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第1章 概述1

1.1引言1

1.2变形曲线曲面模型2

1.2.1变形曲线曲面几何模型3

1.2.2变形曲线曲面物理模型5

1.3主动轮廓模型7

1.3.1参数主动轮廓模型9

1.3.2几何主动轮廓模型12

1.4国内外研究现状评述15

第2章 自适应梯度矢量流模型18

2.1引言18

2.2主动轮廓模型的数学表示20

2.3主动轮廓能量最小化条件22

2.4自适应梯度矢量流模型27

2.4.1梯度矢量流特性分析27

2.4.2自适应梯度矢量场30

2.4.3自适应外部力31

2.5模型的离散化及数字化求解32

2.5.1模型的离散化32

2.5.2算法实现步骤38

2.6实验结果与分析39

2.7本章小结43

第3章 离散化能量优化模型45

3.1引言45

3.2动态规划主动轮廓模型46

3.2.1模型的表示46

3.2.2能量函数的离散化47

3.3动态规划主动轮廓模型算法步骤和实现50

3.4贪婪蛇算法主动轮廓模型52

3.4.1贪婪蛇模型52

3.4.2轮廓曲线曲率的计算53

3.4.3图像能的正则化56

3.5贪婪法主动轮廓模型算法步骤和实现58

3.5.1算法步骤58

3.5.2对比实验及分析60

3.6本章小结61

第4章 高效能量组合模型63

4.1引言63

4.2组合模型中的图像能64

4.2.1基于边的图像能量计算64

4.2.2基于区域的图像能量计算68

4.2.3联合图像能量计算69

4.3组合模型中的内部能量71

4.4组合模型中的外部约束能量75

4.5各能量项偏导数的计算75

4.5.1梯度量值的图像能偏导75

4.5.2联合图像能的偏导76

4.5.3内部能的编导77

4.5.4约束能的偏导80

4.6本章小结80

第5章 共轭梯度B-样条模型83

5.1引言83

5.2 B-样条曲线的数学表示84

5.3结点控制的B-样条曲线88

5.3.1 B-样条曲线的Z-变换88

5.3.2三次B-样条系数的确定92

5.4基于共轭梯度的外力场构造93

5.5共轭梯度B-样条主动轮廓模型96

5.5.1模型的构建97

5.5.2算法实现步骤101

5.5.3实验结果与分析102

5.6主动轮廓的局部几何特性104

5.6.1局部几何特性分析104

5.6.2局部区域轮廓的形状控制109

5.6.3实验结果与分析110

5.7本章小结112

第6章 拓扑结构自适应模型114

6.1引言114

6.2拓扑结构自适应模型114

6.2.1 T-Snake模型的演化115

6.2.2仿射单元分解117

6.2.3单形单元近似123

6.3拓扑结构自适应模型算法步骤和实现127

6.3.1算法步骤127

6.3.2实验结果与分析128

6.4双T-Snake模型算法步骤和实现129

6.4.1算法原理和步骤129

6.4.2实验结果与分析132

6.5本章小结133

第7章 离散小波变形曲线曲面模型135

7.1引言135

7.2小波分析与小波变换136

7.3基于离散小波的曲线分解与重构139

7.3.1曲线分解与重构140

7.3.2 Daubechies小波143

7.3.3曲线拟合的误差控制144

7.3.4可控误差的曲线拟合算法145

7.3.5运行实例及分析145

7.4基于离散小波的三维表面分解与重构147

7.4.1三维表面的分层表示147

7.4.2表面仿真的误差控制149

7.4.3可控误差的三维表面仿真算法150

7.4.4仿真结果性能分析152

7.5离散小波主动轮廓模型154

7.5.1轮廓边缘的多尺度表示154

7.5.2基于离散小波场的轮廓演化159

7.5.3算法步骤与实现161

7.5.4实验结果与分析162

7.6本章小结164

第8章 多目标轮廓Mumford - Shah水平集模型165

8.1引言165

8.2水平集方法及几何主动轮廓模型166

8.2.1水平集方法166

8.2.2测地线几何主动轮廓模型168

8.3 Mumford-Shah模型的多目标轮廓提取171

8.3.1 Mumford-Shah模型171

8.3.2梯度场的扩散及几何流的生成173

8.3.3调节项的建立174

8.4数值计算和实现177

8.4.1模型的离散化177

8.4.2算法实现步骤180

8.4.3实验结果与分析181

8.5分片光滑区域多目标轮廓提取186

8.5.1分片光滑Mumford - Shah模型186

8.5.2模型的离散化188

8.5.3算法实现步骤190

8.5.4实验结果与分析191

8.6本章小结193

第9章 快速水平集演化模型195

9.1引言195

9.2窄带水平集模型196

9.2.1窄带区的构建196

9.2.2窄带区内符号距离函数的计算198

9.2.3接近度阈值的确定199

9.2.4数据结构及存储200

9.2.5特殊情况处理及扩展技术201

9.3窄带水平集算法步骤和实现205

9.4表面变形的窄带水平集方法210

9.4.1边界表面的构造211

9.4.2圆形边界表面的构造216

9.5最小变形表面计算的算法步骤和实现219

9.6快速行进法水平集模型222

9.6.1快速行进法模型构建222

9.6.2快速行进法求解226

9.7快速行进水平集算法步骤和实现228

9.8本章小结231

第10章 先验形状水平集统计模型232

10.1引言232

10.2先验形状的水平集表示234

10.2.1形状的水平集表示234

10.2.2刚性物体的配准235

10.2.3非刚性物体的配准237

10.3基于统计的先验形状模型构建240

10.3.1形状模型的构建240

10.3.2模型的求解242

10.4先验形状水平集统计模型243

10.4.1简单的静态模型244

10.4.2考虑统计信息的模型247

10.5自约束测地活动区域模型248

10.6先验知识对水平集演化的约束251

10.6.1静态先验形状对演化的约束251

10.6.2概率先验形状对演化的约束253

10.6.3实验结果与分析254

10.7本章小结256

第11章 全局主动轮廓模型258

11.1引言258

11.2基于ROF的全局主动轮廓模型259

11.2.1基本理论259

11.2.2基于偏微分方程的标准全局主动轮廓模型262

11.3基于双TV范数的快速全局主动轮廓模型264

11.3.1模型的表示及分解264

11.3.2能量方程的转化求解265

11.3.3实验结果与分析268

11.4基于Mumford-Shah的分段常数全局主动轮廓模型270

11.4.1全局主动轮廓模型的表示270

11.4.2快速全局主动轮廓模型273

11.4.3实验结果与分析275

11.5本章小结277

第12章 主动轮廓模型在人眼疲劳检测中的应用279

12.1引言279

12.2人眼检测中的图像预处理280

12.2.1滤波280

12.2.2边缘检测282

12.2.3二值化和灰度均衡286

12.2.4数学形态289

12.2.5几何特征291

12.3气球力主动轮廓模型人眼睛检测294

12.3.1气球力主动轮廓模型294

12.3.2人眼检测处理过程296

12.3.3实验结果与分析299

12.4人眼疲劳状态的识别302

12.4.1人眼图片倾斜旋转摆正预处理302

12.4.2眼睛垂直积分投影303

12.4.3波形特征参数计算及人眼疲劳识别306

12.4.4实验结果与分析307

12.5本章小结310

附录 部分模型算法Matlab源程序代码311

A1传统的主动轮廓模型311

A2梯度适量流主动轮廓模型312

A3气球力主动轮廓模型326

A4贪婪法主动轮廓模型327

A5水平集C-V模型340

A6通用水平集模型347

参考文献373