時間：2022-11-20 05:51:13
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇醫學圖像論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
醫學圖像處理技術包括很多方面,如:圖像恢復、圖像重建、圖像分割、圖像提取、圖象融合、圖象配準、圖像分析、圖像識別等等。進行醫學圖像處理的最終目的是實際應用于醫學輔助、工業區生產、科學研究等方面,所以其具有較廣泛的應用價值和研究意義。醫學圖像處理的對象是各種不同模態的醫學影像。在醫學臨床的使用中,醫學影像主要有超聲波(UI)、X-射線(X-CT)、核磁共振成像(MRI)、核醫學成像(NMI)等。隨著計算機技術的發展,醫學影像技術已成為一門新興交叉學科,目前是計算技術與醫學結合技術中發展最快的領域之一。借助有力的醫學圖像處理技術手段,極大的改善了醫學影像的質量和顯示方法,其成果使臨床醫生能更直接、更清晰地觀察人體內部組織及病變部位,確診率也得到了提高。這不僅使醫學臨床診斷水平在現有的醫療設備的基礎上得到極大地提高,并且能使醫學研究與教學、醫學培訓、計算機輔助臨床外科手術等實現數字化應用,從而為醫學研究與發展提供堅實的基礎,在醫學應用中具有不可估量的實用價值。
醫學圖像與普通圖像相比,具有以下幾方面的特點(1)醫學圖像具有灰度上的含糊性。表現為兩方面:一方面是由于成像技術上的原因帶來的噪聲擾,往往使物體邊緣的高頻信號被模糊化;另一方面,由于人體組織的螺動等現象會造成圖像在一定程度上產生模糊效應。(2)局部體效應。處于邊界上的像素中,通常同時包含了邊界和物質,使得難以精確地描述圖像中物體的邊緣、拐角及區域間的關系,加之假如出現病變組織,則其會侵襲周圍正常組織,導致其邊緣無法明確界定。
1.2論文的研究目標及工作
1.2.1論文主要涉及的三方面基礎理論
論文主要涉及馬爾科夫隨機場(MRF)理論、模糊集理論及Dempster-shafe證據理論三個方面的基礎理論,下面分別作介紹:1)馬爾科夫隨機場(MRF)理論基于隨機場的圖像分割方法是一類考慮像素點間的空間關聯性的統計學方法。其實質是從統計學的角度出發,將圖像中各像素點的灰度值看作是具有一定概率分布的隨機變量,從而對數字圖像進行建模。Cristian Lorenz等人,在醫學圖像分割中提出了一種可應用于任意拓撲結構的新型統計模型。根據馬爾科夫隨機場圖像模型,利用最大后驗概率準則(MAP),提出一種迭代松弛算法。MRF模型能夠區分不同紋理的分布,其特別適用于紋理圖像的分割。但使用MRF模型進行分割的關鍵問題在于參數估計,所以分割的效果往往取決于對參數估計的準確度。為此通常在分割與參數估計間進行輪流迭代計算,例如:先初始化參數,在此基礎上分割,再利用分割的結果對參數進行進一步的估計,然后再分割,如此直到滿足收斂條件。然而此類方法只能利用單一的圖像信息,不能綜合利用多種圖像信息。
第二章馬爾科夫隨機場(MRF、理論及其應用
馬爾科夫隨機場簡稱,是英文Morkov Random Fields的縮寫。它包含了兩層意思:一個是馬爾科夫(Morkov)性質;一個是隨機場性質。它是基于統計學的分割方法在醫學圖像分割的應用中,最為常用的一種方法。圖像具有高度的空間信息相關性,而馬爾科夫隨機場(腫)恰好具有有效描述空間信息相關性的特點,加之其具有完善的數學理論和性質,所以廣泛的被應用于圖像的處理中,如:圖像的恢復、紋理的提取、模板的匹配和圖像的分割等。娜于圖像的分割,對噪聲有很好的抑制作用;同時是基于模型的方法,所以容易與其它方法結合是它的優點。在本文中主要用于腦部—圖像的預處理及前期的分割。下面介紹馬爾科夫隨機場(MRF )的基本理論及其在本文中的應用。
2.1馬爾科夫隨機場CMRF )基本理論
2.1.1一維馬爾科夫(MARKOV)隨機過程
過程(或系統)在Zg時刻(即? = /q)的狀態己知,若過程在/Q后面的時刻,即的狀態與過程在時刻之前(即
2.2圖像中馬爾科夫隨機場、MRF )模型的建立
2.2.1鄰域系統與勢團(Cliques)
由本文2.1.2小節中馬爾科夫隨機場(娜)的定義中,任何滿足條件1)非負性的概率都由條件2)中的描述馬爾科夫(MARKOV)性的條件概率所唯一確定。條件2)中的條件概率所描述的也稱為隨機場F (本文中也即數字圖像)的局部特性。而條件2)中的條件概率的直接求得是很困難的,由概率論中條件概率的公式可知要求的尸C/i 需要知道即需要知道隨機場的聯合分布,而馬爾科夫隨機場)是用條件概率來定義的,不能很好反映的聯合分布。也就意味著由馬爾科夫隨機場(MRF )的局部特性來定義整個場的全局特性是存在困難的。以上問題的解決要歸功于Hammersley-Clifford定理,該定理給出了馬爾科夫隨機場隨機場(MRF )與吉布斯隨機場(GRF )的等價關系,從而可以用吉布斯(Gibbs)分布來求解中的概率分布問題。
1.1論文研究的目的和意義………………1
1.1.1醫學圖像處理的特點及重要性……………… 1
1.1.2醫學圖像分割中存在的問題、現狀及發展………2
1.1.3醫學圖像分割的方法………………
1.2論文的研究目標及工作………………6
1.3本文組織結構………………9
第二章馬爾科夫隨機場(MRF、理論及其應用………………11
2.1馬爾科夫隨機場、MRF )基本理論……………… 11
2.2圖像中馬爾科夫隨機場QMRF )模型的建立………12
2.3估計準則與優化算法………………16
2.4本章小結………………19
英文名稱：Journal of Image and Graphics
主管單位：中國科學院
主辦單位：中國科學院遙感應用研究所;中國圖象圖形學學會;北京應用物理與計算數學研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1006-8961
國內刊號：11-3758/TB
郵發代號：82-831
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1996
期刊收錄：
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
期刊榮譽：
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期刊簡介
《中國圖象圖形學報》是由中國科學院遙感應用研究所、中國圖象圖形學會、北京應用物理與計算數學研究所共同創辦，是集計算機圖像圖形高科技理論、技術方法與應用研究成果產業化于一體的綜合性學術期刊。《中國圖象圖形學報》是被國內主要檢索系統收錄的核心中文期刊，是圖像圖形學及相關領域的權威性雜志。
1 完善各項規章制度， 抓好落實
要提高超聲診斷質量， 必須做好規范化建設， 建章立制。嚴格執行國家《執業醫師法》、《大型醫用設備配置與應用管理暫行辦法》、《醫療技術操作常規》等法律法規， 持證上崗。設立完備的醫療設備管理制度、監督機制、故障應急預案、維修檔案等質量管理制度， 使影像管理工作制度化、科學化有章可循。對各項檢查以《超聲技術操作規范》為指導， 規范操作規程， 對操作步驟、方法、程序、結果、圖片質量、報告書寫規范等檢查設立績效考評機制， 有效進行質量控制， 量化管理， 科學地統計、規范各臟器及常見疾病的檢查范圍。
2 學科基礎建設， 人才是關鍵
2. 1 無論超聲設備如何發展， 科室的持續發展， 取決于高素質的專業團隊及合理的梯隊建設。醫學是一門經驗學科， 人才的成長是一個晚成熟期。必須分析科室人員的構成及其優勢， 做好職業規劃及培養方向。從事超聲醫學工作的人員來源于臨床醫學及醫學影像專業， 專業的不同， 知識結構會存有差異， 臨床醫學畢業生臨床知識相對豐富， 但影像理論基礎原理欠缺， 而醫學影像專業畢業生影像專業理論知識較為熟悉， 但臨床知識存在不足。不同的院校、不同的專業有其不同的專業理論和實際工作能力的優勢。針對不同的人員采取不同的要求， 對醫學影像專業畢業生， 強調臨床技能的學習；鼓勵參加醫院臨床知識學術講座， 增加臨床知識。對臨床醫學專業畢業生， 強調超聲基礎理論知識及其他影像專業知識的學習， 打牢基礎?；钴S的學習氛圍， 形成專業互補， 強化了綜合素質提高。
2. 2 加強在職培訓， 全面開展醫學繼續教育， 只有不斷地充實自己才能提高專業技術。①打牢基礎是關鍵， 對新入職影像專業畢業人員， 采取崗前臨床科室輪轉 ， 學習臨床知識， 拓寬視野， 建立臨床思維方式， 了解臨床不同專業超聲檢查的目的所在， 了解本院臨床科室發展水平及開展的新技術；對臨床醫學專業畢業生， 在了解超聲專業的基礎理論、超聲解剖、儀器操作檢查方法后， 采取到其他影像專業短期輪訓， 了解其他影像專業特點， 診斷優勢， 建立大影像概念， 充實和拓展思維模式。在強調理論培訓的同時 ， 突出實際操作能力的規范與提高， 要求大家勤于實踐， 規范操作并不斷熟練。②適時選派工作作風扎實， 安心本職工作， 有上進心的技術骨干到技術力量雄厚的大醫院進修， 進行系統的規范化訓練， 并根據個人的專業特長及科室專業的發展需要， 選派參加不同的專題學習班或提高班， 將讓個人的成長與科室的發展前景結合， 激勵其發揮更大的工作、學習熱情， 使科室人員“人人有專業， 人人有特長”， 既避免了內耗， 又提高了科室整體技術力量。③加強對外學術交流， 鼓勵在職人員進行工作經驗的總結， 撰寫論文。撰寫論文的過程也是對一個疾病深入學習的過程。中級以上職稱的工作人員每年至少參加一次全軍或全國專業學術會議， 讓大家及時了解本專業的最新動態、發展方向， 了解本專業的前沿知識， 開闊視野。④聘請上級醫院的專家教授指導工作， 舉行專題講座等。以多種多樣的培訓方式， 提高技術水平。
3 強化隨訪工作
超聲診斷的正確性必須通過隨訪臨床的最終診斷來印證。通過隨訪， 進行回顧分析， 總結經驗教訓， 提高診斷與鑒別診斷能力。平時將個人隨機隨訪與科室集體隨訪納入常規工作， 統籌安排， 有計劃、有組織地進行。科室安排專人、專門時間， 下病區或病案室， 針對不同的臨床科室、某個病種等進行統一的隨訪， 并統計分析隨訪結果，根據超聲診斷陽性符合率指導科室的下一步工作；個人隨訪隨機性比較大，尤其是個案，只有共享才能共同認識該疾病， 所以隨訪結果的回報交流， 共同提高尤為重要。完善的隨訪制度納入科室質量控制體系，每月進行隨訪工作的檢查與考核，才能確保隨訪順利實行并取得良好的效果。利用隨訪結果分析超聲檢查的符合率， 評價超聲檢查質量。如果超聲診斷與病理或手術結果相符， 則總結經驗，加深印象， 增強信心。如超聲診斷與臨床不符， 則分析誤診原因， 提高鑒別診斷水平。
4 規范化留圖
超聲檢查中普遍存在存圖的隨意性， 尤其患者較多時。為了提高超聲質量， 必須規范化存圖， 與診斷有關的陽性或陰性切面， 應做圖像儲存， 記錄并存檔。圖像質量要清晰， 掌握儀器各項物理參數的調節， 熟悉已設置的不同臟器專用軟件， 根據個人習慣及患者條件， 調節圖像在最佳狀態。在眼球或產科檢查時， 嚴格按照規定的安全聲功率輸出。對于異常圖像保留相互正交的兩個切面， 杜絕了以往隨意性存圖檢查中因漏查器官結構而造成的漏診， 對異常的動態變化和前后對照分析提供了直觀的圖像資料， 同時為處理醫療糾紛提供證據， 規范化存圖使規范化檢查真正落到了實處， 規范化存圖成為超聲檢查管理體系中的重要組成部分。
5 規范書寫報告
超聲檢查報告書寫質量體現了檢診水平。報告單作為一次檢查的結論， 必須將實際情況用圖文的形式報告給臨床和患者。一般項目要齊全， 真實， 必須實名制。必要時， 加填儀器型號、探頭類型與頻率， 檢查方法與途徑（如：經直腸法）。描述檢查內容時術語應科學化、標準化， 文字簡練， 描述全面、客觀， 嚴禁加入任何主觀判斷， 既不武斷地以圖像診斷疾病， 也不要過于隨附臨床資料， 杜絕先入為主， 先有結論再有圖像描述的思維模式。超聲提示或診斷明確提示物理學診斷， 除十分明確的病例外， 不做病理學診斷， 可以提示數種需鑒別的診斷。
6 樹立服務意識
超聲檢查主要是為臨床診斷疾病提供客觀依據， 要樹立為臨床服務的理念， 多與臨床醫生溝通才能避免主觀臆斷， 其實與臨床醫生交流的過程也是學習臨床知識的過程， 只有結合臨床才能開展新技術、新業務， 才能謀求正確答案， 達到為患者負責的目的。
英文名稱：Journal of Biomedical Engineering Research
主管單位：山東省科學技術協會
主辦單位：山東生物醫學工程學會;山東省醫療器械研究所;山東省千佛山醫院
出版周期：季刊
出版地址：山東省濟南市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：37-1413/R
國內刊號：
郵發代號：
發行范圍：
創刊時間：1982
期刊收錄：
核心期刊：
期刊榮譽：
Caj-cd規范獲獎期刊
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關鍵詞：S3C2410；網絡監控系統；Linux
中圖分類號：TP311.52
1 論文研究背景及意義
如今嵌入式系統在電子信息領域的發展已經越來越獲得了國內外各類廠商和用戶的一致關注，嵌入式系統已經越來越多的影響到人類的日常生活、工業自動化生產、高科技產業等諸多領域。嵌入式系統以其特有的專用性和便宜性大大沖擊了傳統以PC機位主導的電子信息產業，是的電子產業的發展出來了新的契機，在市場上獲得了普遍的認可和追捧，其價格低廉，操作個性化、簡易化，符合針對不同用戶不同的需求，而且由于嵌入式系統這些年來的不斷發展和成熟，尤其是微軟公司專門針對嵌入式系統開發的Windows CE系統和目前普遍使用的開源的嵌入式Linux系統都在對硬件的支持和圖形界面的應用方面取得豐厚的成果，使得嵌入式系統的競爭優勢越來越突顯出來。而本文之所以選擇嵌入式Linux系統作為開發的軟件系統平臺，也是從其開放性的角度考慮的，嵌入式Linux系統基本上是免費的，所以大大降低了開發成本，搭建了一個更為可靠的、實用的、高效的管理平臺，為后期的軟件開發奠定了堅實的基礎。
2 監控系統技術應用現狀
視頻監控系統在通信、醫療、金融、安保等諸多領域有著廣泛的使用。視頻監控系統在國內也獲得了廣泛的推廣，國家以及企業、個人的投入越來越多，視頻監控技術的發展對于金融安全、人身財產、社會治安等方面的貢獻也越來越大。隨著社會的發展視頻監控系統也越來越多的獲得廠商的青睞，在國內也出現很多具有國際競爭力的知名品牌，如?？低?、大華、天地偉業等，以其一流的技術占據著國內大部分市場。視頻監控系統一般有兩個部分組成，即視頻服務器和視頻客戶端，在研究的過程中必須對這兩部分進行軟件的開發和管理，建立好通信機制，設計好正好工作流程。按照視頻流的數模特性來劃分，模擬視頻監控系統和數字視頻監控系統構成了視頻監控系統目前最主要的兩個技術方向。視頻監控系統技術在未來的發展中得到更多功能方面的擴展，如無線視頻網絡、智能識別視頻系統等方向。
2.1 平臺選擇
本論文的硬件平臺選用s3c2410開發板，操作系統內核采用Linux2.6內核，本論文硬件平臺采用的主要硬件是s3c2410開發板。該板是韓國三星公司已經比較成熟的產品，在硬件配置方面基本滿足本文的需要。采用Linux2.6內核的主要原因是這個內核版本經過較長時間的推廣和完善，無論是對本文所需的視頻監控系統硬件驅動還是軟件系統的開發，都會有很好的支持，而且運行穩定，符合視頻監控系統的要求。
2.2 USB視頻設備驅動的實現
本論文的USB視頻設備驅動運行在嵌入式環境下，對視頻圖像處理能力有限，所以本驅動程序不支持V4L中VIDIOCGPICT和VIDIOCSPICT接口。原始的圖像格式與攝像頭采集到的格式是一致的。
2.2.1 USB視頻設備驅動實現待需解決的問題
USB視頻設備驅動的實現需要解決如下幾個問題：對USB視頻設備的端點類型和端點號、一副圖片的結束等具體數據的判定。
（1）確定USB視頻設備的端點類型和端點號
從開發板的硬件支持角度來分析，使用USB接口作為視頻監控系統的數據接口是比較合適的選擇，而Linux系統也為USB接口提供了強大的支持，通過視頻監控系統的USB驅動對USB設備的操作實際就是對某一端點的操作，而端點又進一步的被定義為控制、中斷、同步、塊四個種類，每一個USB設備都具有特定數日的端點、特定類型的端點以及端點號確定的特點。因此在進行USB視頻設備驅動開發之前，USB視頻設備的端點類型、端點數日以及端點號需要在設計時設置。
（2）判斷一副圖片的結束
圖像數據在于USB核心是連續的數據流，而一副圖像的開始和結束并沒有嚴格的界定出來，如果沒有對這些數據進行標識，那么在系統看來這些數據就是一些單純的數據流，是沒有意義的數據，對圖像就不能進行正確的識別和存儲，因此需要利用緩存技術，工作的原理就是USB視頻設備驅動從連續的數據流中獲取圖片信息，通過緩存保存起來。而保存在緩存中的數據流并沒有提供圖片信息的開始和結束的標識，這個時候攝像頭的數據格式有對圖像信息的開始和結束的定義和標識，雖然不同廠商的芯片對標志有不同的定義，導致沒有一定的規律可循，但是在沒有統一的標準的情況下，具體的定義可以由對應的驅動程序來代替，通過不同的數據格式的定義對標識過的圖像信息逐一提取，就獲得我們所需要的圖像，如使用JPEG格式的圖像，就可以從標示符Oxff Oxd8開始認定一副圖片的起始。
（3）提高USB的數據傳輸速度
在Linux系統中urb來實現USB的數據通信。通過擴大urb的緩沖，提高速度，提高有效數據的傳輸速度。
2.2.2 USB視頻設備驅動具體實現
視頻設備驅動層處于上層應用和USB子系統之間，不同的USB設備在軟件上的差異主要體現在該層。該層主要要完成兩個方面的工作：上層應用所需接口函的調用、接口函數供USB子系統回調。在本視頻設備驅動函數中，如open函數、read函數、close函數和ioctl函數，構成了USB子系統主要的數據傳輸，而probe函數和isoc irq函數實現了子系統的回調。上層應用和USB子系統的通過函數調用接口的關系如圖1所示。
圖1 接日函數的調用關系
圖2 接日函數關系圖
圖2是這幾個接口函數的關系圖，參數信息，如分辨率、幀速度、圖像格式等數據存在全局內存空間1中。而圖像數據的相關內存空間則保存在全局內存空間2中。同時以環形緩沖區的方式保存圖像的存儲空間，環大小為兩幀圖片大小。
2.3 網絡視頻監控系統的軟件設計
本文主要通過Linux的多線程機制和Socket機制實現了視頻服務器。視頻壓縮采用了H.263壓縮標準，壓縮以后的數據以AVI文件格式保存。視頻服務器主要向USB視頻驅動發出讀取數據的請求，數據發被服務器送給需要數據的客戶端。主要體現出處理多個客戶端的同步和共享的問題，而采用Linux的多線程機制就可以解決這兒問題，在Linux的多線程機制中一個主線程、一個讀取視頻數據子線程、其他客戶端通信子線程構成了視頻服務器主要組成部分。
2.3.1 主線程邏輯
首先通過主線程對攝像頭進行初始化，同時讀取視頻數據子線程將被啟動，進一步打開服務器端Socket，等待客戶端的連接，客戶端發送請求并由服務端接收，這樣客戶端通信子線程就生成了，用于和客戶通通信的線程就生成了。
2.3.2 兩類子線程序通信邏輯
視頻服務器包括了兩類子線程：讀取視頻數據子線程、客戶端通信子線程。就像正常的程序的讀寫功能一樣，視頻服務器對數據的讀寫分別依靠讀取視頻數據子線程和客戶端通信子線程，兩類子線程的通信邏輯是讀寫功能的擴展，讀取視頻數據子線程完成寫的功能，戶端通信子線程執行讀的功能，這樣在視頻服務器中就完整的體現了讀寫的邏輯功能。
2.3.3 讀取視頻數據的子線程
讀取視頻數據的子線程的主要功能是從設備驅動中用read方法讀取一幅圖片的數據，并把數據拷貝到環形共享緩沖區當中。
2.3.4 客戶端通信的子線程序
首先把視頻數據看作是一幅幅圖片數據的重復，為了在客戶端能夠定位一幅圖片的結束和下一幅圖片的開始，在每幅圖片數據的開始前插入定長的picwe header結構，其中的size字段告訴客戶端當前圖片數據的長度。從設計的角度來看我們希望客戶端能夠隨時、方便的控制服務器端，控制攝像頭的方位、攝像頭的焦距、圖片的分辨率等因素，只要在客戶端到服務器端的方向上定義一個數據流，負責兩端的通信和數據的控制，而從數據流的結構來看，我們可以認為這個數據流是message結構的重復。
2.4 視頻客戶端的實現
2.4.1 視頻客戶端功能需求
由于C/S架構的一些特性，如C/S架構管理模式更加規范和高效比較適合視屏監控系統的應用，所以本論文選擇了C/S架構作為客戶端的實現方法。視頻的播放、視頻的壓縮存儲的功能就是在采取C/S架構的客戶端下實現的。在windwos下有兩種類型的線程：窗口線程和工作線程。窗口線程有自己的消息隊列，而工作線程在系統看來就是調用執行函數的過程，系統為線程提供接口、緩存等系統資源，線程在執行函數的結束后就自動釋放占用的系統資源。
2.4.2 圖像的顯示
本論文選擇VFW作為客戶端的視頻開發技術，VFW在微軟公司的不斷開發下，已經成為一個很強大的軟件開發包，能為視頻監控系統提供一整套的功能服務，其功能模塊主要包括AVICAP，MCIAVI，MSVIDEO，AVIFILE，ICM，ACM等6個模塊，在VFW的支持下，包括視頻圖像的捕捉、播放、壓縮和存儲等功能都可以逐一實現?？蛻舳死肁VICAP模塊執行捕獲視頻的函數為AVI文件輸入輸出和視頻設備驅動程序提供一個編程接口，AVICAP模塊獲取到屏幕上的視頻操作以后需要通過MSVIDEO模塊來處理，而MSVIDEO模塊主要調用的函數是DrawDib函數，而MSVIDEO模塊把通過網絡接收到的圖像數據以特定格式進行顯示。MCIAVI包含對VFW的MCI命令的解釋器。AVI文件則通過AVIFILE支持標準多媒體I/O函數所提供的更高的命令來訪問。ICM管理用于視頻壓縮、解壓縮的編解碼器。ACM功能模塊用于波形音頻壓縮、解壓的編解碼器的管理。DrawDib可以把DIB畫在屏幕上，使用了BITMAPINFO數據結構。
2.4.3 圖像的壓縮
圖像的壓縮采用H.263標準，H.263壓縮算法的核心函數包括了對幀內壓縮的CodeOneIntra函數和對幀間壓縮的CodeOneOrTwo函數。CodeOneIntra函數實現了圖像像素宏塊的劃分。CodeOneOrTwo函數一首先定義了一個二維數組MV，其變量類型為MotionVecto：結構體，用來保存每一宏塊的運動矢量。
參考文獻：
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關鍵詞：主動輪廓；GVF Snake；輪廓檢測
中國分類號：TP391 文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2007)15-30840-02
Image Contour Detecting Based on GVF Snake
ZANG Shun-quan,WANG Zhu-xia
（1.Department of applied mathematics and physics,Xi’an Institute of Post and Telecommunications , Xi’an710061,China;2.Department of Telecommunication Engineening, Xi’an Institute of Post and Telecommunications, Xi’an710061, China）
Abstract:Active contour model is an important research domain in computer vision, attracts the attention of more and more researchers.The classic snake cannot converge to concave edge andconverge speed is slowly.Then,the external energy is improved, GVF Snake is proposed.The experimental results show that it can fast and accurate converge to contour.
Key words:Active contour;GVF Snake;contour detecting
1 引言
邊緣是圖像最基本的特征，是區域性質發生突變的地方，包含著豐富的特征信息.圖像輪廓提取對圖像理解、圖像分析、計算機視覺等具有非常重要的意義。主動輪廓模型又稱為Snake 模型, 是Kass 等人于1987 年首次提出的，并且已經應用到圖像分割、運動目標追蹤、模式識別等方面。Snake 模型的主要思想是通過定義一條初始能量函數曲線，將其初始化在待分割輪廓周圍，在能量函數的極小值等約束下，經過不斷地演化曲線最終收斂到圖像輪廓。
傳統的Snake模型雖然尤其自身的優點，也有如對初始的位置依賴較大，不能收斂到邊界凹陷處等局限性?；谶@些缺點，本文研究了GVF Snake模型，該模型能更好的克服曲線不能收斂到邊界凹陷處的缺點.
2 傳統Snake模型
設v(s)=[x(s),y(s)]，s∈[0,1]是定義在圖像區域的封閉曲線，并定義能量函數
3 改進的Snake模型――GVF Snake模型
針對傳統Snake模型對初始的位置依賴較大,不能收斂到邊界凹陷處等局限性,可以用梯度矢量流場(Gradient Vector Flow, GVF)作為新的外力,得出梯度矢量流主動輪廓模型(GVF Snake).
假設f(x,y)為圖像I(x,y)的輪廓，則f(x,y)的梯度場為?犖f(x,y)；把梯度場?犖f(x,y)向圖像邊緣擴散，則形成擴散梯度矢量流場Q(x,y)=(u(x,y),v(x,y))。設F(v)=Q(x,y),定義輪廓的能量泛函：
(2.1)
其中f(x,y)=-Eext(x,y)。
而Q(x,y)通過能量泛函E得極小化得到。
(2.1)中，μ為控制參數。當梯度|?犖f|較小時,即初始曲線離真實輪廓線較遠時，(2.1)中第一項(平滑項)起主導作用,此時指向邊緣; 當梯度|?f|較大時,即初始曲線在真實輪廓線附近, (2.1)中第二項(梯度項)起主導作用,此時反映輪廓的邊緣信息。這說明Q(x,y)在非邊緣區是較平滑的，在邊緣處取得極大值，得到圖像輪廓。
可以看出，提取I(x,y)輪廓線的問題，轉化成從Q(x,y)=(u(x,y),v(x,y))獲得輪廓線。由于初始曲線在Q(x,y)的作用下，向真實邊緣逼近,得到圖像輪廓.由變分法知識可得(2.1)的Euler-Lagrange方程為：
利用有限差分方法，先進行網格剖分,將x,y,t分別離散化為I,j,n,步長分別為x,y,t;再將u,v進行離散化,可得GVF Snake型的離散格式：
4 實驗結果與分析
測試圖像為64×64 pgm格式圖像文中算法用matlab7.0編程實現。
圖1 傳統snake模型實驗結果
圖2 GVF Snake模型實驗結果
圖3 GVF Snake模型對醫學圖像的實驗結果
由圖1,圖2可以看出GVF Snake模型表現出了更快的收斂速度和更好的收斂結果.圖3為利用GVF Snake模型對一醫學圖像進行輪廓檢測的結果,取得了較好的效果.
5 結束語
由于傳統snake具有對初始的位置依賴較大、不能收斂到凹形區域和收斂速度較慢的缺點，通過改進外部能量，引入了梯度矢量流算子（Gradient Vector Flow,GVF）,得到了梯度矢量流主動輪廓模型(GVF Snake)。實驗表明，該方法能更快、更好的收斂于圖像輪廓，能有效的克服傳統snake不能收斂到凹形區域和收斂速度較慢的缺點。
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【關鍵詞】散焦測距 灰度梯度 深度信息
目前，隨著工業生產和科學技術的不斷發展，對圖像測量技術的要求越來越高。在對目標物體的幾何尺寸測量時，需采用CCD相機作為圖像傳感器，綜合應用數字圖像處理、精密儀器測量等技術來進行非接觸的物體測量，具有高精度、高效率、高自動化程度及造價低等優點，這種圖像測量在機器人視覺、醫學、工業生產的加工和檢測及國防航天等領域具有重要的應用價值和意義。因此，對采用圖像測量方法的分析和研究，需尋求一種簡單、快捷、計算量小的幾何尺寸測量算法已成為當務之急。測量方法是對采用單目視覺中的散焦圖像測距算法來提取目標物體的深度信息，再根據獲取的深度信息得到目標物體不同截面的高精度幾何尺寸測量的研究，具有十分重要的意義和廣泛的實用價值。
1 算法的基本理論及流程圖
在Subbarao提出散焦測距算法的基礎上，需要獲取圖像，通過利用幾何光學原理及圖像的灰度約束方程，對目標物體和相機空間上所形成的幾何光學投影的關系與灰度圖像結合來恢復物體的三維信息；然后，通過利用散焦圖像的成像模型，由物體上兩點在成像面上彌散斑半徑的大小關系確定實際成像面與聚焦圖像面的位置關系；最后，利用S變換，估算散焦點擴散參數，求得被測物與光學鏡頭間距離的公式，從而得出目標物體的深度信息。
我們要想從單幅圖像中得到物體表面上兩點間的相對深度，可設物體表面上的反射模型是Lambert漫反射模型，實現灰度梯度法的CCD成像的空間幾何關系圖。由于立體物體表面上有無數個點，它們到薄透鏡的距離是不同的，因此聚焦像面與成像面間距離也是不同的，故散焦點擴散函數的值也不同。雖然點擴散函數在聚焦像面上是逐點變化，不能將獲取的散焦圖像表示為聚焦圖像與散焦點擴散函數的卷積，但對于散焦圖像來說，散焦像面上的一個點的小區域內可以看作是所有點的散焦點擴散函數的值近似相等，它們都等于這個點的小區域中心點相互對應的點擴散函數的值。
算法流程圖如下圖1所示。
2 測量的實驗結果及誤差分析
通過提出新的散焦測距算法來對目標物體的深度信息的獲取，即基于圖像灰度梯度法的散焦測距算法，在應用實踐的過程中是否有效，還需要具體的實驗驗證，以證明該算法的可行性，并采用這種恢復物體深度信息的測量算法來實現并完成了對階梯塊的散焦圖像做不同截面的目標幾何尺寸的測量。
2.1 實驗結果
在實驗中采用深圳志先電子公司供應的型號為MTV-1881EX的CCD相機，光學鏡頭選用的型號為M2514-MP的鏡頭獲取圖像，焦距f為25mm。將測量物體放在相機鏡頭前，得到一幅聚焦圖像，移動像檢測器和鏡頭的距離使相機鏡頭得到目標物體的一幅散焦圖像，為了使測量得到的實驗結果更精確，需要對圖像經過降噪處理，然后根據本文提出的算法計算出目標物體上兩點間到相機鏡頭的距離，從而求出物體的高度差，并且應用于測量被測物高精度二維幾何尺寸測量中的有效性。
可以通過獲取不同截面間的深度信息來驗證本文所提的散焦測距算法的可行性，圖2（a）為兩個長方形盒子組成一個階梯塊進行實驗，該階梯塊用千分尺測量的不同截面高度為10mm，第二個截面的寬度為160mm。用使用相機拍攝聚焦圖像，再通過移動被測物物體獲取散焦圖像如圖2（b），對不同截面分別記截面1和截面2。
實驗前要對相機鏡頭進行多次的聚焦成像，再通過光學鏡頭的成像公式來求得相機的像距和物距等測量參數，得出圖2（a）中階梯塊對第一個截面聚焦時的物距值為413.6245mm。
利用本文提出的基于灰度梯度的散焦測距算法得到圖2（b）中光軸成像方向上物距，從而計算出該階梯塊的兩個不同截面成像軸方向上的高度差如下表1所示。
通過多次實驗求得階梯塊的高度值，如表1可得出，將離相機近的截面寬度為100mm作為標準塊規，根據這一實驗數。據對第一個截面的像素進行物理尺寸的標定，然后可獲得每一個像素的物理尺寸，由物體光軸方向上的不同截面在相機中成像原理得到，即
，式中各個參量的數值分別為：物距L=413.6245mm，第一個截面的寬度h2=100mm，h'1=455，h'2=293，可計算得到第二個截面的寬度為h2；再通過對第一個階梯面聚焦時，利用傳統的邊緣檢測提取第二個截面的邊緣信息，通過像素值m來求得對應的截面幾何尺寸，利用公式h2=（x1-x2）m，式中x1，x2為邊緣點坐標，通過對像素值的標定，圖像的像素值m=533，由x1，x2得到第二個截面的寬度h2。如表2所示。
從表2中可明顯看出，利用本文提出的算法求得目標物體的深度信息，再根據這一實驗數據來計算不同截面的二維幾何尺寸，得到測量值的相對誤差比傳統的邊緣測量得到的相對誤差要小，說明了本文采用對不同截面的幾何尺寸測量方法的有效性，而且測量精度高。
2.2 誤差分析
在對目標物體的測量時都會存在很多的誤差因素，從而影響了實驗結果的精度，本課題利用CCD相機拍攝的目標物體圖像進行實驗，因此本節主要分析在光學成像系統中存在的誤差和獲取圖像數據過程中的誤差。
2.2.1 光學成像系統的誤差
本課題由于是利用相機拍攝的圖像測量物體的深度信息，因此光學成像系統會對實驗結果造成誤差這是不可避免的問題，而對于光成像系統產生誤差的因素包括了兩種，分別為光學鏡頭和CCD相機器件的成像誤差，而后者會產生的噪聲可以限制在相對小的范圍之內，對實際的實驗結果影響也會很小，因此可以對這種誤差暫時不做考慮。
2.2.2 獲取圖像過程的誤差
在獲取拍攝的圖像過程中，常常將這些圖像輸入到計算機中時，總是要對光信號轉變為電信號，在這個轉換的過程中會伴隨很多外界環境帶來的噪聲。同時在利用散焦圖像的灰度梯度法來估計彌散斑半徑判定實際成像面與聚焦面的相對位置時，再作S變換時得到的點擴散函數，這時在作微分運算時在掃描的過程中會使測量誤差放大，因此外界的和測量誤差都會對實驗結果數據產生影響。
3 小結
在散焦圖像的測量問題中，必須對測量圖像進行預處理，本課題通過對比分析和研究，最終圖像的降噪處理采用了中值濾波的算法。實驗根據獲取階梯塊不同截面在成像軸方向上的高度差，利用這一高度差對不同截面之間的二維尺寸進行測量，實驗結果表明獲取目標物體的深度信息應用于單幅圖像的物體不同截面之間的二維幾何尺寸測量不僅有效且精度高、計算量小，應用范圍廣泛。最后，對實驗結果的誤差作了進一步的分析研究，從而總結出產生誤差的原因。
參考文獻
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作者簡介
馬艷娥（1985-），女，山西省大同市人。現為山西農業大學信息學院機電工程系教師。研究方向為電子信息工程。
【關鍵詞】視頻檢索；信息融合；視頻檢索；運動目標；監控視頻
一、引言
在計算機視覺領域中，視頻圖像中運動目標檢測與分割是一個重要的研究課題，它是對視頻圖像做進一步處理、分析和理解的基礎，在機器人導航、智能監控系統、交通監測、醫學圖像處理以及視頻圖像壓縮和編碼等領域有著廣泛的應用。在許多監控場所，場景中的背景往往比較復雜，具體到每個像素點，其運動或為多模態或為單模態。數據規模的龐大和增長的快速是學術界和商業應用中關注的新熱點，信息時代，數據結構日益繁雜，數據規模急劇膨脹。數據結構的繁雜體現在數據模態種類、模態間融合形式的多樣化上，特別是有了用戶的參與，數據內容更加豐富。
二、視頻檢索
視頻檢索就是在視頻數據庫中找到與查詢相關的視頻片段，由于視頻具有復雜的層次結構并且其中存在著圖像聲音等其他多媒體信息，所以視頻檢索較其他類的多媒體檢索來說更加復雜。目前國內基于視頻媒體信息檢索的研究還處于初級階段，從各類文獻檢索較少找到相關的比較成熟的項目和論文，個別研究者只涉及了基于內容的視頻媒體檢索技術的一個或幾個分支。
三、基于一種快速運動目標視頻檢索
這種動態的背景模型可以很好的適應光線的變化，緩慢移動的目標等，它最大的特點是可以處理由于背景的來回運動而灰度分布呈現多峰的情況。然而這種算法需要對每一個點都用一個模型來描述，在不降低檢測結果的前提下提高實時性。具體做法是融入空間相關性和融入時間相關性。在視頻圖像背景區域固定不動時，常用的運動目標檢測方法有光流法、相鄰分差法和背景差分法。
四、基于關系代數的多模態信息融合視頻檢索
文本檢索模塊主要針對視頻中包含的文本信息進行查詢，它將自動語音識別得到的腳本信息，字符識別得到的畫面文字信息和從視頻解碼中得到的字幕信息進行綜合整理，并對應到相應的鏡頭，然后利用布爾查詢方法針對查詢處理得到的關鍵詞在已建立的視頻文本特征索引結構上進行查詢。該模塊利用W = TF ×IDF計算查詢詞在查詢結果中的權重，并利用其計算每一個查詢得到的鏡頭的置信度，按照置信度的值對結果進行排序，其中TF和IDF分別代表單詞頻率以及逆文檔頻率。
五、基于直方圖熵差的鏡頭檢測方法
直方圖熵差作為鏡頭檢測度的鏡頭檢測方法，使用連續幀間熵差檢測突變，使用隔幀熵差擴大漸變效果，使用滑動窗口法計算出適應閾值可同時進行突變和漸變鏡頭的檢測，使用最大熵確定分段全局最佳閾值消除滑動窗口法局部極大值造成的誤撿。鏡頭邊界檢測的基本思想是通過比較視頻序列的幀間差異來尋找鏡頭邊界變化的規律?；谥狈綀D方法不使用像素位置信息，只是考慮像素亮度和顏色的統計值，這樣就降低對噪聲和運動的敏感性，是目前最常用的鏡頭檢測方法。
六、視頻多特征的綜合檢索方法
基于內容視頻檢索還要解決多種檢索手段相結合的問題，以提高檢索的效率。對于單一特征檢索手段，由于其約束信息不足，在返回目標視頻的同時往往會返回大量其他也滿足此檢索要求的視頻。采用多個檢索手段相結合的方法無疑可提供更多的約束而使得返回視頻中目標視頻的比率得到提高，但檢索手段間的融合是所要解決的問題。
七、結束語
基于運動目標的監控視頻檢索是一種基于對象的視頻檢索方法，通過對監控視頻的分析獲得運動目標，以運動目標為對象提取特征，在一定程度上提高了檢索準確率。該方法具有一定的實用性，為警方在監控視頻中查找嫌疑車輛或嫌疑人員提供幫助。基于內容的視頻檢索是當前信息檢索的研究熱點，它以圖象處理、模式識別、計算機視覺、圖象理解等領域的知識為基礎，從認知科學、人工智能、數據庫管理系統及人機交互、信息檢索等領域，引入新的媒體數據表示和數據模型，實現對視頻數據的有效檢索。
2013年全國大學生創新創業訓練計劃立項項目（2013XKCX209）。
參考文獻：
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申請級別：副研究員
計算機工程與科學學院
XX年7月7日
教育與工作經歷
教育
1994.9-1998.7 上海大學機械自動化系 本科
1998.9-XX.3 上海大學機械自動化系 碩士
XX.3-XX.9 上海交通大學圖像處理與模式 識別研究所 博士
工作
XX.9-今 上海大學計算機學院 講師
學術活動
兼職
中國計算機學會yocsef上海分壇學術秘書委員(XX.5~今)
ieee會員，ieee計算機分會會員(XX.1~今)
上海市計算機學會會員(XX.1～今)
主持中國機器學習郵件列表(XX.1~今)
活動
機器學習及其挑戰研討會，上海，參與，XX.11
第十屆中國機器學習會議，上海，口頭報告，XX.10
環太平洋人工智能大會，aucland，口頭報告，XX.8
國際神經網絡大會，大連，展板，XX.8
神經網絡及其應用研討會，北京，大會報告，XX.3
科研經歷
參與國家自然科學基金四項
基于數據挖掘和綜合模型的腦磁共振圖像分析和診斷(30170274)已結題
面向鋼鐵生產的數據挖掘和數據融合信息處理平臺及應用(50174038)已結題
納米氧化鋁材料設計的支持向量機方法 (20373040)進展順利
分布式概念格數學模型及算法研究 (60275022)進展順利
參與上海市高校網格技術e研究院一期項目
數據挖掘在生物醫學網格中的應用 (XX.7-XX.6)
主持軟件新技術國家重點實驗室(南京大學)開放課題一項
機器學習中冗余特征問題的研究(XX.5-XX.6)
已申請國家自然科學基金
合作者：化學系 陸文聰教授
已申請上海市教委科技發展基金
正在申請上海市高校網格技術e研究院二期項目
研究方向
特征選擇
結合學習器的研究
支持向量機
集成學習
多任務學習
偏最小二乘法
化學計量學
多元校正
藥物構效關系
jcics，nsfc
學術成果
論文20余篇(第一作者9篇以上)
sci 收錄5篇，其中第一作者4篇
ei收錄10篇，其中第一作者3篇
其它核心雜志，第一作者5篇
sci收錄源雜志錄用2篇，正在出版
譯著一本(第一作者)
支持向量機導論，電子工業出版社出版，XX.3
專著一本(算法部分，五萬字以上)
support vector machine in chemistry，singapore, world scientific publishing company，XX.9
第一作者論文
************************************
學院工作
人工智能、軟件工程等專業課
學術報告(二次)
計算機學院一次
化學系一次
本科生班主任(03級10班)，優秀生導師(5)
****************
其它條件
全國大學英語等級考試cet-6
合格，1997.6
上海市職稱計算機能力考試
合格，XX.4
匯總
【摘要】 數字化虛擬人體結合了醫學和計算機科學的最新成果，運用信息技術建立數字化的人體各個層次的計算機模型，實現了人體的數字化描述，為醫學研究、教學與臨床提供了形象而真實的模型，可提高醫學教學和科研水平，指導臨床診斷和治療。數字化虛擬人體的研究將通過對基因、蛋白質、組織和器官形態及功能的數字化描述，最終達到對人體信息的整體精確模擬。數字化虛擬人體研究是一項巨大的系統工程，集成了最新的科技成就，它的研究在醫學與計算機的結合上、在涉及人體模擬的許多方面開辟了新的研究領域，將促進一系列相關學科研究的深入，具有廣泛的應用前景。
【關鍵詞】 數字化虛擬人體；醫學應用；計算機模型；力反饋
人體是由100多萬億個細胞組成的復雜整體。目前人類對自身的認識和了解還遠遠不夠，對疾病病因、診斷、治療方法的研究及人體與環境相互關系的研究由于缺少精確量化的計算模型而受到限制。應運而生的數字虛擬人體是利用來源于真人的人體數據集，通過計算機模擬而構造出來的一個與人類數據完全相同的虛擬人，它使計算機的定量分析計算和精確模擬成為可能，從而為研究人體在各種環境下的生理病理反應提供一個新的平臺。在現有基礎上，我們對數字虛擬人體的解剖及功能方面的完善及延伸進行了思索及探討。
1 數字虛擬人體在醫學領域的應用前景
1.1 提高醫學教學和科研水平
數字化虛擬人體結合了醫學和計算機科學的最新成果，運用信息技術建立數字化的人體各個層次的計算機模型，為醫學研究與教學提供形象而真實的模型［1~3］。如在外科教學上，以往培訓一位合格的外科醫生，要在上級醫生帶領下，長期在病人身上積累開刀的經驗。這種“練手藝”的過程，通過數字化虛擬人體的程序設定，可在電腦上反復進行演練。又如在醫學科學技術或新藥研制方面，以往必須先通過動物實驗、小樣本臨床驗證才能用于臨床實踐，數字化虛擬人體的研究為這一過程提供模型以進行預演，從而降低醫療風險，提高科研質量，加速醫學教育和醫學研究的現代化。
1.2 提供臨床影像診斷的依據
臨床斷層影像診斷的形態學基礎是正常人體斷面解剖學。已有的斷面解剖學所提供的圖像和數據資料，采用的斷面標本最薄也有5 mm以上，無法完全滿足當前臨床影像診斷的需要。數字化虛擬人體數據集采集的連續斷面的圖像，其斷層間距離的精確度可達0.2 mm，甚至0.1 mm，從而為臨床斷層影像診斷提供與之匹配的斷面圖像和數據。
1.3 指導臨床治療
傳統的醫學診斷治療主要是靠醫生的經驗積累對病人進行直接治療，一旦誤診誤治，錯誤將無法挽回。數字人體的出現將能夠解決這個問題。由于其所有信息來源于真人，因而可以在數字人體上進行在真人身上無法進行的診斷和治療。用藥之前先將藥物信息賦予數字人體，來預測人體對治療的反應，以便更好地對癥下藥。手術之前，先在數字人體身上進行模擬，以制定詳細的手術計劃。目前雖然還不足以達到這一步，但是隨著虛擬現實、模擬技術、虛擬內窺鏡等技術的發展，數字人體已經開始廣泛應用于臨床各科。
1.4 為中醫藥學與針灸經絡研究開拓新領域
祖國醫學的理論體系的兩大特點是整體觀和辨證論治，數字化虛擬人體將從宏觀和微觀方面多指標、全方位地為科學闡述這一理論奠定基礎。針灸經絡學說是幾千年來國人對人體結構研究的智慧結晶，融入針灸穴位數據的數字化虛擬人體，可從多層次、任意角度觀察穴位的解剖結構、毗鄰結構和針刺要點，為探討針灸經絡實質提供數字化平臺，從而為中醫藥學與針灸經絡的深入研究開拓新領域［4~8］。
2 數字化、可視化虛擬人體的研究
“數字化、可視化虛擬人體”是指通過先進的信息技術和生物技術相結合的方式，把人體形態學、物理學和生物學等信息與高級計算法整合成一個研究環境、研究人體對各種刺激的反應、實現人體的數字化描述，為醫學及多學科的研究和應用提供一個基礎技術的研究平臺。
數字化虛擬人體的研究目標是通過將人體的結構和機能數字化、可視化，進而完整地描述基因、蛋白質、細胞、組織以及器官的形態與功能，最終達到人體信息的整體精確模擬［9~11］。其可經歷“虛擬可視人”、“虛擬物理人”、“虛擬生理人”和“虛擬智能人”4個發展階段。“虛擬可視人”是從幾何學角度定量描繪人體的解剖結構，屬于“解剖人”；如果考慮人體組織的力學特性和形變等物理特性，就是第二代的“虛擬物理人”；包括生理特性的數字化人體被列為第三代的“虛擬生理人”；研究人體微觀結構及生化特性的則屬于更高級的“虛擬智能人”［12］。
數字化虛擬人體研究是一項巨大的系統工程，集成了最新的科技成就，代表了當代最高的科技發展水平。它的研究在醫學與計算機的結合上、在涉及人體模擬的許多方面開辟了新的研究領域，將促進一系列相關學科研究的深入。
2.1 國際相關研究
數字化虛擬人體研究的起源要追溯到美國國立醫學圖書館（NLM）發起的可視人體計劃。1989年美國國立醫學圖書館開始醞釀建立一個醫學圖像庫，以提供生物醫學文獻的圖像檢索系統，這需采集人體橫斷面、CT、MRI和組織學數據集，目的是為利用計算機圖像重構技術建造虛擬人體做準備，此項目名稱為“Visible Human Project（VHP）”，即“可視化人體計劃”。VHP的人體斷面數據獲取工作由科羅拉多大學健康科學中心承擔實施，第一套男性、女性VHP數據集分別于1994年、1995年完成并向世界公布。美國“VHP計劃”的實施在全世界引起了巨大反響，不少研究機構或大學利用VHP數據集開發新的計算機人體模擬系統和實用產品，如華盛頓大學開發的數字化解剖學系統、漢堡大學開發的Voxel-Man系統、斯坦福大學開發的虛擬內窺鏡系統等。
VHP數據集的出現改變了醫學可視化的模式，為計算機圖像處理和虛擬現實技術進入醫學領域敞開了大門，使三維重構圖像處理技術以空前的速度得以普及，VHP項目是信息技術和醫學結合的重大創新工程［13~16］。其他國家也相應展開了本國的VHP計劃，如日本、韓國等，但也都存在一定的問題，如美國可視人計劃獲得的數據由于受到當時技術水平的限制，無法提供重要的血管和神經內容。虛擬人體的神經顯示目前仍屬世界性難題，我國國內學者在該研究方面有初步嘗試。
2.2 中國數字化虛擬人體研究動態
2001年在北京香山召開了主題為“中國數字化虛擬人體科技問題”的第174次香山科學會議，香山會議啟動了中國數字化虛擬人體的研究［17］。會議后，我國的解剖學專家們加強協作，目前提供了虛擬中國人體（Virtual Chinese Human， VCH）數據集、中國數字化可視人體（Chinese Digitized Visible Human，CDVH）數據集和中國穴位三維人體（Chinese Acupoint Visible Human，CAVH）數據集參與國際科研大協作。
由于可視人體研究在與人體形態結構有關的眾多研究領域具有重要的理論意義及廣闊的應用前景，國內不少學者一直關注著這一研究領域的進展，并利用美國的VHP數據集進行了卓有成效的研究。如清華大學利用VHP數據集，在基于虛擬人體的計算機醫學研究方面，對人體多個器官的結構與功能進行了可視化顯示；中國科學院自動化研究所構建了開放的虛擬人體試驗平臺，對于數據壓縮、圖像分割、配準與融合、三維重建與繪制等算法進行了研究［18］。
中國數字化虛擬人體研究工作的特點是起步晚、進展快，把切入點放在解決國際上尚未解決的科學疑難問題上，創新尸體標本整體立式包埋和磨削的科學方法，進行血管灌注新配方的研究，取得血管標識的成功應用。中國數字化虛擬人體研究工作在取得斷層解剖數據、獲取關鍵技術成果之后，又進入到后期圖形圖像處理（包括圖像配準、分割、3D重建、瀏覽及網絡）、科學數據共享、神經與微小器官信息獲取以及在醫學和相關領域的應用等相應的研究［19］。
3 有關問題的思索及探討
3.1 數字虛擬人體的血管、神經解剖結構的建模
血管和神經系統是正常人體解剖結構的重要組成部分，但血管與神經系統的模擬仍是目前面臨的最大挑戰。由于原始數據采集先天缺失，我們不得不承認開發的軟件在血管和神經顯示上不盡如意。血管和神經由于具有管狀結構細而長的特征，包含的切片層次較多，涵蓋的顏色層次也很豐富并具有漸變性，且神經組織與周圍脂肪組織的顏色對比度較小，故利用分割肌肉、骨骼的RGB色度空間的雙色度橢球的多步分割方法［20］所得的邊界較為模糊，顯示效果不甚理想。因此采用圖形建模的方法，利用管狀圖形編輯器構建重要的血管和神經模型［21］。其步驟為：① 把血管、神經在每個解剖斷面切片上的形狀標注出來；② 根據標注組成不同直徑的球體標記；③ 通過專用程序將標記自動連接形成管狀結構；④ 將通過面成像方法的多面形表面模型轉化為基于體素的體數據模型。在德國漢堡大學開發的VOXEL-MAN開發平臺上運用此方法較好地顯示了血管及神經結構。第一軍醫大學80歲的鐘世鎮院士花了幾十年的時間掌握了人體血管鑄型技術，能將血管標本分離出來，做出三維立體的管道模型，若這項技術與計算機技術相結合，可能也會彌補血管顯示不充分的缺陷。
3.2 力反饋構想
目前大部分的虛擬人研究仍集中在第一代虛擬人即“虛擬可視人”階段?！疤摂M可視人”是從幾何角度定量描繪人體的解剖結構，把實體變成切片數據，然后在計算機中重建成三維人體，沒有生理變化，是人體斷層解剖學意義上的數字化的解剖人。如果在此基礎上我們能將其更進一步，即在“虛擬可視人”的基礎上加入人體組織的力學特性和形變等物理特性，在質感、質地、軟硬度及溫度等方面達到和人體一樣的指標，如皮膚有彈性、肌肉可以收縮、骨骼遭到打擊時會斷裂、血管受到損傷后會出血等，那么將進一步擴大數字虛擬人的應用范圍。如與相應的具有精確力反饋的觸摸裝置相連接，操作者就可以手持虛擬針灸針在虛擬人體上針刺，從而獲得如同真實環境下針刺穴位的感覺。
數字化虛擬人體研究是一項巨大的系統工程，在其現有的基礎上加入血管、神經信息以完善虛擬人的解剖結構，同時開發虛擬人的力反饋研究領域以擴大其應用范圍，將會為進一步的醫學研究開辟更新的領域及促進一系列相關醫學研究的深入，具有廣泛的應用前景。
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新技術改善乳腺癌診斷精準度
日前，一個巴西研究團隊開發了一項可以對乳腺癌進行早期診斷的新技術，應用紅外線熱感照相機直接成像，可以使患者免于造影或活檢所帶來的不適與不便。據悉，這一熱感成像技術對乳腺腫瘤診斷具有非常高的靈敏度和特異性，準確率約為90%。該技術的一個重要優勢在于檢查的無痛性，因為患者無需與器械接觸所以完全無創。研究團隊開發的新型軟件可以將熱感圖像輸入計算機數據庫，以用于自動獲取有助于診斷的感興趣區域圖像。這一工具還將存儲、特征提取與識別功能相聯合，可以通過相似性分析和數字模擬方法來分析深部和表面溫度的關系，進而在獲取圖像的過程中檢測病灶的存在。
計算醫學改善疾病診療
計算醫學正在飛速發展，使用計算機模型和先進的軟件來探索疾病的發展及治療機制，已經開始為眾多醫生所應用，以對抗心臟疾病、癌癥和其他疾病。通過數字工具，研究人員已經開始使用實驗和臨床數據建立模型，以解決復雜的醫學謎團。日前，約翰霍普金斯大學計算醫學研究所的四位教授發表了題為《計算醫學：從模型到臨床過渡》的論文，關注了這一領域的一些最新觀點。
據悉，該研究所成立于2005年，由大學的工程學院和醫學院進行合作，目標是使用強大的計算機來分析并對疾病機制進行數學建模，其結果將被用來幫助預測疾病的高危人群，并探索如何更加有效的治療疾病。
智能手機分散醫務人員注意力
隨著移動設備，尤其是智能手機與醫療保健的融合越來越緊密，其在危急情況下導致的注意力分散問題也在不斷增加。
在美國經濟周期研究所（ECRI）最新公布的年度十大健康技術危害名單中，智能手機首次上榜，位列第九。醫療專業人士常常需要應對由手機引起的注意力分散，在美國曾發生過醫師在操作醫囑錄入系統時，因接收和回復來自智能手機的短信而忘記錄入醫囑導致重大醫療事故的案例。而今年一項針對體外循環灌注師的調查則顯示，有一半的灌注師承認他們在手術期間發送過手機短信。這種可以聯機互聯網并發送電子郵件的智能手機引起的注意力分散將大大提升分心因素給工作帶來的影響。醫療服務提供者應確保他們時刻處于警惕狀態，并建立有效方法勸阻危急時刻智能手機的非職業用途。
X線檢查不增加癌癥風險
在進行X線檢查期間，部分X線偏離主光束向不同方向散射。人們一直擔心婦女在X線檢查期間散射輻射的暴露可能會導致癌癥風險增加，特別是諸如甲狀腺等放射敏感區域，懷疑乳腺X光檢查可能是甲狀腺癌的危險因素，并且認為在進行檢查時婦女應穿甲狀腺防護鉛套。
今年北美放射學年會上一項來自美國賓夕法尼亞州的研究報告稱，在進行X線檢查時，靠近身體區域的放射劑量非常低或可以忽略，不會增加癌癥的發病風險。為更好的了解分散射線的潛在影響，研究團隊測量了數字X光檢查期間甲狀腺、唾液腺、胸骨、子宮和眼晶體接受的劑量。結果顯示外其他不同區域的劑量介于可忽略和非常低的水平之間。
關鍵詞：圖像拼接 SURF ROI 漸入漸出法
中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0133-01
圖像拼接技術是當前圖像處理的研究熱點，被廣泛應用于計算機視覺、遙感圖像繪制、醫學圖像分析、智能視頻監控和虛擬現實等領域。圖像配準是圖像拼接的基礎，目前配準效果最好的是SURF算法。SURF（Speeded Up Robust Features）是一種具有魯棒性的局部特征檢測算法，SURF算法來源于SIFT[1]（Scale Inviariant Feature Transform）。文獻[2]與文獻[3]中對SIFT和SURF算法進行了綜合對比，在執行速度上，SURF算法是SIFT算法的三倍多，當圖像存在旋轉、模糊、光照、尺度和視角變換下，SURF與SIFT都表現出了較好的穩定性。因此本文采用SURF算法實現圖像的配準。文獻[4]提出了在感興趣區域尋優搜索的策略，將特征配準算法縮減到重疊區域，提高了圖像配準的效率，同時減少了特征的誤匹配，提高了圖像配準精度。圖像融合是圖像拼接另一個關鍵部分，漸入漸出法在速度上具有較好的體現，但是當圖像質量不高和曝光不一致的情況下會出現明顯的斷裂和拼接痕跡。為解決普通監控攝像頭圖像質量不高以及視差引起的拼接質量問題，本文提出基于ROI與SURF算法的圖像拼接方法，并采用RANSAC[5]算法求取最佳單應變換矩陣，最后通過改進的漸入漸出法[6][7]融合圖像，有效解決了圖像融合過程中的拼接痕跡，使融合區域過渡更自然。
1 系統流程
基于SURF和改進漸入漸出法的圖像拼接思路如下：
（1）首先輸入兩張具有重疊區域的圖像；
（2）大致估算重疊區域的大?。?/p>
（3）對ROI區域尋找特征點，進行特征匹配，并通過比值提純、對稱性提純以及RANSAC提純選出優質匹配，然后利用RANSAC計算最佳單應性矩陣；
（4）采用改進的漸入漸出法進行圖像融合；
（5）輸出圖像。
2 圖像配準
圖像拼接要求重疊區域占圖像的20%至30%，特征點的尋找與匹配只針對重疊區域，重疊區域外的特征點檢測和匹配，增加了算法的耗時，同時會帶來不必要的誤匹配，降低了圖像配準的精度。本文通過估算重疊區域的大致范圍，然后在ROI區域內檢測特征點并進行匹配。
3 圖像融合
4 實驗結果及分析
測試的實驗平臺為Intel 酷睿2 T6600@2.20 GHz CPU，內存為2GB，軟件開發環境為VS2010及opencv2.4.9，圖像為普通USB攝像頭所拍攝，分辨率為640X480。
本文在該平臺上實現了使用ROI區域的SURF算法進行圖像配準，與直接使用SURF算法對比，對特征點數與程序耗時的統計如表1所示。對特定區域提取后的SURF算法比原SURF算法快了大約2倍。使用漸入漸出法融合后的圖像過渡區域會出現斷裂以及不自然的現象。使用改進算法融合后的圖像拼接效果更接近原圖像，沒有明顯的拼接痕跡。
5 結語
本文基于提取ROI與SURF算法快速找到特征點對并進行圖像配準，然后利用改進的漸入漸出算法實現了圖像的拼接，消除了拼接痕跡，改善了拼接質量。
參考文獻
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