拓撲保持變換與標誌點匹配的圖像彈性配準方法研究

《拓撲保持變換與標誌點匹配的圖像彈性配準方法研究》是依託深圳大學，由楊烜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：拓撲保持變換與標誌點匹配的圖像彈性配準方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊烜
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

本項目針對基於標誌點的圖像彈性配準中存在的問題，研究在保持拓撲關係以及扭曲能量儘可能小的空間變換下的標誌點匹配方法，以實現多模態醫學圖像自動配準。將標誌點匹配問題轉換為保持結構拓撲關係的結構匹配與點匹配的結合，同時求解標誌點對應關係和拓撲保持的變換函式。首先在標誌點集之間進行拓撲保持的結構粗匹配，為點匹配提供初始搜尋位置；利用Mean Shift疊代算法尋找對應標誌點對，通過定義反映局部區域結構特徵的機率密度函式和相似性度量，快速搜尋標誌點可能的對應點；在備選標誌點集之間確定微分同胚映射，得到平滑且拓撲保持的空間變換關係，為下一次的點匹配提供可靠的初始搜尋位置，進一步提高點匹配精度。既發揮點匹配方法快速的優點，又具有結構匹配方法的魯棒性，實現由粗配準到精細配準的逐步精確過程；將以上方法套用到3D圖像配準中，其研究成果可廣泛套用於醫學臨床實踐，以及3D圖像序列的運動分析等領域。

結題摘要

本項目針對基於標誌點的彈性圖像配準中存在的問題，研究了結合圖像內容與標誌點集結構匹配的彈性配準方法，基於Mean Shift疊代的標誌點對應位置精確搜尋，基於標誌點對應關係的拓撲保持圖像變換方法，彈性配準方法在三維圖像配準中的套用，以及圖像配準方法的並行實現方法。針對圖像標誌點提取，提出了基於拓撲學習的標誌點集提取方法；針對標誌點集合匹配，提出了一致性點集匹配算法，緊支撐點集匹配方法，基於控制點最佳化的非剛性圖像配準方法，Mean Shift與RPM結合的多模態圖像配準，將點集結構粗匹配與圖像內容精確匹配相結合，有效地提高了點集匹配的精度，同時增加了點集匹配的魯棒性；針對多模態醫學圖像的特點，提出了Hessian特徵空間、基於方向特徵以及包含空間信息的Mean Shift算法，有效地解決了Mean Shift算法對圖像強度敏感的問題，實現了多模態醫學圖像對應控制點的精確、快速搜尋；針對基於控制點對應關係的彈性變換函式拓撲關係不易保持的問題，從理論上分析了常用緊支撐基函式的拓撲保持性能，提出了基於Mean Shift的拓撲保持圖像變換方法，漸進一致性圖像變換構造方法，以及局部可調的拓撲保持圖像變換，解決了基於控制點對應關係的圖像變換的拓撲保持問題；提出了基於圖像內容的三維點集匹配方法（3DRPM），構造了三維點集粗匹配的形變函式，同時提出了反映空間信息的3D Mean Shift算法，實現了三維圖像控制點的精確搜尋。針對圖像配準求解過程計算量大，最佳化耗時的問題，本項目從圖像插值、RPM最佳化過程、一致性變換函式構造等多個方面討論了圖像配準方法的並行實現策略。本項目的研究成果較好地解決了基於控制點對應關係的醫學圖像彈性配準問題，構造的拓撲保持的圖像變換更具物理意義，有效地提高彈性配準精度。