摘要：为了解决增材制造、计算机数控(CNC)加工中的任意复杂截面的等距填充问题,提出了一种基于水平集函数的等距填充路径生成算法.首先,针对复杂截面等距填充问题的特点,提出了水平集函数演变偏微分方程及其演变规则,通过有限差分法构建了前向欧拉迭代公式并设计了整个等距填充的算法流程;然后,使用一个复杂截面进行了有限差分数值实验验证,结果表明提出的新算法能够避免复杂的多边形交、差、并、裂解等运算,高效处理复杂截面的等距随形状填充;最后,以一个失效的曲轴热锻模为例,进行了分层切片、等距填充规划处理和电弧熔丝增材制造修复实验,验证了算法的有效性.

摘要：针对虚拟膀胱镜系统研发中膀胱异常病变有效特征提取问题,设计一种基于水平集框架的、对T1加权的磁共振膀胱图像中的膀胱壁分割和膀胱壁厚度计算方法。分割过程使用局部对比度信息构造图像能量,引导2个水平集函数对膀胱壁内、外边界进行分割。通过模拟等势面间电场线的分布,构造路径积分距离计算膀胱壁的厚度。将膀胱壁厚数值映射到伪彩色空间,并对重建的3-D膀胱模型进行渲染。选用10套临床数据检验算法,包括志愿者和病人数据。结果证明:该方法能够实现对膀胱壁的自动分割和厚度计算,能有效捕捉到病人数据中的壁厚异常变化,并在3-D膀胱模型上显示这些异常,为虚拟膀胱镜检查提供可靠的依据。

摘要：主动轮廓模型(Active Contour Model,ACM)已成为最常用的图像分割工具之一,但在处理灰度不均匀的图像时,现有的算法比较耗时而且会导致分割精度急剧下降。为此,本文结合局部图像信息,提出了一种统计范数用于图像分割。首先,利用新的偏置场模型来建模图像,将图像的灰度不均匀性分解为观测图像的一个分量。与传统的乘性偏置场相比,加性偏置场模块使能量泛函能够从新的维度提取图像的纹理信息。其次,采用局部信息融合的策略,计算轮廓内外的特征拟合图。最后,利用统计范数刻画特征拟合图与原始特征图的相似度。因此,新设计的能量泛函通过利用分层局部特征、全局空间一致性和多尺度抽象表示等来处理具有复杂背景的图像。实验结果表明:分割非同质医学图像,本文模型仅仅需要迭代50次,其他模型均在100次以上;算法运行时间仅仅需要8 s,但其余模型远远高于8 s。同时,采用客观评价指标评价所提出的算法:DC指标的平均值是0.9851,FP指标的平均值是0.0052,JCS指标的平均值是0.9706,P指标的平均值是0.9947,TP指标的平均值是0.9757。本文模型能够提取更多的纹理结构信息,并且对灰度不均匀和初始轮廓具有较强的鲁棒性。

摘要：针对立体匹配算法具有二义性,对遮挡、光照条件缺乏鲁棒性的问题,提出了一种两步多目重构新方法.首先,基于视觉外型的第二基本属性把立体匹配问题转化为颜色方差最小化问题,使用方差阈值来平衡采样点数与采样噪声之间的矛盾.然后,结合运动曲面的位置势能与弹性势能建立目标泛函,再采用二阶中心差分与Hamilton-Jacobi方程的迎风设计技术极小化该目标泛函,促使水平集函数逐步逼近目标表面,同时消除采样噪声,最终实现目标表面完全重构.新方法不仅避免了立体匹配算法固有的二义性问题,而且增强了对遮挡、复杂光照条件的鲁棒性.实验结果表明,新方法能够从实际复杂图像集推断出目标形状,与Hoppe的经典算法比较,表现出更好的准确性,且节省了26%~33%的重构时间.

摘要：为满足复合菌落智能形态分类的需求,构建菌落分类卷积神经网络。通过水平集演化分割,获取培养皿内部所有的连通域;通过极限腐蚀,判别种子点数目大于1的连通域,即为粘连连通域;获取粘连连通域的凸闭包,检测凹点并连接对应凹点,对该连通域进行分割。归一化获取的600张单个菌落样本,通过旋转翻转并叠加信噪比不超过5%的随机噪声,将数据扩增至30000例。以其中70%样本数据作为菌落分类卷积神经网络的训练集,对网络模型进行10折交叉验证,再以30%样本数据进行测试,4种菌落的加权平均准确率达到87.50%;其中斑点状光滑菌落分类准确率为86.40%,类圆波状菌落分类准确率为87.21%,椭圆形菌落分类准确率为88.11%,不规则其他菌落分类准确率为87.25%。最后采用通用计算设备架构(CUDA),对各个算法模块进行并行优化加速,算法运行时间最优提升至原耗时的1/10,在运行速度和便利性方面远远超过传统菌落分类方法。所设计的方法可以有效完成复合菌落智能分类识别任务,并具有良好的扩展性和自学习功能,对基于图像的生化样本智能分析具有一定的借鉴价值。

摘要：针对当前活动轮廓模型对噪声敏感,难实现弱边界图像的准确分割问题,提出一种基于梯度向量流的活动轮廓模型.首先采用Contourlet变换对图像进行去噪处理,解决了噪声对图像分割的干扰;然后在活动轮廓模型中引入一个指示函数,用于描述向量场与轮廓曲线间的关系,通过轮廓曲线演化过程实现图像分割;最后用实验对本文模型的图像分割性能进行验证.实验结果表明,该方法可以快速、准确地实现多种类型的图像分割,分割精度和抗噪能力优于其他活动轮廓模型.

摘要：根据高分辨率遥感影像中地物呈高斯分布的特性,文章将水平集与Bayesian统计理论相结合,提出一种统计理论框架下的广义水平集分割模型;并利用多元高斯分布融合图像的颜色和纹理信息,实现彩色图像的分割及建筑物目标提取。实验结果表明,该模型实现了与eCognition软件中多尺度分割相近的效果,且能够实现不同尺度目标的分割,易于向高维特征扩展,可扩展性强。

摘要：背景:肾脏CT图像质量较差且腹腔CT图像中肾脏与周围组织灰度相似,用传统的图像分割方法难以准确分割出肾脏。目的:提出一种改进的测地线活动轮廓模型,辅助肾脏疾病的诊断,提高CT图像中肾脏分割的精度。方法:在对比分析多种传统医学图像分割算法的基础上,设计了基于改进测地线活动轮廓模型的肾脏分割算法,根据先验知识勾画出感兴趣区域,在预处理阶段中获得肾脏的初始轮廓;再以水平集方法中的测地线活动轮廓模型为基础,增强肾脏区域的边界响应并采用改进边缘指示函数,使轮廓曲线的演化结果更接近真实目标边界。结果与结论:在328张二维肾脏CT图像上的平均Dice系数为0.9749,平均重叠度系数为0.9071,相较于其他水平集方法有所提高。实验结果表明,改进的测地线活动轮廓模型可以提高腹腔CT图像中肾脏区域的分割精度及分割效率。

摘要：提出了一种利用拓扑描述函数(TDF)作为拓扑设计变量求解连续体结构拓扑优化问题的新方法.优化问题的目标函数是结构的整体柔顺性,约束条件为对于可利用材料的体积限制.这种方法不仅可以消除拓扑优化中经常出现的棋盘格式等数值不稳定现象,而且能够有效地抑制传统算法处理此类优化问题时所引发的边界扩散效应.与其它的基于水平集描述函数的拓扑优化方法相比,所提出的算法不仅无需求解控制水平集函数演化的双曲守恒方程,而且合理地考虑了目标函数的拓扑导数信息,因而使得算法的计算效率有了显著的提高.

摘要：为了提高传统CV分割算法对含纹理的图像分割效果,该文分析了图像纹理分量的统计特性,在图像TV平滑的基础上,设计了新的保边平滑函数,建立了保边平滑模型;运用传统CV分割算法对平滑分量进行分割;根据不同平滑分量分割区域不同,设计了基于区域置信度的分割平滑收敛函数,解决了分割曲线消失问题.实验表明,相对于传统CV分割算法,该算法对自然图像分割的效果较好,对非一致区域不敏感.