1、图像处理技术讲座（图像处理技术讲座（13）Advanced Digital Image Processing(13)Deformable Models 可变形模型可变形模型2006.11目标分割前列腺B超目标分割颈动脉的有限元建模abcdefghi目标分割颈动脉的有限元建模segmentationsegmentationsurface fittingsurface fittingmeshingmeshing方法概述1.人工用户需要绘制轮廓的专业知识和技能枯燥和耗时重现性低2.全自动现有的算法不足以应对现实中复杂情况方法概述3.自动分割然后手动修正仍然枯燥和耗时仍然具有低度的重现性4.人工粗略勾
2、画后自动分割比方法(1)和(3)要快速算法的可重复性优于(1)和(3)与方法(2)相比，可以应用于更广泛的图像可变形模型在基于图像的力场的影响下改变轮廓/表面的形状。Based on method(4):1.用户绘制一个粗略的轮廓2.轮廓自动向目标区边界进行变形可变形模型Details of DDC讨论可形变算法:离散动态轮廓(Discrete Dynamic Contour,DDC)S.Lobregt and M.A.Viergever,“A discrete dynamic contour model,”IEEE Trans.Med.Imaging,vol.14,no.1,pp.12-24
3、,1995.只讲述基本技术路线，技术细节省略。结构DDC由直线段连接的一组有序顶点表示.12.i.N 坐标每个顶点 i 在时间轴上的坐标表示如下：xyi力每个顶点 i 都受到一个合力的作用:其中 驱动每个顶点朝向定义边界的“特征”的图像力。image force在图像中存在噪声时保持轮廓“平滑”的内部力。internal force 避免出现单个顶点突出变化阻尼力使轮廓的动态特性稳定。damping force动力学特性作用在每个顶点 I 上的总力，使其在t时刻的加速为：其中 m 是每个顶点的质量，由于不考虑顶点间质量差，通常设置 m=1。动力学特性顶点 i 的加速度，引起其速度和位置的变化，
4、两者都可以通过数值积分的形式从时间 t 更新到时间 t+t:整体算法1.显示图像2.允许用户初始化轮廓。设置每个顶点的速度和加速度为0。3.计算每个顶点的总力。4.计算每个顶点的加速度。5.更新每个顶点的位置和速度。6.“重新采样”DDC。7.重复（3）到（6），直到所有顶点停止移动:图像力驱动每个顶点朝向定义边界的“特征”的图像力。源于在图像的所有像素处定义的源于在图像的所有像素处定义的“能量能量”:图像力量驱动每个顶点到能量场的最近的局图像力量驱动每个顶点到能量场的最近的局部最小值。部最小值。图像力算法的成功取决于定义推动每个顶点到期望算法的成功取决于定义推动每个顶点到期望的图像特征的能量
5、。的图像特征的能量。例如，要将顶点驱动到图像中像素的梯度最例如，要将顶点驱动到图像中像素的梯度最大的区域，我们可以将能量定义为大的区域，我们可以将能量定义为:图像力Image forces图像力定位了最大梯度量值图像力定位了最大梯度量值Image forces选择定义能量场的方式，取决于想要获得的选择定义能量场的方式，取决于想要获得的图像特征（阶跃边缘，线条元素等）图像特征（阶跃边缘，线条元素等）.For line elements.内部力在图像中存在噪声时保持轮廓“平滑”的内部力。图像中的噪点可能导致图像中的噪点可能导致DDC变得锯齿状。变得锯齿状。内内力通过最小化局部曲率来保持力通过最小化
6、局部曲率来保持DDC平滑。平滑。可可以定义它与局部曲率成比例关系以定义它与局部曲率成比例关系:内部力：曲率局部曲率定义为局部曲率定义为:是将顶点是将顶点 i 连接到顶点连接到顶点 i+1 的单位边缘向量的单位边缘向量 ii-1i+1内部力：曲率局部曲率与连接到顶点的两条边之间的角度局部曲率与连接到顶点的两条边之间的角度成正比。成正比。ii-1i+1ii-1i+1Large curvatureSmall curvature阻尼力阻尼力使轮廓的动态特性稳定如果只有图像力和内部力，如果只有图像力和内部力，DDC可能会在两个可能会在两个局部最小值之间摆动，形成类似震荡的形式。局部最小值之间摆动，形成类似震荡的形式。阻尼力抑制这种震荡，对收敛是必要的。阻尼力抑制这种震荡，对收敛是必要的。Require-1 wd win 如果图像噪声不是很严重 决定了DDC如何拟合曲线Application:Outlining prostateExtension to 3D研究趋势（1987年至今）用于变分问题的各种优化方法自动初始化边界表达并入器官形状分布来约束变形，使模型鲁棒性更强并入器官外观（灰度和梯度）分布评估准确性和可重复性Discussion
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