.3%和93.18%的平均敏感性、平均特异性和平均准确率。与其它文献实验结果比较说明我们的方法具有一定的优势，可以为糖尿病视网膜病变普查提供一种自动检测方法，在临床诊断上具有潜在的应用价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 视网膜  9-12
    1.1.1 视网膜生理结构及功能  9-11
    1.1.2 眼底照相机系统与主要参数  11-12
  1.2 糖尿病视网膜病变  12-14
    1.2.1 糖尿病病因及发病机制  12
    1.2.2 糖尿病视网膜病变发病机制及发病率  12-13
    1.2.3 糖尿病视网膜病变分期与诊断  13-14
  1.3 糖尿病视网膜病变诊断系统  14-15
    1.3.1 糖尿病视网膜病变诊断系统功能需求  14-15
    1.3.2 糖尿病视网膜病变诊断系统典型结构  15
  1.4 课题来源  15
  1.5 本文的主要研究内容  15-17
第2章硬性渗出物自动检测技术  17-27
  2.1 引言  17
  2.2 硬性渗出物发病机制和特征  17-18
  2.3 硬性渗出物识别的挑战  18-19
  2.4 硬性渗出物自动检测算法  19-26
    2.4.1 基于阈值分割的硬性渗出物检测  19-21
    2.4.2 基于区域增长的硬性渗出物检测  21-22
    2.4.3 基于形态学分割的硬性渗出物检测  22-25
    2.4.4 基于分类的硬性渗出物检测  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章基于直方图分割和分类方法结合的渗出物自动检测技术  27-51
  3.1 引言  27
  3.2 相关技术与方法  27-34
    3.2.1 高斯混合模型  27-30
    3.2.2 主成分分析  30-32
    3.2.3 支持向量机  32-34
  3.3 硬性渗出物候选区域提取  34-40
    3.3.1 眼底图像增强  34-36
    3.3.2 眼底图像视盘分割  36-38
    3.3.3 硬性渗出物候选区域分割提取  38-40
  3.4 硬性渗出物候选区域分类  40-50
    3.4.1 硬性渗出物特征提取  40-47
    3.4.2 硬性渗出物特征分类  47-50
  3.5 本章小结  50-51
第4章实验结果  51-58
  4.1 引言  51
  4.2 实验数据来源  51-52
  4.3 硬性渗出物识别结果的评价方法  52-54
    4.3.1 基本的评价参数  52-53
    4.3.2 硬性渗出物识别的评价标准  53-54
  4.4 实验结果  54-58
第5章视网膜图像分割软件的设计与实现  58-71
  5.1 引言  58
  5.2 视网膜图像分割软件的设计  58-60
  5.3 视网膜图像分割软件的实现  60-66
    5.3.1 视网膜图像分割软件的流程图及实现类说明  60-62
    5.3.2 视网膜图像分割软件图片管理模块实现  62-63
    5.3.3 视网膜图像分割软件图片操作模块实现  63-66
  5.4 视网膜图像手工标记  66-71
结论  71-72
参考文献  72-76
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果  76-78
致谢  78

糖尿病视网膜病变图像的渗出物自动检测算法研究

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