1.一种基于关联矩阵自学习及显式秩约束的医学图像分割方法,包含以下步骤:步骤1,CT机拍摄人体CT图像,得到DICOM文件,解析并读取图像像素数据。修改图像数据的灰度级,再进行直方图均衡化操作,增强图像区域成分的对比度,使图像细节更加清晰;针对目标分割区域进行滤波,并利用滤波器进行滤波处理,直至CT图像达到最适合分割的效果;
步骤2,将预处理后的图像像素数据依次等分为n个像素块x,每个像素块x包含m个像素元素,并将其合并为m×n维矩阵X=[x1,x2,…,xn]∈Rm×n输入基于关联矩阵自学习及显式秩约束算法模型,其中关联矩阵自学习及显式秩约束算法模型由如下步骤构建:输入:图像像素数据X=[x1,x2,…,xn]∈Rm×n,图像目标分割区域数目c,迭代最大值tm,模型参数k、α、μ、λ和γ;
S1:设μ=λ=0,依式(1)计算初始化相似度矩阵S0,并计算Laplacian矩阵Ls0和投影矩0
阵F,并将t置为1;
其中,si∈n×1是相似度矩阵S∈Rn×n的第i列向量,第j个元素为sij,表示像素块xi和xj属于图像同一类目标区域的可能性,即相似度;辅助变量gi的元素gij=μ||zi-zj||22+||xi-xj||22+λ||fi-fj||22,||·||2为L2范数,表示所有元素平方和的平方根。zi∈n×1是系数Z矩阵的第i列向量,zj∈n×1是Z矩阵的第j列向量,系数矩阵Z可由公式(3)得到;xi∈m×1是第i个m维输入像素块,xj∈m×1是第j个m维输入像素块;投影矩阵F∈Rn×c是拉普拉斯矩阵Ls相应c个最小特征值的特征矢量,fi∈c×1是F矩阵的第i行向量,fj∈c×1是F矩阵的第j行向量,当相似度矩阵S已知时,可直接通过Ls的特征分解求取,由前c个最小特征值相应的特征矢量组成;拉普拉斯矩阵 Ds∈Rn×n为对角矩阵,对角线元素为∑j(sij+sji)/2;为获得最优si,取γi=(kgi,k+1-Σj=1kgij)/2,k为邻域参数,则si由计算公式(2)调整为:t
S2:固定S,依Sylvester公式(3)计算Z;
αXTXZ+μZLs=αXTX (3)
S3:固定Z,依次按式(2)求解相似度向量si并组建成St;
S4:更新Laplacian矩阵Lst并计算投影矩阵Ft;
t t
投影矩阵F由Ls 特征分解,求得c个最小特征值以及每个特征值对应的特征向量,为n×1向量,c个特征向量排列在一起组成的n×c的Ft矩阵;
S5:检查目标函数值(式(4))<1e-3或t≥tm是否满足,如是则终止算法;反之则令t=t+
1,算法循环至第3步继续进行;
其中tr(·)为矩阵的迹,表示矩阵主对角线上各元素的总和,||·||F为Frobenious范数,表示所有元素平方和的平方根。1为一列全1向量;
输出:投影矩阵F;
步骤3:F矩阵的每一行为c维空间的一个向量,对应图像像素数据X的一个像素块,n行c维向量对应n个像素块,使用matlab中的k-means函数对F矩阵的每一行进行聚类,划分为c类,并将每一类对应的像素块标记,将感兴趣的区域类别的像素块置为为白色,其余区域置为黑色。