专利名称：基于距离势场和自适应气球力的图像分割方法
技术领域：
本发明涉及基于Snake模型的图像分割方法，属于数字图像处理领域。
背景技术：
Snake模型，又称为活动轮廓模型、蛇模型。活动轮廓的含义是首先在待分割目标周围手动或自动设置初始轮廓，并赋予初始轮廓能量。轮廓在模型自身的拓扑内力和图像的灰度数据产生的外力的作用下发生形变，像蛇一样活动，达到轮廓能量最小时，轮廓的所在位置即是待分割目标的边缘。Snake模型是将图像分割问题转化为求能量泛函最小化的过程。活动轮廓突出优点是一旦设置初始轮廓，后续的轮廓演化不需要人为参与，自动化程度高，而采用力学原理，对轮廓本身定义了弹性力和刚性力，这样，无论分割目标的结构如何复杂，分割的最终轮廓都是光滑封闭的，这符合一般情况下的自然图像，尤其是医学图像的客观规律。Snake模型的因计算效率高，适合建模，而被广泛应用于图像分割、目标跟踪、模式识别等应用。Snake模型根据轮廓的表达方式的不同分为两种参数Snake模型和几何Snake模型。参数Snake模型的轮廓由控制点连接而成，轮廓的变形特性由弹性和刚性的参数控制。Snake模型的轮廓能量定义如下Esnake = Eint+EimageEint为内能,控制轮廓的拓扑特性，Eimage为外能,控制轮廓收敛特性,外能从图像数据获得，计算模型不唯一，是影响分割结果的重要因素。最早的参数Snake模型采用公式在▽八u)|2作为外能，该模型力场捕获范围小，且不能分割凹型边缘。为了克服传统方法的不足，已经提出了许多方法。其中梯度矢量流(GVF)被引入用来作为轮廓的外力场。GVF的外力场V(x, y) = (u(x, y), v(x, y))通过最小化能量泛函获得
权利要求
1.一种基于距离势场和自适应气球力的图像分割方法，其特征在于，实现该方法的步骤如下 一、构造距离势场算子； 二、用构造出的距离势场算子求图像的距离势场，对势场求梯度获得距离力场，并对力场归一化； 三、设置初始轮廓，计算自适应气球力； 四、将步骤二、步骤三得到的距离力场和自适应气球力带入到轮廓的力学平衡方程，采用有限差分法求解该方程，得到的稳态解组成的轮廓所包围的区域即为分割结果。
2.根据权利要求I所述的基于距离势场和自适应气球力的图像分割方法，其特征在于，步骤一所述构造距离势场算子的方法为 a、构造一个边长为2XR+1的方形零值矩阵Lk，在矩阵中构造一个半径为R的圆形模板，半径R的选择不超过待处理图像的边长的一半； b、将圆形模板内的元素(i，j)的值设置为l(i，j)，l(i，j)通过公式
3.根据权利要求2所述的基于距离势场和自适应气球力的图像分割方法，其特征在于，步骤二所述用构造出的距离势场算子求图像的距离势场，对势场求梯度获得距离力场，并对力场归一化的方法为 a、用步骤一构造出的距离势场算子Lk与图像I(x，y)做卷积，得到图像的距离势场Edpp (X，y); b、对距离势场Edpf(x，y)分别在X方向和y方向求偏导，得到距离力场
4.根据权利要求3所述的基于距离势场和自适应气球力的图像分割方法，其特征在于，步骤三所述设置初始轮廓，计算自适应气球力的方法为 首先手动在图像中待分割目标周围选取点Ic1, C2. . . CnI作为初始轮廓点,其中C1 = Cn,Ci = (Xi, Yi), i = 1,2, . . . , η为所选点的坐标，Ci点的自适应气球力采用式
5.根据权利要求1、2、3或4所述的基于距离势场和自适应气球力的图像分割方法，其特征在于，步骤四所述的将步骤二、步骤三得到的距离力场和自适应气球力带入到轮廓的力学平衡方程，采用有限差分法求解该方程，得到稳态解的方法为 将距离力和自适应气球力带入如下的轮廓力学平衡方程a (Ci-CH)-Ct (Cw-Ci) + β-2 β (CHjcfcw) + β (Ci-2ci+1+ci+2) + 入(fDPFx (Ci) fDPFy (Ci) ) + K其中λ和K为常数，表示距离力和气球力的权重，一般取λ <3，1< K <3，一般情况下K要小于λ，上述方程写成矩阵形式为
全文摘要
基于距离势场和自适应气球力的图像分割方法，它属于数字图像处理领域，本发明的目的是为了能够准确的分割长管状边缘，并且能够分割含椒盐噪声的图像。方法一、构造距离势场算子；二、用构造出的距离势场算子求图像的距离势场，对势场求梯度获得距离力场，并对力场归一化；三、设置初始轮廓，计算自适应气球力；四、将从图像数据中计算的距离力场和自适应气球力带入到轮廓的力学平衡方程，采用有限差分法求解该方程，得到的稳态解组成的轮廓即为分割结果。本发明的优点是抗噪性能较高且可以分割长管状的图像目标。
文档编号G06T7/00GK102800100SQ201210277238
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者刘宛予, 黄建平, 吴琦, 张延丽, 楚春雨 申请人:哈尔滨工业大学