1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 北京华科创智健康科技股份有限公司，北京 100195
针对超声图像边缘较弱且不连续、图像灰度分布不均的特点，提出一种基于多方向、多频率的Gabor滤波融合多尺度水平集的边缘提取算法。将超声图像成像的不连续性看作随机方向的纹理，利用Gabor滤波的方向性进行不同角度的滤波，通过最大值融合多图像，得到待分割区域和背景之间的差异且最大程度地保留原图像信息的中间图像。同时，使用多中心频率的Gabor滤波核以满足超声图像复杂的频率分布特性，并通过均值融合的方式减弱噪声的影响。再针对融合图像边缘较弱且灰度变化不均的缺陷，改进传统的局部聚类水平集方法，采用不同方差大小的高斯卷积核来适应图像不同部分的灰度变化情况，通过均值融合构造多尺度能量函数。通过在增强图像上迭代改进后的多尺度水平集函数，获取最终边缘。为验证算法的有效性，对胃部超声图像进行测试，分割结果的相关性系数和敏感性系数分别达到了0.856和0.910，相比传统局部强度聚类水平集方法分别提升了20.7%和5%。实验结果表明，该算法可以显著提高超声图像边缘提取的连续性和准确性，有效降低因超声图像灰度不均和边缘较弱造成的过分割现象。
超声图像分割 边缘提取 Gabor滤波 水平集方法 ultrasound image segmentation edge extraction Gabor filter level set method
1 中国科学院上海技术物理研究所 中科院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室, 上海 200083
用水平集方法建立了碲镉汞的离子束刻蚀轮廓的数值模型, 模型的输入参数包括掩膜厚度、掩膜侧壁倾角、掩膜沟槽宽度、离子束散角、刻蚀速度等参数.对碲镉汞的刻蚀轮廓和刻蚀速度减缓现象进行了模拟和实验验证, 结果表明, 在沟槽宽度为4～10 μm的范围内, 计算得到的刻蚀深度和SEM测量结果相差6～20%.对掩膜的轮廓演变进行了模拟, 给出了一个优化设计掩膜厚度来提高深宽比的实例.
碲镉汞 离子束 刻蚀轮廓 水平集方法 刻蚀速度减缓 深宽比 HgCdTe ion beam etching profile the level set method etch lag aspect ratio
针对传统的红外海面目标检测方法所存在的缺陷，即很难准确的捕获模糊目标区的外部轮廓，提出了一种基于快速杂交拟合能量模型的红外海面目标检测方法。该方法有效的融合了小波多尺度分解、海天线提取、多级滤波及杂交拟合能量模型。在将图像数据牵引至杂交拟合能量模型所对应的演化过程之前，经历了局部子带内的多级多带宽的滤波处理，最后将子图内的检测结果映射到原始的图像数据上。定量地评价了所提算法在信杂比增益、背景抑制因子及检测概率等指标上的性能。实验结果表明，相比传统的目标检测算法，该方法获得了更高的检测概率。
杂交拟合能量模型 水平集方法 红外成像 海面目标 检测概率 hybrid fitted energy model level set method infrared imaging sea surface target detection probability
1 南京理工大学理学院， 江苏 南京 210094
2 周口师范学院机械与电气工程学院， 河南 周口 466001
Ti6Al4V合金在毫秒激光打孔过程中，沿孔壁会形成严重影响成品性能的重铸层。考虑熔体受到的热学和力学等方面的影响，基于修改的流体力学方程和改进的水平集法，建立了激光打孔的固/液/气三相二维数值计算模型，在单脉冲能量为3 J的条件下,对不同脉宽参数的激光打孔进行数值研究。运用后处理技术提取了打孔过程中重铸层的温度场、流场和厚度分布情况。结果表明，蒸发和喷溅是熔体排除的主要方式，重铸层是在热-力耦合作用下形成的。重铸层的厚度随激光脉宽的增大而增加，并呈现从孔口到孔底逐渐变薄的特征。
激光技术 激光打孔 重铸层 水平集法 Ti6Al4V合金 毫秒激光
1 93501部队17分队,北京100061
2 电子科技大学航空航天学院,四川 成都611731
3 空军第一航空学院航空弹药教研室,河南 信阳464000
针对传统红外目标检测与识别方法所存在 的问题,即其处理过程总是盲目地对全图进行耗时搜索,提出了一 种基于视觉注意机制和水平集方法的红外海面目标检测与识别方 法。首先,搜索原始图像中的显著性区域,并以获胜点的形式 表示它们。接着,基于所得到的显著性区域,自动初始化水平集函 数,并使演化过程朝着期望的目标轮廓方向挺进,直至演化过程到 达最终的平衡状态。最后,针对远距离(近距离)成像时的输入数 据,给出检测结果(基于不变矩和神经网络框架的识别结果)。对 真实红外海面目标进行的实验证实了本文方法的有效性。
视觉注意 水平集方法 红外成像 海面目标 检测 识别 visual attention level set method infrared imaging sea surface target detection recognition
从遥感图像中提取感兴趣的目标是遥感和地学领域的一个重要任务.先前的研究主要集中于目标提取的精度，而很少关注目标提取的效率.因此，作者提出一个基于偏微分方程的框架来进行半自动多类目标提取.首先，作者对水平集方法，非线性扩散，以及活动轮廓之间的数学关系进行了深入的探究.从探究的结果作者发现基于边缘和基于区域的偏微分方程在目标提取中同等重要，因此作者把它们概括成一个统一的框架.接着，为了使计算更加高效，作者用尺度空间滤波替换传统的曲率归一项.最后，作者通过一系列实验证明了该方法的有效性.
活动轮廓 建筑物提取 水平集方法 目标提取 偏微分方程 非线性扩散 道路提取 active contour building extraction level set method object extraction partial differential equation nonlinear diffusion road extraction
1 湖南大学 汽车车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
2 湖南大学 激光智能制造技术研究中心, 湖南 长沙 410082
采用Level-set方法模拟了激光深熔焊接过程中光致等离子体的动态形成过程, 研究了等离子体形态、温度、孔内压强、气体流速等行为特征。结果表明: 在2.2 ms时刻等离子体的最高温度达到4 300 K,孔内的最大压强为4×105 Pa, 等离子体在小孔径向的最大流速为60 m/s, 最大流速位于等离子体中心处且接近孔底的位置, 且等离子体沿小孔轴线方向与径向方向的流速下降。考虑等离子体对激光能量吸收比未考虑等离子体对激光能量吸收时孔内功率密度降低了12.5%。研究结果将为激光深熔焊接过程中等离子体的机理研究和模拟研究提供理论依据。
激光深熔焊接 光致等离子体 Level-set方法 deep penetration laser welding plasma Level-set method
1 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082
2 湖南大学 激光研究所, 长沙 410082
为了准确模拟焊接过程中小孔的瞬态形成过程,采用水平集法追踪小孔气/液界面,运用混合理论处理固/液相变,建立了气、液、固三相耦合模型。该模型综合考虑了表面张力、浮力、反冲压力、固/液间摩擦力、潜热、对流以及辐射等影响因素,数值计算得到小孔演变的动态过程和孔内外金属蒸汽行为。模拟发现,小孔形貌瞬态变化,前后壁凹凸变形,逐渐趋于稳定,孔径约为1mm;金属蒸汽与小孔相互影响,最大蒸汽速率为5.3m/s。采用改进的“三明治”方法进行激光焊接实验验证,实验结果与模拟结果相吻合。结果表明,水平集法追踪小孔自由界面在激光深熔焊模拟中具有良好的适用性。这为小孔的研究提供了理论依据。
激光技术 瞬态小孔 水平集法 数值模拟 laser technique transient keyhole level set method numerical simulation
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033
目前基于水平集的图像分割方法很难给出基于全局极值的算法终止条件，而大多采用事先设定迭代次数的方法。本文提出了一种改进的Chan-Vese模型，通过添加水平集函数约束项，使得新模型抑制了水平集函数的取值范围，最终收敛至全局极值，并以此作为算法终止条件，无需事先设定迭代次数。实验结果表明，新模型在其终止条件下，分割结果正确，与传统Chan-Vese模型相比，新模型的收敛速度快3~6倍，且通用性更强。
图像分割 Chan-Vese模型 水平集方法 image segmentation Chan-Vese model level set method
