医学图像分割方法综述

医学图像分割方法综述背景图像分割是什么？用以区分物体和背景的图像处理工具对输入图像进行计算将图像划分到一个统一的区域中为什么要进行图像分割？获得对图像进一步处理的数据用分割图像进行建模在医学图像中获得感兴趣的区域实质3-D重建预处理和后处理指导图像内部处理医学图像分割医学图像：CT、正电子放射层析成像技术（PET）、单光子辐射断层摄像（SPECT）、MRI、Ultrasound（超声）及其它医学影像设备所获得的图像；特殊性：成像复杂、干扰繁多、个体多样性现状：方法多，没有统一的标准图像分割相似性两者结合其他阈值法区域生长和分裂合并分类器和聚类基于神经网路基于模糊集理论统计学区域分割基于数学形态学不连续并行微分算子曲面拟合串行边界查找形变模型边缘检测阈值法原理：。阈值分割方法基于对灰度图像的一种假设：目标或背景内的相邻像素间的灰度值是相似的，但不同目标或背景的像素在灰度上有差异，反映在图像直方图上，不同目标和背景则对应不同的峰。选取的阈值应位于两个峰之间的谷，从而将各个峰分开。单阈值，多阈值。优点:实现简单，对不同类灰度值或其他特征相差很大时，能有效分割。常做医学图像的预处理。缺点：不适应多通道和特征值相差不大的图像；对噪声和灰度不均匀很敏感；阈值选取困难。直方图图像区域由灰度值区分开基于阈值的图像分割阈值：选择灰度值作为阈值遍历整幅图像检测像素是否在此区域内基于阈值的图像分割阈值的选择通过图像的直方图来定义阈值（每一个峰值代表一个物体）选择两个峰值的中间值作为阈值缺点对于每幅图像都要人为选择阈值example区域生长和分裂合并原理：区域生长的基本思想是将相似性质的像素集合起来构成区域；首先选择一个种子点，然后依次将种子像素周围的相似像素合并到种子像素所在的区域中。研究重点一是特征度量和区域增长规则的设计，二是算法的高效性和准确性。缺点：需要人工交互以获得种子点；对噪声敏感，导致抽取出的区域有空洞。原理：分裂合并的思想将图像先看成一个区域，然后区域不断被分裂为四个矩形区域，直到每个区域内部都是相似的。研究重点是分裂和合并规划的设计。缺点：分裂技术破坏区域边界。example在想要分割的部分选择一个或者多个种子相邻像素就会以某种算法进行检测将符合检测条件的像素加入到区域中逐渐生长为满足约束条件的目标区域分类器原理：分类是模式识别领域中一种基本的统计分析方法。分类的目的利用已知的训练样本集在图像的特征空间找到点（1D）、曲（2D）、曲面（3D）或超曲面（高维），从而实现对图像的划分。分类器又分为两种：非参数分类器和参数分类器。优点：(1)不需要迭代运算，因此计算量相对较小。(2)能应用于多通道图像。缺点：未考虑空间信息，对灰度不均匀图像分割效果不好；需手工分类生成训练集，而手工分类工作量很大；未考虑解剖结构的个体差异，会产生误差。聚类原理：聚类算法与分类器算法极为类似，只是它不需要训练样本，因此聚类是一种无监督的(unsupervised)统计方法。从某种意义上说，聚类是一种自我训练的分类。其中，K均值、模糊C均值(FuzzyC-Means)、EM(Expectation-Maximization)和分层聚类方法是常用的聚类算法。缺点：聚类分析不需要训练集，但是需要有一个初始分割提供初始参数，初始参数对最终分类结果影响较大。其次，聚类也没有考虑空间关联信息，因此也对噪声和灰度不均匀敏感。统计学方法原理：统计学方法中最常用的一种是将图像看作一个马尔科夫随机场MRF。统计学方法的实质是从统计学的角度出发对数字图像进行建模，把图像中各个像素点的灰度值看作是具有一定概率分布的随机变量。从观察到的图像中恢复实际物体或正确分割观察到的图像从统计学的角度看就是要找出最有可能即以最大的概率得到该图像的物体组合来。从贝叶斯定理的角度看，就是要求出具有最大后验概率的分布。难点：参数的选择、计算量大MRF模型常被用于估计和校正核磁图像中的局部体效应和强度不均匀现象。MRF经常与聚类分割方法结合使用，比如K均值方法，用以提高聚类算法对噪声的鲁棒性。边缘检测基于边缘的分割方法可以说是人们最早研究的方法，基于在区域边缘上的像素灰度值的变化往往比较剧烈，它试图通过检测不同区域间的边缘来解决图像分割问题。串行边缘检测：要想确定当前像素点是否属于欲检测边缘上的一点，取决于先前像素的验证结果。并行边缘检测：一个像素点是否属于检测边缘上的一点取决于当前正在检测的像素点以及该像素点的一些相邻像素点。边缘检测如何确定某一个像素在边缘呢？边缘是变化发生的地方理想数字边缘模型斜坡数字边缘模型一阶倒数二阶倒数图像梯度一幅图像的梯度梯度的方向边界强度如何得到每个像素的梯度Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子、Canny算子等Sx=(I(i-1,j+1)-I(i-1,j-1)+2*I(i,j+1)-2*I(i,j-1)+I(i-1,j-1)-I(i+1,j-1))/8Sy=(I(i-1,j-1)-I(i+1,j-1)+2*I(i-1,j)-2*I(i+1,j)+I(i-1,j+1)-I(i+1,j+1))/8Sobel算子简介：example Original sobel canny并行微分算子原理：对图像中灰度的变化进行检测，通过求一阶导数极值点或二阶导数过零点来检测边缘。阶导数算子有梯度算子、Prewitt算子和Sobel算子，二阶导数算子有Laplacian算子，还有Kirsch算子和Wallis算子等非线性算子。缺点：对噪声敏感，因此在求导前先对图像进行滤波。原图阈值处理边缘检测起始点终止点不是边界上所有的点都要提取，而只是提取其中一部分。提取的点能够基本带便边界的走向。pt1x1,y1pt2x2,y2x3,y3pt3…xn,ynptn储存分割点的矩阵：重建拟合exampleSobel算子基于曲面拟合的方法原理：这种方法的基本思想是将灰度看成高度，用一个曲面来拟合一个小窗口内的数据，然后根据该曲面来决定边缘点。一维曲面来拟合局部窗口中的数据：先估计该窗口中的边缘方向，再用该方向上的一维曲面来拟合数据，决定边缘点。二维三次多项式来拟合小窗口内的图像数据：为得到该多项式的系数，他先用离散正交多项式的线性组合来拟合数据，求得线性组合的系数后在据以得到三次多项式的系数；然后，求该多项式的二阶方向导数，以其过零点来决定边缘点。串行边界查找原理：串行边界查找方法通常是查找高梯度值的像素，然后将他们连接起来形成曲线表示对象的边缘。串行边界查找方法在很大程度上受起始点的影响，以前检测像素的结果对下一像素的判断也有较大影响。缺点：如何连接高梯度像素，因为在实际图像中它们通常不相邻；噪声影响。基于形变模型的方法简介：基于形变模型的方法综合利用了区域与边界信息，是目前研究最多、应用最广的分割方法。他们通过使用从图像数据获得的约束信息（自底向上）和目标的位置、大小和形状等先验知识（自顶向下），可有效地对目标进行分割、匹配和跟踪分析。从物理学角度，可将形变模型看成是一个在施加外力和内部约束条件下自然反应的弹性物体。分类：形变模型包括形变轮廓(deformablecontour)模型（又称snake或activecontour），三维形变表面（deformablesurface）模型。形变轮廓模型：使轮廓曲线在外能和内能的作用下向物体边缘靠近，外力推动轮廓运动，而内力保持轮廓的光滑性。形变表面模型：以更高效、更快地利用三维数据，而且更少地需要用户交互或指导。优点：能够直接产生闭合的参数曲线或曲面，并对噪声和伪边界有较强的鲁棒性。还有一些形变模型利用了形状先验知识和标记点集合（pointsets）等先验知识可以使分割结果更为健壮和准确。缺点：参数形变模型的固定参数与内部能量约束限制了其几何灵活性，不能随意改变拓扑形状，并且对初始形状敏感。改进：提高算法自动化程度，同时维持形变模型的原有优点；气球理论，梯度矢量流（GVF）概念等。Snakefunctiona代表弹性势能b代表弯曲能exampleexample基于结合区域和边界技术的方法简介：基于区域的分割方法往往会造成过度分割，即将图像分割成过多的区域。人们往往将基于区域信息的方法与别的方法，主要是边缘检测的方法结合起来，研究结合区域与边界技术的方法。采用什么方式结合，怎样结合才能充分发挥各自的优势，获得好的分割结果是研究的重点。途径：先用基于区域的分裂合并方法分割图像，然后用边界信息对区域间的轮廓进行优化；先在梯度幅值图像中检测屋脊点和波谷点,通过最大梯度路径连接奇异点获得初始图像分割，然后采用区域合并技术获得最终结果等其它分割方法基于模糊理论:图像分割问题是典型的结构不良问题，而模糊集理论具有描述不良问题的能力。基于模糊理论的图像分割方法包括模糊阈值分割方法、模糊聚类分割方法和模糊连接度分割方法等。基于神经网络（ANN）：神经网络模拟生物特别是人类大脑的学习过程，它由大量并行的节点构成。每个节点都能执行一些基本的计算。学习过程通过调整节点间的连接关系以及连接的权值来实现。方法是将图像分割问题转化为诸如能量最小化、分类等问题，从而借助神经网络技术来解决问题，其基本思想是用训练样本集对ANN进行训练以确定节点间的连接和权值，在用训练好的ANN去分割新的图像数据。基于数学形态学：大多数系统都采用形态学算子来对图像进行预处理或后处理，如形态学分水岭算法等总结分割评估：很重要，但目前还没有一个广泛接受的分割好坏评价标准。目前人们仍在继续研究更先进的成像技术和更复杂的图像处理算法。图像分割方法的研究与分析其物理成像原理、图像形成和重构算法的关系更为密切，而且图像分割与其他图像处理分析任务（如图像增强、匹配、可视化）在识别对象结果和功能上是相关的，因此将他们结合起来共同研究是未来研究的一种趋势。THANKS!第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的影响进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响二、实际工作循环（单级压缩）第一节