在核磁圖像序列中自動(dòng)提取舌位輪廓的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信息技術(shù)行業(yè)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及在核磁圖像序列中自動(dòng) 提取舌位輪廓的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 核磁共振成像技術(shù)作為一種先進(jìn)安全的醫(yī)學(xué)觀測(cè)手段，近幾年在醫(yī)療、科研、刑偵 等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。因核磁圖像的正中矢狀面能夠提供較為完整的說(shuō)話人聲道形狀，且 其口腔內(nèi)部成像效果較X光影像更加清晰，因此該技術(shù)常用于聲道形狀分割，元音發(fā)音聲道 輪廓研究和發(fā)音時(shí)舌位運(yùn)動(dòng)分析等領(lǐng)域。在以往的研究工作中，研究人員通常需要借助大 量的手工標(biāo)注完成發(fā)音輪廓提取方法的建模。南加州大學(xué)的Proctor等提出了一種半自動(dòng) 的發(fā)音器官輪廓提取方法，能夠通過(guò)少量的手工標(biāo)注完成發(fā)音器官輪廓的提取工作。然而， 該方法所提取的舌位輪廓有時(shí)在視覺(jué)上出現(xiàn)很明顯的誤差，尤其在舌位運(yùn)動(dòng)過(guò)程中接觸到 其他器官輪廓的情況下。針對(duì)這一情況，一些研究者做了相應(yīng)的研究工作，但仍需要借助大 量的手工標(biāo)注或修正。
[0003] 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：由于核磁圖像中存在著大量噪點(diǎn)，成像分辨率較低，且當(dāng)舌位與其他 發(fā)音器官(如上顎、軟腭、喉部等)發(fā)生接觸時(shí)，其輪廓邊緣變得十分模糊甚至消失，因此，在 核磁圖像序列中對(duì)舌位輪廓提取工作還面臨著很大的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種在核磁圖像序列中自動(dòng)提取舌位輪廓的方法，以至少部分 地解決了如何無(wú)需人工交互以在核磁圖像序列中自動(dòng)提取舌位輪廓的技術(shù)問(wèn)題。此外，還 提供一種在核磁圖像序列中自動(dòng)提取舌位輪廓的系統(tǒng)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)一個(gè)方面，提供了以下技術(shù)方案：
[0006] -種在核磁圖像序列中自動(dòng)提取舌位輪廓的方法，所述方法至少包括：
[0007] 在所述核磁圖像中，在舌位運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，利用多方向Sobel算子，提取舌位輪廓初 始邊緣點(diǎn)；
[0008] 基于所述舌位輪廓初始邊緣點(diǎn)，建立舌位邊緣點(diǎn)映射矩陣；
[0009] 根據(jù)所述舌位邊緣點(diǎn)映射矩陣，并利用相鄰邊緣點(diǎn)位置的制約關(guān)系，搜索舌位最 優(yōu)邊緣點(diǎn)序列；
[0010] 將所述舌位最優(yōu)邊緣點(diǎn)序列作為控制點(diǎn)，利用曲線擬合算法得到舌位輪廓。
[0011]根據(jù)另一個(gè)方面，還提供了一種在核磁圖像序列中自動(dòng)提取舌位輪廓的系統(tǒng)，所 述系統(tǒng)至少包括：
[0012] 提取模塊，被配置為在所述核磁圖像中，在舌位運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，利用多方向Sobel算 子，提取舌位輪廓初始邊緣點(diǎn)；
[0013] 矩陣建立模塊，被配置為基于所述舌位輪廓初始邊緣點(diǎn)，建立舌位邊緣點(diǎn)映射矩 陣；
[0014]搜索模塊，被配置為根據(jù)所述舌位邊緣點(diǎn)映射矩陣，并利用相鄰邊緣點(diǎn)位置的制 約關(guān)系，搜索舌位最優(yōu)邊緣點(diǎn)序列；
[0015]曲線擬合模塊，被配置為將所述舌位最優(yōu)邊緣點(diǎn)序列作為控制點(diǎn)，利用曲線擬合 算法得到舌位輪廓。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案至少具有以下有益效果：
[0017] 本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)采用多方向Sobel算子在核磁圖像中，在舌位運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，提取 舌位輪廓初始邊緣點(diǎn);然后基于舌位輪廓初始邊緣點(diǎn)，建立舌位邊緣點(diǎn)映射矩陣;根據(jù)舌位 邊緣點(diǎn)映射矩陣，并利用相鄰邊緣點(diǎn)位置的制約關(guān)系，搜索舌位最優(yōu)邊緣點(diǎn)序列;將舌位最 優(yōu)邊緣點(diǎn)序列作為控制點(diǎn)，利用曲線擬合算法得到舌位輪廓。由此，本發(fā)明實(shí)施例能夠自動(dòng) 從核磁圖像序列中較準(zhǔn)確地提取出舌位輪廓，而整個(gè)過(guò)程無(wú)需人工交互。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的在核磁圖像序列中自動(dòng)提取舌位輪廓的方法的 流程示意圖；
[0019] 圖2a為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的核磁圖像正中矢狀面舌位運(yùn)動(dòng)區(qū)域示意圖；
[0020] 圖2b為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的舌位輪廓邊緣梯度方向示意圖；
[0021 ]圖3a為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的舌位輪廓初始邊緣點(diǎn)示意圖；
[0022] 圖3b為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的非均勻扇區(qū)分配示意圖；
[0023] 圖4a為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的初始舌位邊緣點(diǎn)映射矩陣示意圖；
[0024] 圖4b為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的前一幀舌位輪廓邊緣點(diǎn)位置示意圖；
[0025] 圖4c為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的調(diào)整后的舌位邊緣點(diǎn)映射矩陣示意圖；
[0026] 圖5a為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的舌位最優(yōu)邊緣點(diǎn)序列示意圖；
[0027] 圖5b為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的舌位最優(yōu)邊緣點(diǎn)序列在原核磁圖像中對(duì)應(yīng)位 置的示意圖；
[0028] 圖6a為現(xiàn)有方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖；
[0029]圖6b為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的本發(fā)明實(shí)施例方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖；
[0030] 圖7為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的在核磁圖像序列中自動(dòng)提取舌位輪廓的系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0032] 需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。且 在附圖中，以簡(jiǎn)化或是方便標(biāo)示。再者，附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域 中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解， 參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
[0033] 本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合傳統(tǒng)的圖像處理方法，針對(duì)核磁圖像序列，在發(fā)音器官輪廓提 取與跟蹤的過(guò)程中，利用多方向Sobel聯(lián)合算子得到舌位輪廓初始邊緣點(diǎn);基于舌位輪廓初 始邊緣點(diǎn)，建立舌位邊緣點(diǎn)映射矩陣，并結(jié)合前一幀舌位輪廓位置，對(duì)該映射矩陣進(jìn)行調(diào) 整;在調(diào)整后的映射矩陣中尋找最優(yōu)邊緣點(diǎn)序列，借助過(guò)控制點(diǎn)的二次樣條曲線擬合技術(shù) 得到舌位輪廓。
[0034] 在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種在核磁圖像序列中自動(dòng)提取舌位輪 廓的方法。如圖1所示，該方法包括步驟S100至步驟S106。
[0035] 步驟S100:在核磁圖像中，在舌位運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，利用多方向Sobel算子，提取舌位輪 廓初始邊緣點(diǎn)。
[0036] 在該步驟中，多方向Sobel算子，其為離散性差分算子，主要用作邊緣檢測(cè)。具體 地，用來(lái)運(yùn)算圖像亮度函數(shù)的灰度之近似值。在圖像的任何一點(diǎn)使用此算子，將會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng) 的灰度矢量或是其法矢量。
[0037] 其中，核磁圖像序列優(yōu)選為核磁圖像正中矢狀面時(shí)續(xù)序列。
[0038] 在實(shí)際應(yīng)用中，可以依據(jù)舌位輪廓邊緣梯度方向的不同，選用不同的多方向Sobel 算子，得到舌位輪廓初始邊緣點(diǎn)。
[0039]圖2a為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的核磁圖像正中矢狀面舌位運(yùn)動(dòng)區(qū)域示意圖。圖 2b為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的舌位輪廓邊緣梯度方向示意圖。在圖2b中，由白線分為兩 個(gè)部分，左半部分即為前半部分，右半部分即為后半部分。針對(duì)舌位前半部分，選用上、前 上、前、前下方向的Sobel算子進(jìn)行邊緣檢測(cè)，將所得到的邊緣點(diǎn)作為舌位輪廓初始邊緣點(diǎn)。
[0040] 其中，多方向Sobel算子的得到過(guò)程具體為：
[0041] 設(shè)Gf為Sobel梯度算子，初始定義如下：
[0043]針對(duì)上、前上、前、前下這四個(gè)方向的梯度，為公平起見(jiàn)，令這四個(gè)方向的梯度值相 等(均等于η)，則這四個(gè)方向的梯度定義如下：
[0045]解上面一組多元方程，得到其中一個(gè)可行解為：
[0047]為了便于計(jì)算，在上述公式中，11取1，得到的多方向Sobel算子如下：

ο
[0049] 同理，針對(duì)舌位后半部分，選用上、后上、后、后下方向