为提高超声回波图像的横向分辨率、对比度,抑制最大旁瓣能量,提出一种适用于超声成像的旁瓣相消算法。利用基于特征空间的广义消旁瓣算法获得权值矢量,通过超声回波信号的相干系数优化权值矢量,对常见的点目标和暗斑进行成像。仿真结果表明,本文算法相较于延时叠加算法在横向分辨率上提高了60%,相较于特征空间算法在对比度上改善了112%。基于实际超声系统的实验结果与仿真结果一致,证明了本文算法的有效性。

为提高立体匹配算法的效果和稳定性,提出了一种基于色调(H)、饱和度(S)和明度(V)颜色空间的自适应聚合区域的引导滤波算法。结合图片的结构和纹理信息,通过颜色和横向梯度的相互作用计算初始匹配代价。在HSV颜色空间中运用颜色和距离信息计算每一点的自适应支撑臂长,解决了图片中红、绿、蓝3种颜色变化趋势相近导致无法有效反映图片信息的问题。自适应聚合区域利用中心点纵向臂上各点的横向臂进行构造,采用引导滤波的方法在自适应聚合区域内聚合代价空间。为避免中心点邻域信息波动造成支撑窗口过小的问题,设置了臂长的最小范围。后处理过程采用左右一致性检测结合峰比率检测的方法寻找误匹配点,通过近邻点匹配和加权中值滤波的方法修正视差图。采用Middlebury平台上的标准图片进行实验,结果表明所提算法的平均匹配误差为5.24%,比改进前的自适应窗口算法的匹配误差降低了0.92%,具有更好的边缘保持效果,算法参数稳健性较好。

为了提高合成孔径成像算法在医学超声内镜系统中的计算效率, 提出一种在图形处理器(GPU)上并行实现的合成孔径成像方法。首先介绍了合成孔径算法的基本原理和图像重构过程; 然后对该算法进行并行化处理分析; 最后采用CUDA编程模式单指令多线程(SIMT)的灵活架构, 实现了基于GPU的内镜超声合成孔径成像算法。对多组散射点仿真成像实验进行对比分析, 并采用自行搭建的超声内镜实验系统对铁丝、肿囊假体及猪皮组织进行成像实验验证。实验结果表明, 所提方法在保证成像结果和成像质量不变的前提下, 大幅度提高了计算效率, 在计算数据规模为1.47 GB(5305×581×64×8 byte)时, 获得了50.93倍的最大加速比。

为降低高效视频编码(HEVC)的帧内编码复杂度，提出一种基于图像纹理特征的编码单元(CU)划分和预测模式选择算法。利用一种预处理算法来获得当前CU的纹理复杂度和方向。一方面，根据CU的纹理复杂度，该算法自适应地跳过或终止部分CU划分，减少CU深度的遍历时间。纹理复杂度高的CU直接划分成4个子CU，纹理复杂度低的CU将会终止划分。另一方面，根据预测单元的纹理方向，确定相应的候选模式集，通过粗模式决策算法和率失真最优化算法遍历候选模式集选取最优模式。将算法移植到标准食品解码软件HM16.7平台上，实验结果表明，与HM16.7算法相比，编码时间平均减少53.66%，比特率上升0.46%，峰值信噪比下降0.05 dB。

胶囊内镜是一种新型的消化道检查手段，目前对胶囊内镜的跟踪定位技术仍存在动态精度低和磁干扰下跟踪失败等问题。提出了一种基于粒子滤波(PF)的磁定位方法，相比于传统的定位方法，PF方法能保证胶囊在移动过程中仍有较高的定位精度，并且能够克服铁磁性物质或通电线圈对磁场环境的影响。在设计的PF算法中添加了对目标运动的估计和对磁干扰的估计：前者用于补偿时序采样下不实时的磁场测量值，后者用于补偿磁干扰。实验结果表明，在有限的磁干扰影响下(＜1.5 μT)，传统的定位方法已无法正常跟踪，而本方法的动态定位的平均误差能保持在6 mm以下，能够满足临床应用的要求。

针对冠脉病变检测算法普遍存在的异常截面识别率低、无法排除特殊结构影响等问题，提出了一种基于一类支持向量机(OCSVM)的冠脉病变检测方法，并使用冠脉面重采样和基于最大互信息的特征选择方法提高了算法识别正确率。该方法首先基于梯度通量对冠脉源截面进行三次样条插值重采样，然后构造出截面的多尺度特征，接着使用最大互信息结合冗余度去除进行特征选择，最后使用特征数据训练OCSVM完成冠脉病变检测。实验结果显示，在1128个冠脉截面数据的测试结果中，本算法在完全识别异常截面的情况下对健康截面的识别正确率达到了53.5%，远高于同类型的仅从正面和未标记数据学习的支持向量机(SVM)算法所对应的19.6%；而冠脉截面重采样也使得30个特征数下算法对健康截面的识别正确率由21.7%提高到了53.2%。

医学内窥超声成像设备在获取图像时受到换能器尺寸等多种因素的影响, 使得超声图像对比度较低和噪声较大, 无法为医疗诊断提供清晰的影像依据。为此科学家们提出了多种处理方法, 但这些方法多为成像后处理算法, 实时性较差, 无法满足内窥超声系统实时成像的要求 (25 f/s)。针对以上问题, 本文设计了基于提升式小波变换的嵌入式超声内镜实时图像处理系统, 利用超声内窥系统环扫成像特点以及 FPGA流水线概念, 对每条扫描线的回波信号进行小波去噪, 再经过 CORDIC算法、插值处理后得到二维超声图像。本文利用自行搭建超声内镜实验系统对鸡肉组织进行环扫成像, 实验表明该系统成像速度可达 25 f/s, 信噪比提高了 3.8 dB, 从而验证了系统的可行性。

为构建冠心病辅助诊断系统，为冠状动脉病变检测提供冠脉结构参数，提出一种利用冠状动脉血管中心线获取血管腔壁的算法。该算法以基于二阶Hessian 矩阵血管滤波改进的最小代价路径算法获得的血管中心线为跟踪路径，根据中心线的轨迹计算中心线上过每一个体素点的冠状动脉横截面，利用光线投射法获得冠脉横截面上离散的血管腔壁位置，并结合分段样条拟合方法得到血管腔壁轮廓，最终采用移动立方体算法将各个血管横截面上的腔壁轮廓重建为三维腔壁模型。该算法所得结果能够清晰反映血管腔壁轮廓，且具有较高的计算速度。

在计算机辅助手术(CAS)中，需对深入病人体内的手术器械进行定位。为避免光学定位(OPT)中视线(LOS)限制的问题，目前多采用磁定位(MT)技术。提出一种新的多磁偶极子模型，旨在克服磁定位系统中，圆柱形永磁体的单磁偶极子近似模型不准确，所导致的定位范围减小、定位精度降低的问题。该模型将圆柱形磁偶极子等效为一组沿磁体轴线排布的多个点磁偶极子，并通过自适应粒子群优化算法(APSO)对定位结果解算。相比于经典模型，该模型能够保证自身在磁体近场区域的有效性。实验表明，较传统方法，位置定位误差可减小15.5%~31.6%，姿态估计误差可减小10.5%~24.4%。

在扫频光学相干层析(SS-OCT)仪器中，由于光谱标定信号k-clock 与OCT 信号之间存在不确定的延时，导致光谱标定结果不准确，成像分辨率降低。延时自动校正算法能够准确地自动校正k-clock 信号与OCT 信号之间的延时。该算法基于提出的平均峰值法和平均半峰全宽(FWHM)法，对OCT 信号进行处理分析，分粗调、微调和精调三步对延时点进行自动查找，根据查找结果完成对延时的校正。延时校正后，通过光谱标定得到波数(k)空间均匀分布的OCT 信号，可以实现高分辨率图像的重建。实验结果显示，经过自动延时校正，成像分辨率可提高60%，证实了该算法的有效性。