一种新的时间序列图像自动配准方法

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1、2001年增刊工程围学学报JOURNALOFENGⅡ唧RINGGRAPHICS一种新的时间序列图像自动配准方法第一军医大学医学图像重点实验室支U哲星1李树祥摘要本文提出了一种新的用于时间序列囝像卣动配准的方法．大大简化了目标函数的计算，从而显著提高恍化艘索的速度．文中蛤出了模拟实验结果，证明谊方法准确，简便、快速、有效．关键词图像配准，联舍直方固，．P哪el】算穗0引言近年来，医学图像的配准和融合成为医学图像处理领域的一个研究热点【l】。国内外的学者提出了多种图像配准方法，总律上可以分为基于几何特征的配准和

2、基于象素或体素相似性的配准两大类。本文提出一种新的目标函数定义，用于时同序列图像的配准，太大简化了目标函数的计算，从而显著提高配准的速度。1算法原理图像的灰度直方图表示图像中备灰度值出现的频度，两幅图像的联合直方图表示图像问对应象素对的不同灰度组合出现的频度。在待配准的图像间选择一幅作为参考图像，另外一幅作为浮动图像，浮动图像通过平移和旋转来与参考图像在空问上对齐。当两幅图像配准时，图像间的对应位置应该是相同的组织。对于同一成象模式下的时同存列图像来说，象素的灰度值应该是相同或相近的．从医学图像中将目标从背

3、景中分割出来的二值化闽值的选择并不困难，两幅图像的二值化阈值将联台直方图划分为四个区域。当图像之间有移位和旋转时，各个区域内灰度组合计数(频度)的变化在整体上反映了图像间的配准程度，因此可以阻区域台勺计数作为目标函数来求得配准参数。这就是分割一计数法的基本思路。2算法实现2．1目标函数定义两幅待配准图像的分割阚值将联台直方图划分为四个区域(图La)，现选择N(k，0，中)=n2作为目标函数，J12区域2中的计数值。图1中，(b)为cr图像，(c)为(b)平移后与自身配准时目标函数的变化情况；(d)为(b)绕

4、中心旋转后与自身配准时目标函数的变化情况。从图中可以看出，在配准点(O，0，0)处，目标函数达到最小值，函数整体比较平滑，在配准参数附近具有较大的下降梯度．目标函数的这种良好的性状非常有利于做快速的最优化求解，为配准算法的速度和精度做出了保证。刘哲星等：一种新的时间序列图像自动配准方法43l2(8)计t(b)(c)圈l联台直方圈区域划分与目标函数的性状毫蝴度(d)2．2插值与参数的最优化搜索通常情况下，图像经过刚体变换以后，象素的坐标不会和原来的采样网格完全重合，运就需要对变换后的图像进行重采样。重采样需要

5、进行插值处理，二维图像中常用的插值算法有最近邻法和双线性法。最近邻法的速度快，但效果较差。双线性法计算量稍太．但效果较好。由于目标函数具有庭好的性状，本文采用PowoU多维方向集【21方法做最优化搜索．其中一维优化算法采用布伦特方法。方向矩阵初始化为每一个配准参数方向的单位矢量。平移以象素为单位，旋转以度为单位，搜索起点定为0矩阵。3实验结果与结论对图l(b)逆时针旋转47度，向左平移8个象素-向上平移11个象紊后得到一幅待配准的模拟图像。应用本文提出的配准算法与原图像进行配准，结果见表l。实验条件为PC机

6、：PantimnI]233，R肼12鲫。结果证明本文提出的方法能够自动完成时间序歹】J图像的配准，具有简单、快速、准确的特点。表l模拟图像的配准结果配准参数误差时间插值方法k(象由6k(象At，(象A士(秒)素)(度)素)(度)最近邻．8．07811．70l4．682∞．0780．?01-0．01897．79166．7双线性．7．96011．6204．720O．0400．6200．0209真实结果．8．00011．0004．700参考文献、1MarkHolden,DexekL&I)tmton,啦’“、枷【e

7、iSimilmtyMe,mta'csfor3-DSd"ialMRBrainImageRegiatration’：／EEETransactiononMedicalImaging,2000，19(2)：94．,--1022[美]W．H．Pr％s，S．A．Teukolskyccal著，傅祖芸，丁岩等译，C语言数值算法程序大全(第二版)，电子工业出版杜，1995