变分和离散变分水平集图像分割模型研究
多相图像分割的Split-Bregman方法及对偶方法
多相图像分割的Split-Bregman方法及对偶方法王琦;潘振宽;魏伟波【期刊名称】《计算机辅助设计与图形学学报》【年(卷),期】2010(022)009【摘要】变分水平集方法为多相图像分割提供了统一框架,但其能量泛函的局部极值问题和较低的计算效率制约着该类方法的应用,文中针对此问题提出一种改进模型和方法.首先将两相图像分割的全局凸优化模型推广到多相图像分割,建立了多相图像分割的交替凸优化变分模型,以改善传统模型的局部极值问题;然后提出了相应的快速Split-Bregman方法和对偶方法来提高计算效率,其中Split-Bregman方法通过引入辅助变量将凸松弛后的变分问题转化为简单的Poisson方程和精确的软阈值公式,对偶方法则通过引入对偶变量将该问题转化为对偶变量的半隐式迭代计算和主变量的精确计算公式.文中的改进模型适用于任意多相图像分割,且对二维和三维图像分割具有相同形式,可用于三维图像的多对象自动形状恢复.最后通过多个数值算例验证了文中方法的计算效率优于传统的方法.【总页数】9页(P1561-1569)【作者】王琦;潘振宽;魏伟波【作者单位】青岛大学信息工程学院,青岛,266071;青岛大学信息工程学院,青岛,266071;青岛大学信息工程学院,青岛,266071【正文语种】中文【中图分类】TP391.41【相关文献】1.隐式曲面两相图像分割的变分水平集模型及对偶方法 [J], 王琦;潘振宽;魏伟波;王钰2.基于对偶方法和局部统计信息的快速图像分割 [J], 王海军;柳明3.改进CV模型图像分割的Split-Bregman方法 [J], 龚劬;王迎龙;马家军4.基于改进的Chambolle对偶迭代的图像分割方法 [J], 张俊;顾广泽;杨余飞5.基于一个水平集函数的多相图像分割方法 [J], 赵瑞雪;潘振宽;侯国家;刘存良因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
偏微分方程在图像处理中的应用
偏微分方程在图像处理中的应用近年来，随着计算机技术的飞速发展，图像处理技术在各个领域得到了广泛应用。
而偏微分方程作为数学分析中的重要工具，也在图像处理中发挥着重要的作用。
本文将探讨偏微分方程在图像处理中的应用。
一、图像去噪图像去噪是图像处理中的一个重要问题，而偏微分方程可以通过模型来实现图像的去噪。
常见的偏微分方程去噪模型有总变分模型和非局部模型。
总变分模型是一种基于全变分的去噪方法，它通过最小化图像的总变分来实现去噪。
总变分是图像灰度在空间上的变化程度的度量，通过控制总变分的大小，可以实现去除图像中的噪声。
非局部模型则是通过对图像进行非局部相似性的测量，将图像的每个像素点与其周围像素点进行比较，从而实现去噪的效果。
二、图像增强图像增强是指通过一系列的处理方法，改善图像的质量和视觉效果。
偏微分方程可以通过图像的梯度信息来实现图像的增强。
梯度是指图像中像素灰度变化的速率，是图像中最重要的特征之一。
通过计算图像的梯度，可以得到图像中每个像素点的亮度变化情况，从而实现图像的增强。
常见的偏微分方程增强模型有梯度扩散模型和非线性扩散模型。
梯度扩散模型通过对图像的梯度进行扩散，使得图像中的细节信息得到增强。
非线性扩散模型则是通过对图像的梯度进行非线性的处理，进一步增强图像的细节信息。
三、图像分割图像分割是将图像分成若干个具有独立特征的区域的过程。
偏微分方程可以通过对图像的边缘进行检测，实现图像的分割。
边缘是图像中灰度变化突然的地方，是图像分割中最重要的特征之一。
通过对图像的边缘进行检测，可以将图像中的不同区域分割开来。
常见的偏微分方程分割模型有基于水平集的模型和基于变分的模型。
基于水平集的模型通过对图像中的边缘进行演化，实现图像的分割。
基于变分的模型则是通过最小化图像的能量函数，将图像分割成不同的区域。
四、图像恢复图像恢复是指通过一系列的处理方法，从损坏或噪声严重的图像中恢复出原始图像。
偏微分方程可以通过最小化图像的能量函数，实现图像的恢复。
基于水平集方法的显微细胞图像分割
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ ＩＩ Ｎ Ｖ Ｒ ＩＹ （ ＣＥ Ｃ ＤＴＯ Ｏ Ｒ Ａ ＦＪＬＮ Ｕ Ｉ Ｅ ＳＴ Ｓ Ｉ Ｎ ＥＥ ＩＩ Ｎ）
Ｖ ｌ４４ Ｎｏ ５ ｏ｜＿ ．
Ｋｅ ｒ ｓ：ｅ ｇ ｅ ｅ ｔ ｎ ａ ｄ ｓ ｇ ｎａ ｉｎ；ｌ ｖ ｌ ｅ ；ｕ ｗ ｎ ｉ ｅ ｅ ｔ ｌｓ ｈ ｍｅ；ｍｉ ｒ ｓ ｏ ｉ ｅ ｌｉ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ｄ ｅ ｄ ｔｃ ｉ ｎ ｅ ｍｅ ｔ ｔ ｏ ｏ ｅ ｅ ｔ ｐ ｉ ｄ ｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｃ ｅ ｓ ａ ｃ ｃ ｐｃ ｃ ｌ ｍａ ｅ ｏ
边缘 检测 是 图像 处理 、图像分 析 和计算 机视 觉领 域 内的经典 课题 … ．经典 的边缘 检 测 方法 是构 造 像素灰 度级 阶跃 变 化敏感 的微分算 子 ， Ｒ ｂｒ 梯 度算 子 、 ｏｅ梯 度算 子 、 Ｏ 如 ｏｅ ｓ ｔ Ｓｂｌ Ｌ Ｇ算 子 、 ａｎ Ｃ ｎｙ方法
等， 其特点是边缘检测速度快 ， 但得到的往往是断续的、 不完整的结构信息 ， 这类方法对噪声较敏感 ，
Ｂａ ｅ ｎ Ｌｅ ｅ ｅ ｅ ｈ ｄ ｓ ｄ ｏ ｖ ｌＳ ｔＭ ｔ ｏ ｓ
Ｌ ＵＯ ｎ ． ｎ Ｈｏ ｇ ｗｅ ，ＭＡ ．ｉ ｎ ，ＸＵ ｏ ｇ ｙ Ｓｉ１ａ ｇ Ｚｈ ｎ ． ｕ ，
（．１ ｉ ｅｏ ｔｅ ａｉ ， ｉｎＵ ｉ ｒｔ，Ｃ ａｇｈ ｎ１０ １ ，Ｃ ｉ １ ￣ｔｕ ｔ ｆＭａｈｍ ｔｓ Ｊ ｉ ｎ ｅ ｉ ｔ ｃ ｌ ｖ ｓｙ ｈｎ ｃｕ ３０ ２ ｈｎ ａ； ２ ｏ ｅｅｏ ｏ ｐ ｔ ｃ ｎｅａｄＥ ｇｎｅ ｎ ， ｈ ｎｃｕ ｎ ｅｓｙｏ ｅｈｏｏｙ Ｃ ａ ｇｈ ｎ１０ １ ， ｈｎ ） ．Ｃ ｌｇ Ｃ ｍ ｕｅ Ｓｉ ｃ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｃ ａｇ ｈｎＵ ｉ ｒｔ Ｔｃｎｌ ， ｈ ｎ ｃｕ ３０ ２ Ｃ ｉ ｌ ｆ ｒ ｅ ｉ ｖ ｉ ｆ ｇ ａ
三维图像多相分割的变分水平集方法
模型的本身没有对水平集函数特性的约束 ,因此 ,在 水平集函数演化过程中 , 必须不断对水平集函数进 行检测 ,并通过重新初始化使水平集函数符合符号 距离函数的属性 . 局限之三是 ,区域与水平集函数没 有直接的对应关系 ,不便于对象检测 . 近年来 , 国内众多学者对图像分割的水平集方 法的研究和应用给予了关注 , 如朱付平等 [ 20 ] 、 陈强 [ 21 ] [ 22 ] 等 对水平集速度函数的设计 、 李俊等 对该类模 [ 23 ] 型快速算法的设计 、 肖亮等 对分段光滑图像多相 分割的研究 、 周则明等 [ 24 ] 基于三维图像的三维重构 的研究等 . 文献 [ 23 ] 的区域划分使用了文献 [ 10 ] 的 方法 ,文献 [ 24 ] 的研究未考虑多相分割 . 值得一提的 是陈波等 [ 25 ] 对国际近年在几何水平集研究的主要 模型和算法给予了较全面的综述 , 但未涉及近年图 像多相分割的成果 . 本文拟面向三维图像多相分割提出一种新的变 分水平集模型 . 该方法用 n - 1 个水平集函数划分 n 个区域 ,并基于 Heaviside 函数设计出区域划分的 通用的特征函数 ,每个水平集函数对应一个前景区 域或对象 ,第 n 个区域为背景 ; 所设计的能量泛函包 括通用的区域模型 、 边缘检测模型和水平集函数为 符号距离函数的约束项 3 部分 , 其中第 1 部分为包 含参数的一般图像区域模型 , 第 2 部分为经典的测 地轮廓线模型 ,第 3 部分为水平集函数为符号距离 函数的约束项 ,以避免水平集函数的重新初始化 . 最 后 ,针对所得到的曲面演化方程 ,采用半隐式差分格 式进行离散 ,并对多种类型三维图像进行分割/ 重建 对所提出的模型的通用性和有效性进行验证 . 本文第 2 节为基于多水平集函数的区域划分策 略与特征函数的确定 ; 第 3 节为参数化区域模型的 通用表达 ; 第 4 节为多相分割的变分水平集方法 ; 第 5 节为曲面演化方程的半隐式差分迭代方法 ; 第 6 节为数值算例 ; 最后为结束语 .
基于变分水平集理论的水下图像分割方法
基于变分水平集理论的水下图像分割方法席志红; 赵春梅【期刊名称】《《应用科技》》【年(卷),期】2019(046)002【总页数】6页(P53-58)【关键词】水下图像分割; 活动轮廓模型; 李纯明模型; C-V模型; 变分法; 水平集理论; 灰度图像; 水下图像【作者】席志红; 赵春梅【作者单位】哈尔滨工程大学信息与通信工程学院黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TP31随着工业的发展，工业废水的数量逐渐增加，对核废液等废水的处理至关重要。
而水下图像分割技术作为水下机器视觉的关键技术之一，发挥着至关重要的作用。
由于水下环境中水介质的波动对光线散折射及吸收效应，水中图像存在对比度低、信噪比低以及图像特征变形失真的问题[1]，使得我们获取的水下图像不清晰，造成了水下目标的特征提取与识别不准确。
图像分割是水下目标特征提取和识别的关键技术，水下目标分割的准确性严重影响着特征提取和识别的结果。
1 水下图像分割图像分割就是要把有用的目标区域从图像背景中提取出来，去除冗余信息，降低后续处理过程中的计算量，是对图像进行特征提取和目标识别过程中至关重要的步骤[2−3]。
图像分割算法有很多种，虽然各类分割算法在原理上有重叠，但大致可分为3类[4]：阈值分割、边缘检测和基于区域的方法（包括区域生长法和分列合并法）。
阈值分割算法是一种简单且有效的分割方法，如大津（Otsu）法、自适应阈值分割算法和直方图双峰法等典型的算法；边界检测分割算法一般适用于目标前景和背景相差较大的情况，其主要包括索贝尔算子、Canny算子、拉普拉斯算子、Prewitt算子和Robert算子等[5]；基于区域的分割方法一般适用于背景比较复杂的情况，包括松弛迭代算法[6]、区域生长法和区域分裂法等。
近些年，已有一些学者提出关于水下图像分割的方法。
Chen Hsin-Hung等[7]采用双阈值Otsu法和Canny边缘检测算子并提取其边缘特征，然后使用霍夫（Hough）变换去检测目标边缘，但该算法的一个缺点就是很难实现准确的分割。
基于离散水平集方法的Chan-Vese模型
图像分割是 图像处理 的传统研究领域 ， 于 基 水平集 方法 … 的图像分割 有着广 泛 的应 用 。水平 集方法的基本思想是利用曲线演化理论 ， 将用于 演化 的闭合 曲线 （ 曲面） 或 的参数 方程 转化 为更 高 维空 间 中水 平集 函数 的隐式 解 ， 过 演 化 水平 集 通
关键词 ： 离散水 平集 中 图分 类号 ：Ｐ ９ Ｔ ３１
１ 引言
Ｃａ Ｖｓ模型 ｈ ｎ— ｅｅ
图像 分割 变分 文 献标识码 ： Ａ
程 ， 对得 到 的演 化 方 程进 行 离 散 求 解 和数 值 算 并 例验 证 ， 与用 符 号 距 离 函数 表 示 零水 平 集 的方 并
２１ 年第 ４ ００ 期
青 岛远 洋 船员 学 院学 报
Ｖ Ｌ３ Ｎ ． Ｏ ．１ Ｏ４
文 章 编 号 ：６ １ ７９ （０ ０ ０ ～ｏ５ ０ １７ — ９ ６ ２ １ ）４ ｏ ６— ４
基 于离散水平集 方法 的 ｈｎ—Ｖ ｓ 模 型 Ｃａ ｅｅ
李建 国 王 欣
（ 岛远 洋船员 职业学 院现代教育技 术 中心 ， 青 山东
青 岛远洋船员学 院学报
问题 ：
Ｖ Ｌ３ Ｎ ． Ｏ ．１ Ｏ４
使用符号距离 函数实现水平集方法存在 以下
＝
三
：
（） ３
（ ） 始 函数 （ ｔ ） 为符 号距 离 函数 １初 Ｘ， ＝０ 取
由此可计算轮廓线包 围的区域面积和轮廓线
长度 ：
ｄ Ｘ）计 算量 较大 。 （ ， （） ２ 迭代 过 程 中易 导 致 水 平集 函数 不 再 保 持 为符号距离 函数 ， 需将水平集 函数重新初始化为 符号 距离 函数 ， 效率 较低 。 为此 ， 文 将 水 平 集 函数 的定 义 由传 统 的 符 本 号距离 函数 拓 展 为 使 用 ０ １值 的离 散 定 义 形 式 ， 、
基于水平集方法的图像分割关键技术研究的开题报告
基于水平集方法的图像分割关键技术研究的开题报告一、研究背景及意义随着数字图像处理技术的发展，图像分割已经成为图像处理领域中的重要研究方向之一。
图像分割将图像中不同区域进行分割和分类，是实现图像识别、图像检索、虚拟现实等应用的关键技术之一。
因此，图像分割技术的研究受到了广泛关注。
水平集方法是一种基于变分法的图像分割方法，它将图像中不同区域作为不同的水平集，通过优化水平集函数使得不同水平集之间具有较大的分界，从而实现图像分割。
水平集方法在图像分割领域具有较高的精度和鲁棒性，能够有效地处理各种形状和纹理复杂的图像。
因此，在图像分割领域，水平集方法得到了广泛的应用。
二、研究内容本文主要研究基于水平集方法的图像分割关键技术。
具体研究内容如下：1. 水平集方法原理：介绍水平集方法的基本原理，分析水平集函数的构造方式和优化方法，探讨不同水平集之间的分界方法。
2. 水平集方法改进：分析现有水平集方法存在的问题，探究改进方法，如曲线演化方法、形态学方法等，提高水平集方法的精度和鲁棒性。
3. 实验设计：基于公开数据集，设计实验方案，比较不同水平集方法的分割效果，分析各方法的优缺点。
4. 分析总结：总结不同水平集方法的适用范围和局限性，为未来的研究提供指导和参考。
三、研究方法本文采用文献调研、实验研究和数据分析等方法。
首先，对现有水平集方法进行系统的文献调研，深入理解其原理和应用范围。
其次，结合公开数据集，设计实验方案，比较不同水平集方法的分割效果。
最后，通过数据分析，总结不同方法的优缺点，为未来的研究提供指导和建议。
四、进度安排本研究计划于2021年6月开始，预计2022年6月完成。
具体进度安排如下：1. 2021年6月-2021年8月：文献调研，研究水平集方法的理论基础。
2. 2021年9月-2022年1月：实验研究，设计实验方案，比较不同水平集方法的分割效果。
3. 2022年2月-2022年4月：数据分析，总结不同方法的优缺点，提出改进和优化建议。
变分水平集分割方法
变分水平集分割方法文静1，陈占伟2【摘要】针对三维图像多相分割问题，提出一种变分水平集分割方法。
由变分方法和梯度坡降方法得到能量泛函取极小值的水平集函数演化方程，与基于区域模型的参数估计构成一个交替迭代过程。
仿真结果表明，该方法简单高效，能快速实现三维图像的轮廓分割与重建，真实反映采集序列断层图像的信息，具有较好的应用价值。
【期刊名称】计算机工程【年(卷),期】2010(036)009【总页数】3【关键词】图像分割；水平集分割；曲面演化方程；参数估计模型【文献来源】https:///academic-journal-cn_computer-engineering_thesis/0201240779699.html1 概述近年来，国内很多学者对水平集图像分割方法进行研究，文献[1]提出一种基于Mumford-Shah模型的快速水平集分割方法；文献[2]提出一种基于改进变分水平集的红外图像分割方法；文献[3]提出一种快速CV双水平集算法；文献[4]对图像分割中分段光滑Mumford-Shah模型的水平集算法进行深入研究；文献[5]研究了基于水平集的三维图像重构。
本文提出一种新的变分水平集模型。
2 变分水平集分割方法2.1 曲面演化方程为表达方便，本文使用Φ={Φ1,Φ2,…,Φn−1}表示用于划分n个区域的n-1个水平集函数集合，χ={χ1,χ2,…,χn}表示n个区域的特征函数集合，θ={θ1,θ2,…,θn}表示要估计n个区域的参数集合，θi={θi1,θi2,…,θik}表示第i 个区域的参数子集，Qi=Qi(u(X),θi)表示第i个区域的图像参数估计模型。
变分水平集分割方法首先定义用水平集函数表达的能量泛函，然后通过变分方法得到水平集函数的演化方程，当水平集函数停止演化时，其0水平集对应点集合即为要求的轮廓线或面。
能量泛函的定义是该类方法建模的基础，能量泛函中包括基于边缘、区域、先验形状、颜色、运动场等方面的相关能量项，可方便建立基于多种信息的集成化模型。
基于水平集方法的图像分割
论文题目：基于水平集方法的图像分割学科专业：计算数学研究生：李晓伟签名：指导教师：赵凤群教授签名：戴芳副教授签名：摘要图像分割是计算机视觉中的关键步骤之一。
传统非模型的分割方法由于其方法本身的局部性，有分割区域边界可能不完整、缺乏结合先验知识能力等缺陷，难于满足复杂分割应用的需要。
因此，需要一种能有机结合图像本身的低层次视觉属性与待分割目标先验知识的灵活开放的框架，以获得分割区域的完整表达。
目前基于水平集方法的图像分割正在显示它的优越性，它有对初始轮廓线位置不敏感，拓扑适应性强等优点。
本文研究了基于水平集方法的图像分割方法。
首先综述了图像分割的方法，对图像分割的目的、意义进行了概述，并重点对基于能量的Snake模型、Mumford-Shah模型、Chan-Vese模型等三种模型进行了介绍和分析。
其次详细介绍了曲线演化理论、偏微分方程模型的水平集方法求解以及数值计算方法。
针对水平集方法中符号距离函数计算量比较大这一缺点，本文提出了一种快速构造符号距离函数的方法―八邻域源点扫描法，该方法具有速度快、精度高的特点。
通过和直接法、快速行进法、李俊的方法进行对比，结果表明该方法是有效的。
最后针对Chan-Vese模型对一些多目标图像边缘定位不准确的不足，本文通过加入基于梯度的能量项对Chan-Vese模型进行了改进，使得模型不但利用了图像的区域灰度信息，而且还利用了图像的区域梯度信息，并用本文提出的八邻域源点扫描法来构造符号距离函数，从而使模型对多目标图像有更好的分割效果，并减少了迭代次数，缩短了分割时间。
关键词：图像分割；偏微分方程；水平集方法；Chan-Vese模型；符号距离函数Title：IMAGE SEGMENTATION BASED ON LEVEL SET METHOD Major: Computational MathematicsName: Xiaowei LI Signature:Supervisor: Prof. Fengqun ZHAO Signature: Associate prof. Fang DAI Signature:AbstractImage segmentation is one of key issues in Computer Vision. Because of extracting only local information with disconnected boundary of the segmented region, and lack of ability to integrate prior knowledge about the segmented objects, classical non-model based image segmentation techniques cannot satisfy the requirements of complex image vision applications. In this case, a flexible framework is required that can integrate both low vision information from images and prior knowledge about target objects seamlessly to lead to a consistent representation of the segmented regions. Nowadays, the image segmentation based on level set method has received much appreciation, Such as the insensitivity to the initial curve position, the strong ability to deal with the topological changes etc.This paper have a study on image segmentation which is based on level set method. First , the methods, the target and the significance of image segmentation are introduced, and the Snake model, Mumford-Shah model, Chan-Vese model are discussed in detail. And then, the theory of curve evolution, how to solve the PDEs model based on level set method and its calculation methods are expatiated. One disadvantage of Level Set method is that the computational cost of Signed Distance Function is expensive. A new method—eight neighborhood V oronoi Source Sweeping, which can construct the Signed Distance Function fast, is present in this paper. This method possesses good accuracy and high speed. Compare our method with the direct method, the fast marching method and Lijun’s method, the experimental result show that our method is efficient. Last, the Chan-Vese model can not get good edges of some multi-target images, so the energy term based on gradient is entered into Chan-Vese model to improve this model, the improved model not only make use of the image region-gray information but also make use of the image region-gradient information, and use the new method—eight neighborhood V oronoi Source Sweeping to construct the Signed DistanceFunction, so the improved model can get better result to the multi-target images, and also the using time of segmentation are shorting.Key words: image segmentation；PDE；level set method；Chan-Vese model；Signed Distance Function目录1绪论 (1)1.1图像分割的目的和意义 (1)1.2图像分割方法综述 (2)1.2.1传统的图像分割方法 (2)1.2.2基于模型的图像分割方法 (7)1.3水平集方法概述 (8)1.4本论文的主要工作 (9)2基于变分和水平集方法的图像分割模型 (11)2.1参数活动轮廓模型(S NAKE模型) (12)2.1.1 Snake模型表达 (12)2.1.2变分法以及Snake模型的求解方法 (13)2.2 C HAN-V ESE分割模型及其水平集求解方法 (16)3水平集方法中符号距离函数的重构 (20)3.1曲线演化理论 (20)3.2水平集理论 (21)3.3符号距离函数的重构 (23)3.3.1符号表的构造 (24)3.3.2距离函数的构造 (25)3.4曲线演化方程的水平集数值方法 (27)4改进的C-V图像分割模型及水平集求解 (30)4.1改进的C-V模型 (30)4.2改进C-V模型的水平集求解方法 (31)4.3曲线演化方程的数值计算 (35)4.4实验结果分析 (36)5总结与展望 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录 (45)1绪论图像是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体[1]。
图像分割方法综述【文献综述】
文献综述电子信息工程图像分割方法综述摘要：图像分割是图像理解的基础，图像分割的算法研究越来越受到关注，早期的图像分割算法在之后的研究中得到完善。
活动轮廓模型是图像分割和边界提取的重要工具之一，主要包括了参数形式活动轮廓模型和几何形式活动轮廓模型两大类，本文对这两类模型进行了大概的说明，简单叙述了相对的优点，如几何活动轮廓模型在变形的过程中能处理曲线拓扑变化。
鉴于活动轮廓模型所存在的缺点，提出了水平集算法，使得计算的范围和简易程度有了很大的发展。
最后指出了图像分割的算法还有一些进一步优化的研究发展方向。
关键词：图像分割，参数活动轮廓模型，几何活动轮廓模型，水平集1.引言对图像进行处理，通过图像分割、目标分离、特征提取、参数测量等技术，将原始的图象转化为更抽象更紧凑的形式，使得更高层的图像分析和理解成为可能。
其中图像分割已经越来越受到人们的关注，作为一种图像处理与计算机视觉操作的预处理手段，已经应用到了很多的领域，图像分割可以定义为：根据图像特征对图像进行区域划分[1]过程，图像分割的效果好坏会直接影响到后续的处理结果，所以图像分割是一个基本而又关键的技术，为此人们提出了很多有效的、具有鲁棒性的分割算法。
图像分割方法有很多，按知识的特点和层次可分为数据驱动和模型驱动两大类[2]，前者有Roberts算子、Sobel算子和Canny算子、阈值分割、分水岭算法和模糊聚类分割算法等；后者是直接建立在先验知识的基础上的，如基于活动轮廓模型的图像分割。
水平集的应用领域是隐含曲线（曲面）的运动[3]，现在水平集已经广泛应用于图像恢复、图像增强、图像分割、物体跟踪、形状检测与识别、曲面重建、最小曲面、最优化以及流体力学中的一些方面。
一个好的图像分割算法应具有以下特点：1、有效性，能将图像中感兴趣的区域或目标分割出来的有效规则。
2、整体性。
能得到图像中感兴趣区域或目标的无断点和离散点的封闭边界。
3、精确性，分割所得到的感兴趣区域或目标边界与实际情况贴近。
基于核模糊聚类的变分水平集医学图像分割方法
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，￣ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｚ ｈ ｅ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ １ ２ ０ １ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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图像配准的变分模型及数值方法研究
图像配准的变分模型及数值方法研究图像配准也称为图像匹配,它是图像处理领域中最为有用和基本的任务之一.配准的任务就是在相应的图像数据之间找一个最佳的几何变换,使其更好地对准.在许多领域,都经常会遇到图像配准,比如天文学、生物、化学、医学图像和遥感等等.近年来,在许多图像配准应用中,已经成功地证明基于变分的配准模型是一种很有用的工具.通常情况下,变分的图像配准模型可以通过以下形式描述:给定两幅图像,称保持不变的一幅为参考图像,称保持变换的另一幅为模板图像,配准的目的就是找一个最佳几何变换,使得变换之后的模版图像尽可能的相似于参考图像.尽管该问题很容易描述,然而求解起来却非常困难,最主要的原因是因为该问题是病态的.在配准的过程当中,为了能够便利地找到最佳几何变换,增加一个正则项是必然的.我们知道不同的正则项产生不同的配准模型,正则项的选择对于问题的解和它的性质是很关键的.如何设计一个合理的配准模型是基于变分的配准模型领域研究的一个主要问题.分析地求解变分的配准模型是很困难的,因此就需要数值方法和适当的离散.我们知道离散之后的变分模型其未知数的数量跟图像像素的数量成正比,因此设计一个快速、有效、稳定的数值算法是基于变分的配准模型领域研究的另一个主要问题.针对这两类问题,本文的主要贡献包括以下几个方面:1.我们使用在彩色图像去噪中提到的的向量化方法推广了由Chumchob-Chen提出的修正的全变分正则项,提出一种改进的保留不连续性的图像配准模型.为了求解该模型,我们提出一种冷系数方法并结合带有Armijos线搜索的高斯牛顿法进一步与多水平方法相结合取得快速的收敛性.实验不仅证实我们提到的方法是有效和稳定的,而且根据图像质量它也能够提供满意的配准结果.2.为了充分使用变形场的主元素之间的相互依赖性,我们提出了一个新的向量化的曲率图像配准模型.提到的新正则项与已经证明在彩色图像去噪以及光流计算中很有用的高阶正则项是相关的但却不是等同的.为了求解新模型,我们提出一种不动点方法并且结合带有Armijos线搜索的高斯牛顿法进一步与多水平方法相结合取得快速收敛性.数值实验表明提到的方法对于合成的和现实的图像都能够有效地找到一个高精度解,并且在配准质量方面比以前最好的模型[1]产生更加鲁棒性的配准结果.3.这一部分,提出了一种使用二阶泛函作为正则项的新颖的变分图像配准模型.新模型的主要动机起源于去噪中的LLT模型,为了避免网格折叠,同时提出了关于变换的雅可比矩阵的行列式的不等式约束,此外,提供了一个快速的解方法用于该模型的数值实现.数值实验表明,根据配准质量我们的新模型显示出良好的性能.。
基于统计模型的变分水平集SAR图像分割方法
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结 果表 明该 方法 充分 利 用 了 Ｓ ＡＲ 图像 的特 征 信 息 ，不 需 要 相 干斑 噪声 预 处 理 ，能 够 准 确 实现 对 Ｓ Ｒ 图像 感 兴趣 Ａ
区 域 的分 割 。
关键词 ：Ｓ Ｒ 图像 ；分割；水平集；变分方法 Ａ
基于测地线活动轮廓模型的图像联合分割算法
基于测地线活动轮廓模型的图像联合分割算法佚名【摘要】为了辅助医生对肿瘤治疗方案和靶区形状的设计,我们研究了PET／CT 图像联合自动分割,将计算机自动分割的结果作为一个较客观的依据.传统的测地线活动轮廓模型( GAC)具有边缘演化迅速,对弱边界也能准确分割的优点,但是该算法只能利用一种模态的图像信息进行分割.本研究算法在传统的测地线活动轮廓模型基础上进行改进,重新设计其边缘函数,综合利用了CT信息与PET信息,使算法利用两种模态的医学图像信息进行联合分割.由于边缘函数中结合了两种信息,所以算法的演化收敛速度有一定的提升,分割出的边缘也更加合理,较单一PET图像分割算法具有更准确的边界.【期刊名称】《生物医学工程研究》【年(卷),期】2018(037)004【总页数】6页(P398-403)【关键词】PET／CT;测地线活动轮廓模型;边缘函数;水平集方法;图像分割【正文语种】中文【中图分类】R3181 引言对PET/CT图像分割，可辅助医生制定准确的放疗靶区，用以治疗肺癌。
实际上，现阶段数字图像处理技术已经相当成熟，完全可以依靠计算机来进行多模态肿瘤图像的融合和靶区分割，从而辅助医生确定肿瘤的位置和大小，更好的制定放疗计划，提高患者的治疗成效。
活动轮廓模型是图像分割中的经典算法[1]，主要分为两大类：基于区域的活动轮廓分割模型和基于边缘的活动轮廓分割模型。
基于区域的活动轮廓分割模型中最常用的是Chan-Vese (CV)模型[2]和Regionscalable Fitting(RSF)[3]模型。
CV模型利用的是图像的全局信息，算法收敛速度快，但是不适用于灰度不均的图像。
RSF模型在CV的基础上进行改进，同时结合了图像的全局和局部能量，解决了对灰度不均图像分割效果不好的问题，但其缺点是由于局部项的影响，算法不易找到全局最优解[4-5]。
基于边缘的活动轮廓模型中最常见的是测地线活动轮廓[6](geodesic active contour，GAC) 模型，其优点是对复杂图像的分割效果较好，但是分割结果会出现边界泄漏的问题[7-8]。
基于变分水平集的SAR图像超像素分割方法[发明专利]
![基于变分水平集的SAR图像超像素分割方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/03d7eaab2e3f5727a4e962cc.png)
专利名称：基于变分水平集的SAR图像超像素分割方法专利类型：发明专利
发明人：余航,赵乐,许录平,冯冬竹,鹿玉泽
申请号：CN201910722019.X
申请日：20190806
公开号：CN110533669A
公开日：
20191203
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于变分水平集的SAR图像超像素分割方法，主要解决现有技术受SAR 图像相干斑噪声影响以及纹理信息缺失导致的对SAR图像超像素分割精度低，超像素块区域边界贴合度不高的问题。
其实现步骤是：输入SAR图像，并将其粗略分割为K个超像素块区域；分别设计基于SAR图像相干斑噪声与图像纹理信息的能量泛函；将设计出的能量泛函分别插入到边缘演化迭代方程以得到新的迭代方程；利用新的迭代方程对各超像素块区域边界进行边缘演化；当超像素块区域边缘演化停止后完成超像素分割。
本发明有效提高了对SAR图像超像素分割的精度，并解决了超像素块区域边界贴合度不高的问题，可用于机场跑道，农田分布和地质勘探的图像处理。
申请人：西安电子科技大学
地址：710071 陕西省西安市雁塔区太白南路2号
国籍：CN
代理机构：陕西电子工业专利中心
代理人：王品华
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一种新的基于水平集方法的SAR图像分割算法
一种新的基于水平集方法的SAR图像分割算法
刘光明;孟祥伟;陈振林
【期刊名称】《火控雷达技术》
【年(卷),期】2013(042)003
【摘要】本文基于Aubert-Aujol(AA)模型和变分水平集方法提出一个新的SAR 图像分割模型；在反应-扩散框架下,将各项同性扩散算子加入到该模型的水平集演化方程中,并提出一个两步分裂水平集演化算法,该算法不需要周期性地更新水平集函数.通过对合成图像和Envisat SAR图像的分割实验,表明本文提出的算法具有较准确的边缘定位能力和噪声抑制能力.
【总页数】5页(P1-4,10)
【作者】刘光明;孟祥伟;陈振林
【作者单位】海军航空工程学院电子信息工程系山东烟台264001;广东湛江91640部队广东湛江524064;海军航空工程学院电子信息工程系山东烟台264001;海军航空工程学院电子信息工程系山东烟台264001
【正文语种】中文
【中图分类】TN957.52;TP301.6
【相关文献】
1.一种基于多模分布的SAR图像分割算法 [J], 尹奎英;刘宏伟;金林;王英华
2.一种新的基于网格编码和区域合并的SAR图像快速分割算法 [J], 张泽均;水鹏朗
3.一种基于组件树的SAR图像分割算法 [J], 闫沫;王瑜
4.一种基于密集深度分离卷积的SAR图像水域分割算法 [J], 张金松;邢孟道;孙光才
5.一种基于测地线距离的极化SAR图像快速超像素分割算法 [J], 邹焕新;李美霖;曹旭;李润林;秦先祥
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两类基于水平集方法的分割模型的开题报告
两类基于水平集方法的分割模型的开题报告
一、基于水平集方法的分割模型
随着计算机技术的不断进步，图像分割技术也不断被发展和改进。
水平集方法是一种
较为经典的图像分割方法，它通过不断改变水平集函数来实现分割，具有计算量小、
适用范围广和分割结果优良等优点，在医学影像分析、计算机视觉和机器人视觉等领
域得到了广泛的应用。
二、双重水平集模型
双重水平集模型是基于水平集方法的分割模型之一，其基本思想是通过两个水平集函
数的相互作用，实现对图像的精确分割。
其中，一个水平集函数表示对象的内部信息，另一个水平集函数表示对象的外部信息。
通过不断迭代这两个水平集函数，达到分割
区域的变化，最终实现对图像的分割。
三、变分水平集模型
变分水平集模型是另一种基于水平集方法的分割模型，也称为能量水平集模型。
它采
用了一种新的能量函数形式，即将水平集函数看作一个能量函数，通过优化该能量函
数来实现图像的分割。
该模型通过优化能量函数，使得水平集函数在区域内的值相似，而在不同区域的值差异较大，从而实现图像的分割。
四、研究意义和目的
针对目前基于水平集方法的分割模型仍存在的一些问题，如边界处理不精确、分割结
果精度不高等，本文打算研究分割模型的改进方法。
具体地，将探讨基于双重水平集
模型和变分水平集模型的优化策略，以提高分割模型的精度和鲁棒性，同时通过实验
验证改进方法的有效性和可行性。
变分法在图像处理中的正则化模型
变分法在图像处理中的正则化模型变分法是一种数学方法，通过建立泛函并求解其变分问题来研究函数的极值问题。
在图像处理领域，变分法被广泛应用于正则化模型的建立和求解，以实现图像去噪、图像复原、图像超分辨率、图像分割等任务。
本文将介绍变分法在图像处理中正则化模型的原理及应用。
一、变分法基本原理变分法是一种处理泛函的方法，其中泛函是一种定义在函数集合上的函数。
对于给定的泛函，变分法的目标是找到一个满足边界条件的函数使得泛函取得极值。
一般情况下，变分问题可以通过欧拉-拉格朗日方程来求解。
二、图像处理中的正则化模型在图像处理中，正则化模型是通过添加一个正则项来约束求解结果，以实现图像的平滑和去噪。
正则项通常由总变差、梯度范数、L1或L2范数等构成，进而将图像复原或增强。
下面介绍几种常见的正则化模型。
1. 全变差正则化（Total Variation Regularization）全变差正则化模型通过最小化图像的总变差来实现去噪和边缘保留。
总变差可以度量图像中亮度变化的幅度，因此在图像中平滑区域上的总变差较小，而在边缘区域上的总变差较大。
全变差正则化模型的优点是能够很好地保持图像的边缘信息，但缺点是可能导致图像细节的丢失。
2. L1正则化（L1 Regularization）L1正则化模型通过最小化图像的L1范数来实现稀疏表示和噪声去除。
L1范数是指向量各个元素绝对值的和，因此对于图像来说，L1范数较小的方向表示图像中的稀疏区域，可以用来去除噪声或提取稀疏特征。
L1正则化模型的优点是能够保持图像细节，同时减少噪声的影响，但也可能导致平滑区域过度稀疏。
3. 变分模型（Variational Model）变分模型是一类建立在变分法基础上的正则化模型，通过最小化泛函来实现图像的复原或增强。
变分模型通常包括数据项和正则项两部分，其中数据项表示对观测数据的拟合程度，正则项表示对图像的先验知识。
通过调节正则项和数据项的权重系数，可以控制图像复原的平滑程度和去噪效果。
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变分和离散变分水平集图像分割模型研究随着计算机视觉和信息科学的飞速发展,图像处理在许多领域(如:医学、军事、环境监测、安全等)取得了巨大的成功。
作为图像处理中的基础且重要的组成部分,图像分割一直是图像分析与计算机视觉领域中的研究热点。
图像分割的目的是把图像区域分成两个或多个各具特性且互不重叠的子区域,并提取出感兴趣的目标区域。
近年来,基于变分思想的图像分割方法凭借其出色的表现,在图像分割领域得到了广泛的应用。
通常来说,变分图像分割模型首先是建立一个由包含图像特征信息的数据项和具有光滑作用的正则项所构成的能量泛函,其中,数据项用来驱使演化曲线(或曲面)朝着目标所在的位置移动,正则项用来光滑演化曲线(或曲面)。
然后极小化该能量泛函,从而得到分割结果。
本论文以现有的变分分割模型为基础,通过分析图像分割的某些具体问题,提出新的基于区域的变分模型,并设计有效的数值实现方法。
本论文的主要研究内容如下:1.针对噪声图像,提出了一个基于核度量的变分图像分割模型在实际生活中,由于受到图像的成像、传输、存储以及转换等相关技术的限制,真实图像通常会受到噪声污染。
对这类图像中感兴趣的目标进行准确地分割,一直是图像分割领域中的一项具有挑战性的工作。
在基于区域的变分分割模型中,数据项通常是通过特定的数据保真度量来定义的。
在大多数情况下,通常隐含地假设图像是被加性高斯噪声所污染,因此,~2L 范数度量被广泛地应用到变分图像分割模型中的数据项。
L~1范数度量在图像去噪领域中已被证实能够减少椒盐噪声的影响,并成功地被用来处理椒盐噪声图像
的分割问题。
L~2和L~1范数度量能够用来处理特定的噪声图像,但是它们仅仅适合一种类型的噪声图像。
本文提出一个基于核度量的变分图像分割模型,其中,数据项是由基于高斯径向基函数的核度量来定义的,这个核度量能自适应强调靠近演化曲线内(或外)平均灰度值的像素点的贡献,从而减少噪声的影响。
此外,这个核度量能够用来处理几种不同类型的噪声。
我们证明了所提模型在BV(Ω)中是严格凸的且有唯一的全局极小值。
在数值实现中,我们设计了一种三步分裂方案来有效地求解水平集函数的演化方程。
通过对合成图像和真实图像的分割实验,结果表明所提方法对一些类型的噪声(椒盐噪声、高斯噪声和混合噪声)具有很强的鲁棒性。
2.提出一个带有L~1数据项的二值水平集变分模型由于相机传感器中出故障的像素点或者在一个噪声频道传输的原因,脉冲噪声常常出现在真实图像中,这极大地影响了分割的准确性。
到目前为止,对带有脉冲噪声的图像进行分割仍然面临巨大的挑战。
针对这一问题,本文提出一个带有L~1数据项的二值水平集变分模型,在该模型中,L~1范数度量被用来定义数据项,它使得所提模型能够分割脉冲噪声图
像和低对比图像。
通过引入一个惩罚项来处理约束条件,约束极小化问题被转化为无约束极小化问题。
我们设计了一种三步分裂方案来有效地数值求解水平集函数的梯度下降流方程。
实验显示,该模型对脉冲噪声有很强的鲁棒性,且能很好地处理SAR图像、超声波图像、漏油图像等真实图像。
3.针对水平集函数的正则化问题,提出一个基于L~0正则化的离散变分水平
集模型在变分水平集模型中,人们往往需要加入某种正则项来约束水平集函数或零水平集的光滑性,常见的正则项有长度正则项、面积正则项、H~1正则项和TV 正则项等。
近年来,基于L~0的正则子在图像平滑、图像去模糊、图像重构等领域取得了巨大的成功。
然而,很少有人把基于L~0的正则子直接作用到水平集函数上来实现图像分割。
本文提出一个基于L~0正则化的离散变分水平集模型。
首先,我们定义一个取值于{0,0.5,1}的三值水平集函数,并用0.5-水平集隐式地表示演化曲线。
然后,用L~0计数算子离散地度量演化曲线的长度和演化曲线内部的面积来作为模型的正则项。
该模型可以看成是著名的Chan-Vese模型的一种离散形式。
我们设计一种交替极小化算法来有效地求解该模型。
实验结果表明,所提模型对带有严重噪声的图像以及漏油图像、皮肤损伤图像、红外图像等自然图像有很好的分割效果,同时具有较高的分割效率。