利用MATLAB实现医学图像处理与分析
利用MATLAB实现医学图像处理与分析边缘是图像最基本的特征。所谓边缘是指图像周围像素灰度有阶跃变化或屋顶状变化的像素的集合, 它存在于目标与背景、目标与目标、区域与区域、基元与基元之间。边缘具有方向和幅度两个特征, 沿边缘走向, 像素值变化比较平缓; 垂直于边缘走向, 像素值变化比较剧烈, 可能呈现阶跃状, 也可能呈现斜坡状因此, 边缘可以分为两种: 一种为阶跃性边缘, 它两边的像素灰度值有着明显的不同; 另一种为屋顶状边缘, 它位于灰度值从增加到减少的变化转折点。对于阶跃性边缘, 二阶方向导数在边缘处呈零交叉; 而对于屋顶状边缘, 二阶方向导数在边缘处取极值。第6期高向军,等:利用 MATLAB实现医学图像处理与分析1749d imw rie( modif, ank le_new series d en, n b)在 MATLA B中,笔者实现算法如下:a读入图像,预定义3.2 Levelset图像分割初始轮廓,如图3(a)所示;b定义离散化水平集函数;c)曲线在医学图像分割研究中,基于 level set技术的活动轮廓模演化,递准过程;d)求解演化后的零水平集,即为分割图像的型正引人注目。本实例在 MATLAB环境中,实现了Chm和边缘,如图3(b)所示。Ⅴese提出的无梯度的活动轮廓模型,并应用在医学图像分割之中。4结束语CⅤ分割方法的基本原理如下:没定义域为Ω的图像uo实践证明,MAT^AB软件功能强大、数据计算能力突出、被闭合边界C划分为目标O(C的内部)和背景B(C的外语言简洁易读。使用图像工具箱中的医学图像处理函数可以部)两个同质区域。两个区域的平均灰度分别为c1和c2此时方便快捷地实现医学图像的读写及简单处理功能。本文用实能量函数可看做为外部能量和内部能量之和,即例证明了在 MATLAB环境中可以方便、快速、有效地实现复杂E(cIc> C)=EinsidefC)+Eoutsidec)医学图像处理算法。同时Ⅵ ATLAR工具箱涉及的专业领域广H, m isc,(uo-Ci2dx dy+泛且功能強大。由于工具箱具有可靠性和开放性,可以方便H2IJout ie c)(o-C2)2dedy-YICI地直接加以使用,也可以将自己的代码加到工具箱中以改进函数功能。因比,在Ⅵ ATLA B(R2006b)环境下,实现医学图像的处理和分析具有很大的应用优势和价值。参考文献:1」田捷,包尚联,周明全.医学影像处理与分析[Ⅵ].北京:电子工业出版社,2003.(a)初始图像(b)分割结果「2]张尢赛,陈福民·D)IαM医学图像窗口变换的加速算法[J.计图3 Level set分割结果算机工程与应用,200339(13):218-2203]王立功,刘伟强,于甬华,等.DCOM医学图像文件格犬解析与当闭合边界C处于两个同质区域的边界时,能量达到最应用研究[J计算机工程与应用,20642(29):210212225小。为了解决曲线的拓扑变化问题,C-V分割法采用了水平[41曾筝,董芳华,陈咣,等.利用 MATLAB实现C断层图像的三维集方法,将闭合边界C嵌入高一维的曲面ψ中,根据初始闭合重建[J·CT理论与应用研究,200413(2):24-29曲线c构造一个内正外负的符号距离水平集函数中这样就5l任忠宝,李佳·基于 MATLA B的颅面三维重构技术J·计算机将关于闭合曲线C的能量函数转换为关于曲面中的能量函(6]王家文,李迎军.MAAB7.0图形图像处理(M].北京:国防数,再通过变分技术可以得到关于曲面的偏微分方程模型,即工业出版社,2006冲=1中/Yd(y中/1中1)-1(mo-c12+2(no-c2)2通(71HANT, VESE L. A ctive con bou rs w ithou t edges JI. EEE Tans过求由面的零水平集就可以得到C的位置mage Process 2001, 10(2): 266 277(上接第1740页)相比,本文算法虽然计算量有所增大,但能acam pos itc m ethod[ J]. Pattern Recogn tion 1982, 22(4: 381正确区分质量中等区域和质量较差的区域,并将背景区域和质385.量较差、后继算法无法恢复的噪声区域分割,保留质量巾等41 MEHTRE B M. F ngerp rmt m age ana ls s for autm atic ren tifica tion区域,使后续算法的处理区域更精确。I J] M achine Vis ion and App lica tons 1993, 6(2-3): 124-1395]苏彦华·Ⅴ balc++数字图像识別技术典型業例[M]·北京:人4结束语民邮电出版社,2004I6]耿茵茵,唐良瑞.指纹图像分级分割算法ⅠJ.北方工业大学学本文提出了一种改进的基于指纹灰度特性的指纹图像分200012(3):2-26割算法,克服了传统自适应阈值分割算法在指纹与背景交接区[7]甘树坤,欧宗瑛,魏鸿磊,基于灰度特性的指纹图像分割算法[J域,以及指纹内部脊线太淡或脊线粘连的区域分割不准及分割古林化工学院学报,200623(1):68-71前景边界的方坎效应问题,适用于更多类型的指纹图像,且分[8] ROSENFILD A, KAK A C. Digita I im age process ing[M].Naw割比较精确。实验结果表明,该算法的分割效果很好,对前景Yor a cadem i press 1976区和背景区的分割更加灵活准确,有效降低了指纹图像噪声的[9]G0 NAZALES R C. WOODSR E. D igital m age processing[M I影响,它不仅能分割出指纹质量较好的图像,也能有效地分割Read a add ison w esley 1992噪声干扰较大的指纹图像,经过分割后的图像指纹纹线清晰、「11田捷,杨鑫,生物特征识别技术理论与应用M],北京:子工业出版社,2005流畅,具有较强的适应性和很高的实用价值。目前该算法已被应用到成熟的指纹识别算法中。10]吴|金,朱兆达图像处理中阂值选取方法3年(192-1992)的进展(12)[J.数据采集与处狸19938(3):1920}(4):26278.参考文執I 12 BAZEN AM, GEREZ S H. Segn en tation of fingeprin t m ages[ c]//l]陆颍.指纹自动识别原理与方法综述[J]·工栏数学学报.2004Prme of the 12th Annual W orks op on C icu its Sys kms and Sign al21(6):10031010Pocess ng Neherland I s n, 2001 276-2802]硎 HANG J anwei I Heng li s udy on segm ent a lgorithm in au m a[l3]冯星奎,颜祖泉,肖兴明,等.指纹图像合成分割法[J.计算机l i fige prill ilen Lifica lion[ J. M cro oomputer Applica tons应用研究,200017(1):7G77199915(12)202214]韩思奇,王蕾·图像分割的阈值法综述丨J].系统工程与皃子技13 CMEBTREUM.C是是出m出是 lishing630 bihgts-ycscrved.htp/w. cnkinct
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计算机辅助几何造型技术_莫蓉
计算机辅助几何造型技术，莫蓉等编写，各大高校相关专业推荐书目。21世纪高等院校教材计算机辅助几何造型技术莫蓉吴英常智勇编著学实撤社北京内容简介计算机辅助几何造型技术是复杂曲面设计射基本技术,它所依赖的数学基础是微分几何。4书较全面介绍了计算机辅助几何造型玻术的基础知识,包括:曲线曲面论的基本知识烊条曲线与曲面、贝齐尔曲线与曲画、B样条曲线与曲面均匀有理B样条(NRRS曲线与曲画曲线曲面求交算法线曲光顺等本书是面向高等学校非数学类专业的本科生教材如机械T程及泊动化航空宇航设计与制造等也叮供高等学校师生及有关工程技术人员自学参考图书在版编目C)费据计算机辅助几何造犁技术莫蓉,昊英,常勇编著.一北京:科学出版社,2004.2(2世纪高等院校教材IsBN7030119266·计…Ⅱ.①奠…型吳…③常…Ⅲ.计箅机雜助设计Ⅳ.TP391.72中国版本图书馆CIP数据核字(20)第072140号责任編辋:钟谊段博原/文棄編軿:璐贾瑞娜仼校对:朱光光!贲任印制;安春生/封面设计:陈敬學桌訟出版北京乐域城恨北街6号邮哎:l0?17hitP/www.sciencep.com肀剩厂印刷科学击版社发行各地新华书经销2004乍2月第版开4:B5(720×100〕24年2月第次印印张:103印堂:12500字最20000定价:18.00元〔如有印装质量问题,我社负责调换〈新欣前&计箅机辅助几何造型技术》是计算机辅助设计与计算机辋助制造的基础课程,在机被、航空、航夭、船舶、汽车、家电制造等行业均有广泛的用途。计算机铺助几何造型技术是用数学理论描述自由曲线和出面的一种有效方法,它是计算机设计复杂曲面的算法基础,也是三维数字化技术的基础之一。目前國内、国际流行的著名大型 CAD CAM集成软件都使用了先进的几何造型曲面方法。本书主耍内容分为7章。第-章介绍曲线曲面论的基本知识,读者可以从中了解矢量代数基础,曲线曲面的基础,直纹面和可展曲面。第二章重点讲述样条龉线与ns曲面,包括三次样条函数、参数样条曲线、 rergusoll曲线和孔斯曲面,并且給出应用例子第三章讲述最常用的贝齐尔曲线与曲面,主要包括:贝齐尔曲线的定义与性质、贝齐尔曲线的儿何作图泫、贝齐尔曲线的合成、贝齐尔曲线的升阶和降阶、贝齐尔曲愿、贝齐尔曲面的合战、贝齐尔曲线曲的应用。第四章讲述B样条曲线和曲面基础,包括B样条曲线的定义与性质、三次均匀B样条曲线、三次均匀B祥条曲线的插值、双三次B样条曲面B样条曲面的应用。第五章讲述非均勻有理B样条由线与出面,介經非均匀B样条曲线与曲面的定义、性质和配套技术。笫六章介终由面求交的常用算法,包括曲面求交的分类与基本方法,分割算法、迭代法、追踪法。第七章介绍曲线面光顺,包括曲线出面光为的基本概念、曲线光顺方法和曲酉光顺方法,主要是各种算法的原理和步骤。每一章均附有习题可供读者练习时使用。作为非数学类本科生教材,本书省略了大量的数学推导和证明,考患到目前曲线和曲面技术的广泛应用,以讲解基木理论和基本概念为主,希望学生在使用本教树后,熊够对计算机辅助几何造型技术有一个较为深入地了解,对当前流行的CAD软件中曲线曲面造型的功能不仅知其然而豆知其所以然。《计算机助几何造型技术》课程学时约为5~颀0学时,其中有“*"的章节可作为选修内容本书由莫蓉三編兵中第一章、第二章、第四章由吴英编写,第三章由莫蓉编写,第五章、第六章、第十章常智男编写本书承蒙孙文焕教授主审,孙教投在审阅过程中为本节提出了许多宝贵意见;另外本教村能得以较快正式出版与科学出版社及西北工业大学教务处、数材科的大力支持是分不开的:在此一并向他们表示衷心的感谢。由于作者水平有限,书中的错误不妥之处在所难免,敬请读者不吝指正,作者将不陛慼激编者2004年1月目录前言第一章曲线曲面的基本知识…1.1矢量代数基硝1.1.1矢量b·■平q『即■甲曾即·甲曾■血中■『自■qq『·中鲁暂_普·自中·番平血·1.1,2直线的矢量方程■·冒■卜T■■p口q1.⊥3平面的矢量方程d口■■■直■■■■啁■幽1.2曲线论I2.1曲线的矢量力程和参数方41.2.2矢函数的导矢及其应用山41.3曲线的自然参数方程1.3,1自然参数方程………1.3,2出线论的基本公式………1.4率和挠率14.田率■■L晶■■142挠率…………141.5曲面………1.5,1曲面矢量方程和参数方程1.5.2曲画上的曲线及其切矢和曲面上法矢181.5.3曲面的等距面方程…中■■血■血■2016直纹面和可展曲面…………21b.1直纹面冒曾■12162可展曲网「-·F·-r4-幽4"ts.Hv:P44423习题血日t·自日q·1日甲·4日4·4A4·h由44■·鄂h·〓"=即·甲画24第二章样条曲线与Cons曲面…日血平亠·甲甲■■甲『4量晋P1■■山……·251基本概念■■■山山■252.t.1插值与通近……■中■■b■…………2522多项式基…2522三次样条函数及其力学背景……………………………262.3三次样条函数272.3.1定义……………………………………………………2723.2用型值点处的一阶导数表示插值三次样条曲线——m关系式272.3.3用型值点处的阶导数表示播值三次样条曲线M关系式23.4求解插值三次样条曲线的步骤235三次样条曲线局限性■■會會會■冒鲁鲁■個■口鲁■■…3524参数样条曲线噜■甲擊■擊甲P普甲冒241参数样条曲线24.2累加弦长参数样条解决“大挠度”的问题d“卜Bd血卜‘申372.4.3端点条件的换算■bψψ司ψ1ψ甲自■嚼■■■卡■普■■■↓4普昌b■4▲▲山▲244参数样条曲线的计算步骤…………■看hhd_4晶hd画鼻号·t甲平Pqv冒ppP冒q4ppb■自4392.5 fergus∞n曲线T"會會■會■血■會『血■『■甲m甲···日日日4·日日··日·血‘争甲甲甲日P蚤平号B蚤■425.1 Fergus参数曲线表达形式2.5.2 Ferguson曲线妄的拼接甲甲甲即日4-郾412.6Cxns曲面r會鲁■■個幽■幽『■■■4看■■■■↓卜■■■阝}画4226.1曲面表示法与记号……………432.6.2具有给定边界的 Coons曲面……4426.3真有给定边界和跨昇切矢的Cs曲面片…4864具有给定边其跨界切矢、跨界快率的Cxm曲面…50265双二次CUns曲面2.7三种定义曲面的基本方法532.7.l笛卡儿乘积法……幽血■■■■■L画晶』晶532.7.2母线法…5327.3布尔和法……………54习题甲甲q■上鲁■凸“■■■聊啁第三章贝齐尔曲縱与曲面…563.1贝齐尔曲线的定义与性质…备备+■■■■■■血幽■幽即聊聊↓着着昌昌晶……·56311贝齐尔曲线的定义暑■■1『h■D·■p血56312贝齐尔曲线的几何性质583.2贝齐尔曲线的几何作图法T冒■■■■■■623.2,1贝齐尔曲线的几何作图法322厌齐尔曲线的递归分割算法…633.3贝齐尔线的合成……··+--71.44即q443.31连线条件号拼接曲线的光滑度33.2贝齐尔曲线的合成及连续条件……65贝齐水曲线拼接的应用举例673,1贝齐尔曲线的升阶与降阶■bd幽■■号甲q■db4.贝齐尔曲线的不足…6834.2齐尔曲线的升阶与降阶……………!"683.5贝齐尔面■d■■■b■■■■國■703.5.1双三次贝齐尔曲面…·…s……"…s""!"703.5.2贝齐尔曲面的性质7236贝齐尔曲面的合成…LvP■平73361位置连续…甲日4日·即·日4···日4·日·日4··4‘P···日‘·‘·即47336.2界斜率连续………743.6.3只齐尔曲线曲应用………T6习题■甲P甲q77第四章B样条曲线和曲面■『T?冒■■冒■··『『+ TPTPTYP1■794.1B样条基函数的递推定义及其性质…794.1.1B样条基的递推定义4.1.2B样条基的推导过程804.13B样条基的性质4.2H样条曲线…■■矗画凸d………"…"…………834.2.1B样条曲线的定义…,……4.2.2B样条曲线性质………………844.2.3B样条曲线的分类p+·4-rb-T·"·"hr·血·÷4*"4t844.3均匀B样条曲线…r甲『■4■■■I·中·日+·口4日日■44卜A亠854.3.1三次均匀B样条画线表达形式…854.3,2二三次均每B样条曲线的几何性质…874.33特征顶点对曲线形状的影响4.3.4三次均匀B咩条曲线的算法…………………94.3,5二次均匀B样条曲线上qP■■kb山■■▲d“pp43.6三次参数曲线段的比较…924.4非均匀B样条曲线934.4.lB样条曲线的定义域……………934.2重节点对B样条基的影响44.3重节点对B样条由线的影响……954.5B样条曲面……T會會自■■■1_■■I■『■聊■;pp4.51双三次B样条出面片4.5.2双三次B样条曲面的方程…………………1014.53B样条曲面及其性质4.5,4三次均匀H样条曲面的算法…102习题甲■郾·■■■d■4■画甲b▲q"甲即·““4·画…………104第五章非均匀有理样条曲线与曲面·1065.1NRRS曲线的定义和性质……1075.1.]曲线方程的三种等价表示……1071.2NUR曲线三种去示方式的特点……5.1.3NJR曲线的儿何性质甲q4■4=q■唱司甲d■中即甲■■唱看■甲5.t4杈囚子对NRHS曲线形状的影响■郾■■■■dbdbd平qPFb【鲁5.1.5圆锥曲线泊表示■_曾甲晶_L■昌甲…………∷…………11252NURs曲面的定义和性质……5.2.1 NURBS曲面方程的三种表示方法■■·晶b晶郾d■山b■522NRHS曲面的性质………q;甲中}P■1175.2.3曲而权因子的几何意义冒TP口『■冒………117524常用曲面的NURB表示……鱼■中p口■■唱山■中52.5 NURES曲面的形状修收…………………………………………1205.3 NURBS曲线曲面的配套技术………………………1205.3.1 NURES曲线曲面求值、求导1甲■司司bb11205.32NRBS出线曲面拟合………125冒口』■■■……∵……132第六章曲面求交算法1336.1曲面求交的分类与基本方法国P■曾冒甲冒■■冒會■■罪■■■■■1336.1.1曲面求交的分类……………1336.12出面求交的基本力法………1336.2分割算法1356.2.1分割算法的本原理………1356.2.2分割算法的注意问题…1356.3迭代法…h■■m■■■·南Dp■d·13763,1迭代法的基本原理b甲。聊略甲4▲dL13763.2鑫数迭代法a日日·自甲『是4■普晋画■4■138633四参数迭代法4需意的间题…■■日■■■■平■『■TT曾■T■■■■……1406、4追踪法6.4.l追踪法基木过程…··日.甲·卜B山如如L当";a4-st上416.4.2 Lattice网格求交法…·"自■■■『■着■■■▲h■■■44←pp·4426.4.3迫踪法中的其他内容….…!143习题144第七章曲线曲面光顺1457.曲线曲面光顺的基本概念甲■■卩■1457.1}光顺的基木概念…■■↓■bdb|v甲甲nP■145?.1.2光顺性准划146
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