多相M-S模型最小图分割理论与医学应用研究

多相M-S模型最小图分割理论与医学应用研究

论文摘要

视网膜视神经疾病(青光眼、糖尿病视网膜病变、年龄相关性黄斑变性等)是由多种原因引起的视网膜及视觉神经组织病变,在世界范围内有较高的发病率,因此早期的诊断非常重要。目前大多通过彩色立体眼底(视网膜)照相机来获得视网膜(视乳头)图像。但是由于计算机辅助诊断中视乳头医学图像噪声污染大、光照不均匀、对比度小、部分视乳头被血管遮挡、不同病人个体间差异大等因素导致的视乳头图像自动分割不能很好的进行,分割结果不能满足临床诊断需要。为了解决此难题,本文提出在分段常数水平集方法(PCLSM)的Mumford-Shah模型的基础上结合图分割最优化的方法对视乳头图像进行分割。首先采用基于图论的多相分段常数水平集Mumford-Shah图像分割模型及其相应的图分割最优化方法对视乳头杯盘图像进行分割,获得其未被血管遮挡的杯盘边缘部分;再采用凸多边形约束方法去除上述杯盘边缘中由于血管遮挡、光照不均等原因等引起的凹陷或断裂部分,提取杯盘边缘特征点,然后采用光滑曲线拟合技术,获得完整的杯盘边缘曲线。最后我们用拟合好的杯盘边缘来重建视乳头杯盘图像,并根据该重建图像取得杯盘比等特征参数,这些参数对青光眼的辅助诊断有着非常重要的价值。通过不同时期青光眼病人的视乳头图像杯盘分割的试验结果可以表明,上述方法可以很好地解决血管遮挡、噪声污染、对比度小、个体间差异大、光照不均匀等视网膜图像分割中固有的难题,分割青光眼彩色视乳头图像中的视杯和视盘,并且其计算代价大大低于经典的多相分段常数水平集Mumford-Shah模型,其视乳头图像的视杯和视盘分割结果也更为精准。本文重点论述如何将基于图分割的分段常数M-S模型应用于视乳头图像杯盘分割中。该方法的特点是:(1)只需要一个水平集函数就可以分割多个目标;(2)传统的对于带约束问题的最小化问题可以采用Lagrangian方法来求解,但是其收敛速度慢,计算量很大,本文采用图分割最优化方法,得到图像分割结果精度高,且效率有所提高;(3)它能很好的处理多相图像分割问题,处理过程不需要人工干预,自动化程度较高。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.1.1 医学图像分割研究现状
  • 1.1.2 视乳头图像杯盘分割概述
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.3 研究内容
  • 第2章 Mumford-Shah模型
  • 2.1 引言
  • 2.2 经典的Mumford-Shah模型
  • 2.3 多层Mumford—Shah模型
  • 2.3.1 多层Mumford—Shah模型简介
  • 2.3.2 水平集逐层迭代算法
  • 2.4 基于PCLSM的Mumford-Shah模型
  • 2.4.1 分段常数水平集方法PCLSM
  • 2.4.2 基于PCLSM的M-S模型
  • 2.5 小结
  • 第3章 最小图分割理论
  • 3.1 引言
  • 3.2 有向图与图分割
  • 3.3 图分割代价与能量函数
  • 2集合'>3.3.1 F2集合
  • 3集合'>3.3.2 F3集合
  • 3.4 最小图分割与最大网络流
  • 3.4.1 概述
  • 3.4.2 网络流量与图分割代价
  • 3.4.3 最小割-最大流算法
  • 3.5 最小图分割与图像分割能量最小化
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 多相Mumford-Shah模型最小图分割理论
  • 4.1 PCLS M-S模型的图分割优化
  • 4.1.1 PCLS M-S模型的离散化
  • 4.1.2 PCLS M-S模型的图构造
  • 4.2 两相的图分割优化
  • 4.3 多相的图分割优化
  • 4.4 PCLS M-S模型的图分割算法
  • 4.5 算法分析
  • 第5章 视乳头图像杯盘分割、重建和度量
  • 5.1 引言
  • 5.2 视乳头图像杯盘分割、重建和度量
  • 5.2.1 视乳头图像杯盘形态分割与重建
  • 5.2.2 杯盘边缘特征点的提取
  • 5.2.3 杯盘边缘曲线拟合重建
  • 5.2.4 杯盘度量
  • 5.3 度量结果分析
  • 5.4 实验结果对比研究
  • 5.5 结论
  • 总结与展望
  • 参考文献
  • 附录A 硕士阶段本人发表的论文
  • 附录B 硕士阶段参与的项目
  • 致谢
  • 相关论文文献

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    • [9].基于参数估计的多层M-S模型杯盘分割方法[J]. 测控技术 2011(11)
    • [10].基于PCLSM的M-S模型的视乳头杯盘分割[J]. 计算机工程 2009(19)
    • [11].基于M-S模型的参数自适应图分割方法[J]. 世界科技研究与发展 2011(06)

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