基于分阶段多原子正交匹配跟踪的多模图像融合方法_2

文档序号:8283068阅读:来源:国知局
是否返回亚步骤(2-2)的迭代条件为:当前残差信号的范数 大于逼近误差,或者当前阶段数小于最大阶段数,返回亚步骤(2-2),其中,所述逼近误差是 指每次迭代的误差残余,所述最大阶段数是指最大迭代次数。
[0039] 第五方面,本发明还提供上述多模图像融合方法,其特征在于,该方法包括以下步 骤:
[0040] 步骤1,输入两幅待融合的原始图像A和B,将两幅原始图像分别划分成图像块,每 块图像块的大小一致、任何相邻的两块图像块都具有重叠部分,并将每块图像块的像素表 示成列向量,得到每块图像块的像素矩阵,即得到图像块的像素矩阵表示;
[0041] 步骤2,将上述每块图像块像素矩阵进行分离,得到直流分量和残余图像块像素矩 阵,对得到的残余图像块像素矩阵进行分阶段多原子正交匹配跟踪自组织搜索裁剪稀疏分 解,获得残余图像块的稀疏表示系数矩阵;
[0042] 步骤3,根据能量最大原则,对步骤2获得的残余图像块的稀疏表示系数矩阵进行 融合,得到该位置的残余图像块的融合图像块系数矩阵;对于步骤2分离出的直流分量,采 取加权平均方法进行融合,得到融合后的直流分量;
[0043] 步骤4,对步骤3融合后的系数矩阵进行重构得到残余图像块的融合图像块像素 矩阵,对所述残余图像块的融合图像块像素矩阵与所述融合后的直流分量进行合并,得到 融合后的图像块像素矩阵;
[0044] 步骤5,将步骤4获得的融合图像块像素矩阵还原,得到最终的融合图像;
[0045] 其中,待融合的两幅原始图像是针对同一部位的,不同成像设备提供的多模医学 图像;
[0046] 所述分离出直流分量包括计算各个图像块的平均像素值,然后从各个图像块的像 素值中减去该平均像素值,即直流分量是各个图像块的平均像素值;
[0047] 所述能量最大原则是将两幅原始图像的对应位置图像块的稀疏分解系数绝对值 最大者作为融合后图像块对应位置的稀疏分解系数;
[0048] 所述重构是重新构成各个图像块的空间像素表示;
[0049] 所述还原是将图像块的一维表示还原为二维表示。
[0050] 第六方面,本发明还提供上述多模图像融合方法,其特征在于,步骤1中,
[0051] 所述两幅原始图像为CT图像与PET图像,或者CT图像与MRI图像,或者CT图像 与SPET图像,或者MR图像与SPEC图像;
[0052] 所述划分为滑动处理,所述滑动处理为在长为W、宽为H的图像中,按一定规律移 动一个长为
【主权项】
1. 一种基于分阶段多原子正交匹配跟踪的多模图像融合方法,其特征在于,该方法采 用包括自组织捜索裁剪亚步骤(2-5)的稀疏分解过程,所述自组织捜索裁剪亚步骤(2-5) 包括W下子步骤: 子步骤(2-5-1),初始化子支撑集为空集; 子步骤(2-5-2),在候选集中捜索与当前残差相干性最大的原子,将捜索到的上述原子 并入子支撑集,并将之从候选集中剔除,更新候选集; 子步骤(2-5-3),在子步骤(2-5-2)更新的候选集中继续捜索出与子步骤(2-5-2)中捜 索到的原子相关性大于第一阔值的原子; 子步骤(2-5-4),所述子步骤(2-5-3)中捜索到的原子构成冗余原子集合,将所述冗余 原子集合从候选集中剔除; 子步骤(2-5-5),判断;候选集是否满足返回子步骤(2-5-2)的迭代条件,如果满足,返 回子步骤(2-5-2),如果不满足,则迭代终止。
2. 根据权利要求1所述的多模图像融合方法,其特征在于, 子步骤(2-5-3)中,所述第一阔值取值为0. 1 ; 子步骤(2-5-5)中,判断是否返回子步骤(2-5-2)的迭代条件为;当候选集不为空时, 返回子步骤(2-5-2)。
3. 根据权利要求1或2所述的多模图像融合方法,其特征在于,图像块像素矩阵都采用 包括自组织捜索裁剪亚步骤的分阶段多原子正交匹配跟踪算法进行稀疏分解,所述包括自 组织捜索裁剪亚步骤的分阶段多原子正交匹配跟踪算法包括W下亚步骤: 亚步骤(2-1),初始化残差信号为待分解信号,初始化信号的支撑集为空集,初始化当 前阶段数为零; 亚步骤(2-2),利用过完备字典的转置与当前残差信号做内积计算得到内积系数向 量; 亚步骤(2-3),定义第二阔值为常数与空原子系数绝对值的最大值之积; 亚步骤(2-4),在图像块像素矩阵中,选择原子系数绝对值大于第二阔值的原子,构成 候选集; 亚步骤(2-5),对候选集进行自组织捜索裁剪,生成子支撑集; 亚步骤(2-6),将亚步骤(2-5)迭代过程产生的子支撑集并入到信号的支撑集当中; 亚步骤(2-7),根据当前信号的支撑集构成的子字典,利用最小二乘法计算当前稀疏向 量; 亚步骤(2-8),更新当前残差信号,当前残差信号为待分解信号减去过完备字典与当前 稀疏向量之内积所得的差; 亚步骤(2-9),判断当前残差信号或当前阶段数是否满足迭代过程返回亚步骤(2-2) 的迭代条件,如果满足,返回亚步骤(2-2),如果不满足,迭代终止。
4. 根据权利要求1?3之一所述的多模图像融合方法,其特征在于, 亚步骤(2-3)中,常数取值为2. 38 ; 亚步骤(2-4)中,所述原子系数为当前残差信号与过完备字典中原子的内积; 亚步骤(2-9)中,判断是否返回亚步骤(2-2)的迭代条件为:当前残差信号的范数大于 逼近误差,或者当前阶段数小于最大阶段数时,返回亚步骤(2-2),其中,所述逼近误差是指 每次迭代的误差残余,所述最大阶段数是指最大迭代次数。
5. 根据权利要求1?4之一所述的多模图像融合方法,其特征在于,该方法包括W下步 骤: 步骤1,输入两幅待融合的原始图像A和B,将两幅原始图像分别划分成图像块,每块图 像块的大小一致、任何相邻的两块图像块都具有重叠部分,并将每块图像块的像素表示成 列向量,得到每块图像块的像素矩阵,即得到图像块的像素矩阵表示; 步骤2,对上述每块图像块像素矩阵进行分离,得到直流分量和残余图像块像素矩阵, 对得到的残余图像块像素矩阵进行分阶段多原子正交匹配跟踪自组织捜索裁剪稀疏分解, 获得残余图像块的稀疏表示系数矩阵; 步骤3,根据能量最大原则,对步骤2获得的残余图像块的稀疏表示系数矩阵进行融 合,得到该位置的残余图像块的融合图像块系数矩阵;对于步骤2分离出的直流分量,采取 加权平均方法进行融合,得到融合后的直流分量; 步骤4,对步骤3融合后的系数矩阵进行重构得到残余图像块的融合图像块像素矩阵, 对所述残余图像块的融合图像块像素矩阵与所述融合后的直流分量进行合并,得到融合后 的图像块像素矩阵; 步骤5,将步骤4获得的融合图像块像素矩阵还原,得到最终的融合图像; 其中,待融合的两幅原始图像是针对同一部位的,不同成像设备提供的多模医学图 像; 所述分离出直流分量包括计算各个图像块的平均像素值,然后从各个图像块的像素值 中减去该平均像素值,即直流分量是各个图像块的平均像素值; 所述能量最大原则是将两幅原始图像的对应位置图像块的稀疏分解系数绝对值最大 者作为融合后图像块对应位置的稀疏分解系数; 所述重构是重新构成各个图像块的空间像素表示; 所述还原是将图像块的一维表示还原为二维表示。
6. 根据权利要求1?5之一所述的多模图像融合方法,其特征在于,步骤1中, 所述两幅原始图像为CT图像与PET图像,或者CT图像与MRI图像,或者CT图像与SPET 图像,或者MR图像与SPEC图像; 所述划分为滑动处理,所述滑动处理为在长为W、宽为H的图像中,按一定规律移动一 个长为^、宽为的晶格窗口,将该窗口对应的像素块转换成块像素矩阵表示中的 一列,然后窗口向右或向下移动一步,直到完成对整幅图像的处理,优选每次平移两个像素 点,即滑动步长为2。
7. 根据权利要求1?6之一所述的多模图像融合方法,其特征在于,步骤3中,图像块 Ia的稀疏表示系数矩阵用X A表示,图像块IC的稀疏表示系数矩阵用Xc表示,融合后图像块 对应位置的稀疏表示系数矩阵为:
其中,而表示融合后图像块对应位置的稀疏表示系数矩阵;
良p,当 |xj > IXbI 时,Xf= Xa; 否贝 ij,Xp 二 X B。
8. 根据权利要求1?7之一所述的多模图像融合方法,其特征在于,步骤4中,所述重 构的方法为;由融合后的稀疏系数值恢复出图像块的空间像素表示,对于相邻图像块间的 重叠部分,计算其同一位置的像素值平均值作为最终像素矩阵的计算结果。
9. 根据权利要求1?8之一所述的多模图像融合方法,其特征在于,步骤5中,所述还 原包括对于图像块像素矩阵滑动处理的重叠部分进行取平均的操作。
10. 根据权利要求1?9之一所述的多模图像融合方法,其特征在于,该方法中所用到 的字典为过完备字典,优选为由小波域字典和DCT冗余字典混合得到的过完备字典。
【专利摘要】本发明提供了一种基于分阶段多原子正交匹配跟踪的多模图像融合方法,该方法将待融合的源图像划分为相同大小的图像块,并将每个图像块转换成为一维列向量,从而构成源图像的矩阵表达形式,再对每个图像块进行稀疏分解,然后对不同源图像的图像块稀疏分解系数采用一定的融合规则进行融合,得到融合图像块系数矩阵,最后对融合图像块系数矩阵进行重构,生成最终的融合图像,在对图像块信号进行稀疏分解时,在每个阶段中采用多原子选择策略,再通过自组织搜索裁剪算法去除冗余原子,降低支撑集的相干性,从而保证有更有效地获取原始图像块的稀疏表达,采用本发明提出的图像融合方法,能够极大地提高了算法执行速度并改善融合图像的质量。
【IPC分类】G06T5-50
【公开号】CN104599259
【申请号】CN201510050238
【发明人】廖斌, 刘文召, 沈静, 磨唯, 闫磊
【申请人】华北电力大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月30日
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