[发明专利]基于单演信号特征距离和互相关变换光流算法的电影核磁共振图像序列运动估计方法

摘要

基于单演信号特征距离和互相关变换光流算法的电影核磁共振图像序列运动估计方法，本发明涉及电影核磁共振图像序列运动估计方法。本发明是要解决电影核磁共振成像技术难以找到密集的对应特征点，对于电影核磁共振图像的运动估计比对于加标记的核磁共振图像的运动估计更具有难度的问题，该方法是通过一、将三种特征联合构造三维单演信号特征矩阵；二、利用基于零均值归一化互相关系数的公式计算匹配特征Ed(V)；三、限定电影核磁共振图像局部特征的平滑特征Es(V)；四、将匹配特征项Ed(V)和电影核磁共振图像局部特征的平滑项Es(V)表示为联合的能量公式，并假设该公式最小化，求得运动估计位移等步骤实现的。本发明应用于电影核磁共振图像序列运动估计领域。

主权项

1.基于单演信号特征距离和互相关变换光流算法的电影核磁共振图像序列运动估计方法，其特征在于，该方法具体是按照以下步骤进行的：步骤一、利用空间正交滤波器在电影核磁共振图像中提取单演信号的局部相位、局部方位和局部振幅三种特征，将三种特征联合构造三维单演信号特征矩阵；其中，设置电影核磁共振图像序列中任意两幅相邻的图像为I1和I2；步骤二、用三维单演信号特征矩阵分别代替彩色RGB图像的3种颜色通道信息作为光流算法的输入图像；利用基于零均值归一化互相关系数的公式计算光流算法的输入图像局部特征的匹配特征项Ed(V)作为光流算法的匹配特征项的具体过程为：步骤二一、根据三维单演信号特征矩阵，设R和T是具有相同维数的图像区域；SSD(·)是一个常用的R和T相似度衡量标准差，计算公式如下：其中，N是图像区域R或T所有像素的集合；Rs为图像区域R中的s点；Ts为图像区域T中的s点；步骤二二、在三维单演信号特征矩阵中引入ZNCC作为匹配特征项描述：其中，Ni为图像区域中i点的邻域；C(i)为i像素的描述符；I(s)为图像区域Ni中的s点的灰度；μ(i)是图像区域所有像素的集合的灰度均值；σ(i)为图像区域所有像素的集合的灰度方差；i∈Ω；其中，Ω为电影核磁共振图像的整个区域；ZNCC(R,T)为相同维数的图像区域R和T的零均值归一化互相关系数；步骤二三、根据公式(6)和(7)定义描述符的相似度；由像素i及其周围区域的相关变换求得：|N|表示图像区域的大小，μR表示图像区域R的灰度平均值；μT表示图像区域T的灰度平均值；σR为表示图像区域R的灰度标准差；σT表示图像区域T的灰度标准差；<,>表示标准点乘；步骤二四、如果R和T完全相同，那么ZNCC(R,T)度量值为1；根据公式(6)将I1匹配的描述符C1和I2匹配的描述符C2进行匹配；步骤二五、针对每个点i定义的位移量dV＝V‑V0应该满足向量等式：C2(i+dV(i))＝C1(i)    (9)dV(i)表示V(i)的导数；V(i)为图像中第i像素点从图像I1到图像I2之间的位移距离；步骤二六、基于这个等式C2(i+dV(i))＝C1(i)，定义匹配特征项Ed(V)为两个描述符距离之和：其中，光流算法由数据的匹配公式和平滑公式两部分构成；步骤三、利用双边滤波器根据基于零均值归一化互相关系数的光流算法的平滑公式对两幅相邻的图像I1和I2进行滤波，限定电影核磁共振图像的点的位移V的最小化匹配误差即电影核磁共振图像局部特征的平滑特征项Es(V)公式为：其中，Vi为像素点i的位移，Vs为图像中像素点s的位移；针对电影核磁共振图像，基于单演信号特征矩阵的双边滤波器定义如下：其中，△m(i,s)表示i和s之间的单演信号特征距离,△d(i,s)＝||i,s||2是i和s位置之间的距离；参数σd和σm控制着相似性的测量；σd为空间距离的标准差；σm单演信号特征距离的标准差；步骤四、将步骤二计算的匹配特征项Ed(V)和步骤三计算的电影核磁共振图像局部特征的平滑特征项Es(V)表示为联合的能量公式：E(V)＝ε·Ed(V)+Es(V)   (1)其中，ε为平衡参数，在光流算法中，有两个变量需要估计，分别是电影核磁共振图像像素点的水平方向位移u和电影核磁共振图像像素点的垂直方向的位移v；V＝(u,v)；Ed(V)为电影核磁共振图像的最小化匹配误差即图像局部特征的匹配特征项；Es(V)为电影核磁共振图像局部特征的平滑特征项。