[发明专利]一种多域物质体数据内部分界面提取方法

权利要求书

1.一种多域物质体数据内部分界面提取方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：

步骤1，提取体数据分界面点集，对分界面点集进行分割优化，从而得到优化后的分界面点集D；

步骤2，将步骤1提取的体数据分界面利用空间数据聚类算法进行聚类分割，获取体数据的各个子分界面。

2.根据权利要求1所述的一种多域物质体数据内部分界面提取方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

步骤1.1：提取体数据分界面点集，采用中心差分法近似求解各体素梯度ΔU，中心差分法表示如下：

其中U(x_i,y_i,z_i)表示体数据中x_i行，第y_i列，第z_i层体素的属性值；

步骤1.2，计算体素梯度ΔU的梯度幅值，将公式(1)代入(2)中计算梯度幅值：

其中，和分别是体素在x方向，y方向和z方向的梯度；

步骤1.3，计算梯度ΔU在x方向，y方向和z方向的梯度方向：

和分别是梯度ΔU在x方向，y方向和z方向的梯度方向向量；

步骤1.4，利用非最大抑制方法沿梯度方向进行跟踪，抑制不被视为分界面的体素值；具体为：将当前体素的梯度幅值与沿x方向，y方向和z方向梯度方向上的三个体素进行比较，如果当前像素的梯度强度与另外三个体素相比最大，则该像素点保留为边缘点，否则该像素点将被抑制；

步骤1.5，在步骤1.2和步骤1.4的基础上，根据梯度幅值M(x,y,z)将体素分类为强界面上的、弱界面上的点以及非界面上的点三个类别，并提取数据的分界面点集。

3.根据权利要求2所述的一种多域物质体数据内部分界面提取方法，其特征在于，所述步骤1.3具体为：

步骤1.3.1，如果M(x,y,z)th_up，则体素被认为是强界面上的点；如果th_lowM(x,y,z)th_up，则体素被视为弱界面上的点；如果M(x,y,z)th_low，则体素被视为非界面上的点，th_up和th_low为阈值，th_low＝th_up/2；

步骤1.3.2，根据步骤1.3.1将分界面点集确定如下：

强界面的体素始终是分界面点；

如果弱界面的体素与边缘上的体素相邻则是分界面点，若不相邻则不是分界面点；

非界面体素不是分界面点；

步骤1.3.3，遍历从强界面体素到所有弱界面体素找到所有分界面点，从而提取体数据的分界面点集D。

4.根据权利要求3所述的一种多域物质体数据内部分界面提取方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

步骤2.1，对步骤1提取的分界面点集D进行采样，获得采样点集S，分界面点集D的其余分界面点则为非采样点；

步骤2.2，标记所有的采样点集S为未访问状态；

步骤2.3，选择采样点集S中的任意一个未被访问的点p，并将p点标记为已访问，寻找从核心点p在Eps邻域内所有附近的采样点；

如果Eps邻域半径内的附近采样点的个数|N_Eps(p)|MinPts，则p点暂时标记离群点；

如果Eps邻域半径内的附近采样点的个数|N_Eps(p)|≥MinPts，则p点是核心点，并创建一个簇C，p点与Eps半径内的附近采样点合并到簇C；

步骤2.4，对簇C内其他未被标记为已访问的采样点，重复执行步骤2.3从而对簇C进行扩展；

步骤2.5，重复步骤2.3-2.4，直到采样点集S中所有采样点都被访问，形成K个簇C；

步骤2.6，对分界面点集D中的非采样点进行标记；

由于采样点集S是分界面点集D的子集，因此采样点集S中的点也是分界面点集D中的点，设采样点集S中的点p在D中对应点为p'，若p在S中是一个核心点，即p属于簇C，在分界面点集D中，找到以p'作为核心点，D中以同样的半径EPS找到p'的领域N′，则分界面点集D中所有在的领域N′中的点归于簇C，即实现了对分界面点集D中的非采样点的标记。

5.根据权利要求4所述的一种多域物质体数据内部分界面提取方法，其特征在于，对于分界面点集D＝(p₁,p₂,...,p_n)，n是分界面点的个数，定义如下：

Eps邻域：对于样本点p，与p点距离在半径Eps内的属于D中的点的集合，用N_Eps(p)表示点p的Eps半径内的点的集合，即:N_Eps(p)＝{q∈D|dist(p,q)≤Eps}，其中

核心点：如果样本点p的Eps邻域至少包含最小数目MinPts个样本，即|N_Eps(p)|≥MinPts，则称该样本点为核心点；

边界点：边界点不是核心点，但落在某个核心点的邻域内；

离群点：既不是核心点，也不是边界点的任何点；

直接密度可达：对于样本点p,q∈D，如果样本点p∈N_Eps(q)，|N_Eps(p)|≥MinPts，而q是一个核心点，则称样本点p由样本点q直接密度可达；

密度可达：对于样本点p,q∈D，如果存在样本链p₁,p₂,...,p_n∈D，满足p₁＝p，p_n＝q，且p_i+1是从p_i关于Eps和MinPts直接密度可达的，则样本点p样本点q关于Eps和MinPts密度可达的；

密度相连：对于样本点p,q∈D，如果存在样本t∈D，使样本点p和样本点q均由t关于Eps和MinPts密度可达的，那么样本点p到q是关于Eps和MinPts密度相连的；

噪声簇：将不在任何一个核心对象周围的一些异常样本点或者说少量游离于簇外的样本点称为噪声点，噪声点构成的簇称为噪声簇。