1 中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院, 北京 100038
2 郑州航空工业管理学院智能工程学院, 河南郑州 450015
针对无人机拍摄叶片红外图像背景冗余信息较多、拼接精度不高等问题, 本文提出一种基于形态学改进 Chan-Vese分割与局部特征匹配的红外风机叶片图像拼接算法, 首先, 对图像进行中值滤波降噪, 使用形态学运算改进基于 Chan-Vese模型的水平集算法, 生成表达主体的掩膜。基于掩膜去除冗余背景提取局部 Harris特征点; 对掩膜进行二次形态学腐蚀处理, 抑制边界锯齿像素上的伪特征点; 最后, 使用暴力匹配及随机抽样一致(Random Sample Consensus, RANSAC)算法筛选出有效匹配点对, 计算单应性矩阵实现匹配拼接。与传统图像分割下 Harris拼接算法相比, 本文改进后的算法拼接精度有明显提高, 在不同的测试场景下显示出较强鲁棒性。
风力发电机叶片 红外图像拼接 水平集 形态学运算 Harris特征点 wind turbine blades, infrared image stitching, lev
激光诱导前向转印（LIFT）是一种应用广泛的微加工技术，目前逐渐成为微细加工的研究热点之一。本文采用水平集方法，建立了激光前向转印过程中液滴撞击固体壁面的数值模型，探究了壁面湿润性和液滴初始速度对熔融金属液滴撞击壁面后铺展形貌的影响。结果表明：接触角越大，液滴撞击壁面越容易发生回缩破碎，液滴回弹的可能性越大；随着初始速度的提升，液滴的最大铺展面积逐渐增大，液滴铺展时间逐渐增长。在试验中通过施加不同强度的激光能量获得不同初始速度的液滴，将液滴沉积点尺寸与仿真液滴铺展尺寸进行对比，发现两者具有较好的一致性，因此可以通过建立的仿真模型对激光转印液滴的沉积尺寸进行预测。
薄膜 液滴撞击 激光诱导前向转印 水平集 最大铺展直径 thin film droplet impact laser induced forward transfer level set maximum spreading diameter
针对传统变分水平集分割算法对灰度不均匀图像分割效果较差以及对初始轮廓敏感的问题，提出了一种基于局部和全局信息耦合的自适应活动轮廓模型。通过权函数调整局部区域拟合能量和全局区域拟合能量的占比，给出了一种随轮廓演化自适应更新的权函数。在合成图像、真实图像以及自然图像中的实验结果表明，该算法对噪声具有较强的鲁棒性，且对轮廓的初始位置不敏感。
图像处理 图像分割 自适应权函数 变分水平集 活动轮廓 激光与光电子学进展
2022, 59(2): 0210013
1 上海理工大学 医疗器械与食品学院, 上海 200093
2 上海微创医疗器械(集团)有限公司, 上海 200120
3 同济大学 浙江学院, 浙江 嘉兴 314051
自动显微细胞注射能克服人工注射时间长, 易疲劳的缺点, 为解决卵胞浆内自动单精子注射过程中细胞和针尖定位问题, 通过基于YOLOv3神经网络和水平集相结合的方法, 分割卵细胞和注射针, 进而定位注射针的针尖。对比实验证明了方法能够解决传统水平集难以分割细胞和注射针的问题, 完整分割出显微注射过程中发生形变的细胞, 以及实现细胞内针尖的定位, 且误差较其他算法小。
卵胞浆内单精子注射 显微图像分割 水平集 intracytoplasmic sperm injection microinjection image segmentation level set methods YOLOv3 YOLOv3
1 广东工业大学自动化学院, 广东 广州 510006
2 广西大学计算机电子信息学院, 广西 南宁 530004
提出一种面向光刻掩模优化框架基于半隐式离散化的数值技术方法,对框架中稳定时间相关模型中的扩散项、非扩散项分别进行隐式、显式的离散化 ,从而克服基于梯度下降的显式离散化方法中迭代步长受到抑制的稳定性约束要求。此外,选择对掩模图形的边缘与高频成分相对应的受监控像素点进行局部优化,而不是优化所有的掩模像素点,来降低计算复杂度。仿真结果显示,所提掩模优化算法在降低优化维度的同时提高了优化收敛效率。
成像系统 光刻 掩模优化 半隐式 水平集 光学临近校正
1 沈阳航空航天大学 自动化学院，辽宁 沈阳 110135
2 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110016
细胞及细胞核的准确分割是宫颈癌计算机辅助筛查中的关键技术，针对具有重叠现象的宫颈细胞分割及其细胞核的提取，提出了一种U-Net网络语义分割下的多主动轮廓细胞分割提取方法。首先，对采集到的样本图像进行标注，将其分为背景、细胞、细胞核三部分；然后，对U-Net网络进行训练，并利用训练得到的模型对图像进行分语义分割，得到其中的细胞及细胞核区域；接着在U-Net语义分割结果的基础上获得细胞团块信息，并通过像素点与细胞核之间的距离为每个细胞初始化一个水平集函数表示的细胞轮廓；最后，结合细胞的形状先验信息、图像的边缘信息和不同轮廓之间的相互信息建立水平集函数的能量泛函，通过最小化能量泛函得到细胞轮廓，最终完成每个细胞的分割。实验表明：文中提出的分割方法可以对复杂情况下的宫颈细胞进行分割，包括独立细胞和互相重叠的细胞及其细胞核，取得了良好的分割效果。
宫颈细胞 主动轮廓 水平集 语义分割 细胞重叠 cervical cells active contour level set semantic segmentation cell overlap 红外与激光工程
2020, 49(S1): 20200121
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 北京华科创智健康科技股份有限公司，北京 100195
针对超声图像边缘较弱且不连续、图像灰度分布不均的特点，提出一种基于多方向、多频率的Gabor滤波融合多尺度水平集的边缘提取算法。将超声图像成像的不连续性看作随机方向的纹理，利用Gabor滤波的方向性进行不同角度的滤波，通过最大值融合多图像，得到待分割区域和背景之间的差异且最大程度地保留原图像信息的中间图像。同时，使用多中心频率的Gabor滤波核以满足超声图像复杂的频率分布特性，并通过均值融合的方式减弱噪声的影响。再针对融合图像边缘较弱且灰度变化不均的缺陷，改进传统的局部聚类水平集方法，采用不同方差大小的高斯卷积核来适应图像不同部分的灰度变化情况，通过均值融合构造多尺度能量函数。通过在增强图像上迭代改进后的多尺度水平集函数，获取最终边缘。为验证算法的有效性，对胃部超声图像进行测试，分割结果的相关性系数和敏感性系数分别达到了0.856和0.910，相比传统局部强度聚类水平集方法分别提升了20.7%和5%。实验结果表明，该算法可以显著提高超声图像边缘提取的连续性和准确性，有效降低因超声图像灰度不均和边缘较弱造成的过分割现象。
超声图像分割 边缘提取 Gabor滤波 水平集方法 ultrasound image segmentation edge extraction Gabor filter level set method
江西理工大学信息工程学院, 江西 赣州 341000
针对分层B样条非刚性配准存在局部极值以及水平集分割方法不适用于噪声图像分割的问题,提出了一种基于局部更新分层B样条双向变换和水平集方法的医学图像联合分割与配准方法。该方法在分割算法中加入配准变换,在配准中融入图像分割的结构信息。使用B样条水平集函数对变换和分割的图像进行平滑表示,并在配准中引入双向变换以提高配准的精度和平滑性。在水平集方法的基础上,引入双向分层B样条变换构造分割与配准的联合能量泛函,并结合梯度下降法将能量泛函最小化以优化目标函数。实验结果表明:本方法与单独的图像分割方法相比,Dice度量均在99%以上;与单独的图像配准方法相比,均方误差下降了30%,能够提高图像的配准精度,且在分割噪声图像时有较好的鲁棒性。
分层B样条 水平集 图像配准 图像分割 激光与光电子学进展
2020, 57(10): 101007
1 北京化工大学信息科学与技术学院, 北京 100029
2 中日友好医院介入超声医学科, 北京 100029
3 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
4 中国科学院大学, 北京 100049
针对甲状旁腺超声图像灰度分布不均匀、甲状旁腺病灶多样化的特点,利用图像全局和局部信息,采用基于图像局部熵的混合水平集模型进行甲状旁腺超声图像分割。针对不同超声图像灰度分布差异大的难题,利用图像局部熵确定全局项权重,提高模型的自适应能力。为避免局部项区域尺度设定大易出现过分割,区域尺度设定小计算效率低的问题,利用两尺度进行曲线演化。实验结果表明,本文提出的混合水平集模型对差异性大的甲状旁腺超声图像具有较强的自适应能力,能使演化曲线自动收敛于目标轮廓,具有更高的分割准确率和计算效率。
医用光学 甲状旁腺超声图像 水平集 图像局部熵 自适应 两尺度 光学学报
2019, 39(12): 1217001
