在核磁图像序列中自动提取舌位轮廓的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种在核磁图像序列中自动提取舌位轮廓的方法和系统。其中该方法包括：对于核磁图像序列，在舌位运动区域内，利用多方向Sobel算子得到舌位轮廓初始边缘点；建立舌位边缘点映射矩阵，并结合前一帧舌位轮廓位置，对该映射矩阵进行调整；在调整后的映射矩阵中寻找最优边缘点序列，借助过控制点的二次样条曲线拟合技术得到舌位轮廓。本发明专利技术能够自动从核磁图像序列中较准确地提取出舌位轮廓，其优势在于当舌位与其他发音器官发生接触时，该方法也具有较好的鲁棒性，且整个过程自动完成，无需人工交互。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信息技术行业图像处理
，具体地涉及在核磁图像序列中自动 提取舌位轮廓的方法和系统。
技术介绍
核磁共振成像技术作为一种先进安全的医学观测手段，近几年在医疗、科研、刑侦 等领域得以广泛应用。因核磁图像的正中矢状面能够提供较为完整的说话人声道形状，且 其口腔内部成像效果较X光影像更加清晰，因此该技术常用于声道形状分割，元音发音声道 轮廓研究和发音时舌位运动分析等领域。在以往的研究工作中，研究人员通常需要借助大 量的手工标注完成发音轮廓提取方法的建模。南加州大学的Proctor等提出了一种半自动 的发音器官轮廓提取方法，能够通过少量的手工标注完成发音器官轮廓的提取工作。然而， 该方法所提取的舌位轮廓有时在视觉上出现很明显的误差，尤其在舌位运动过程中接触到 其他器官轮廓的情况下。针对这一情况，一些研究者做了相应的研究工作，但仍需要借助大 量的手工标注或修正。 专利技术人发现：由于核磁图像中存在着大量噪点，成像分辨率较低，且当舌位与其他 发音器官(如上颚、软腭、喉部等)发生接触时，其轮廓边缘变得十分模糊甚至消失，因此，在 核磁图像序列中对舌位轮廓提取工作还面临着很大的挑战。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种在核磁图像序列中自动提取舌位轮廓的方法，以至少部分 地解决了如何无需人工交互以在核磁图像序列中自动提取舌位轮廓的技术问题。此外，还 提供一种在核磁图像序列中自动提取舌位轮廓的系统。 为了实现上述目的，根据一个方面，提供了以下技术方案： -种在核磁图像序列中自动提取舌位轮廓的方法，所述方法至少包括： 在所述核磁图像中，在舌位运动区域内，利用多方向Sobel算子，提取舌位轮廓初 始边缘点； 基于所述舌位轮廓初始边缘点，建立舌位边缘点映射矩阵； 根据所述舌位边缘点映射矩阵，并利用相邻边缘点位置的制约关系，搜索舌位最 优边缘点序列； 将所述舌位最优边缘点序列作为控制点，利用曲线拟合算法得到舌位轮廓。根据另一个方面，还提供了一种在核磁图像序列中自动提取舌位轮廓的系统，所 述系统至少包括： 提取模块，被配置为在所述核磁图像中，在舌位运动区域内，利用多方向Sobel算 子，提取舌位轮廓初始边缘点； 矩阵建立模块，被配置为基于所述舌位轮廓初始边缘点，建立舌位边缘点映射矩 阵；搜索模块，被配置为根据所述舌位边缘点映射矩阵，并利用相邻边缘点位置的制 约关系，搜索舌位最优边缘点序列；曲线拟合模块，被配置为将所述舌位最优边缘点序列作为控制点，利用曲线拟合 算法得到舌位轮廓。 与现有技术相比，上述技术方案至少具有以下有益效果： 本专利技术实施例通过采用多方向Sobel算子在核磁图像中，在舌位运动区域内，提取 舌位轮廓初始边缘点;然后基于舌位轮廓初始边缘点，建立舌位边缘点映射矩阵;根据舌位 边缘点映射矩阵，并利用相邻边缘点位置的制约关系，搜索舌位最优边缘点序列;将舌位最 优边缘点序列作为控制点，利用曲线拟合算法得到舌位轮廓。由此，本专利技术实施例能够自动 从核磁图像序列中较准确地提取出舌位轮廓，而整个过程无需人工交互。【附图说明】 图1为根据一示例性实施例示出的在核磁图像序列中自动提取舌位轮廓的方法的 流程示意图； 图2a为根据一示例性实施例示出的核磁图像正中矢状面舌位运动区域示意图； 图2b为根据一示例性实施例示出的舌位轮廓边缘梯度方向示意图；图3a为根据一示例性实施例示出的舌位轮廓初始边缘点示意图； 图3b为根据一示例性实施例示出的非均匀扇区分配示意图； 图4a为根据一示例性实施例示出的初始舌位边缘点映射矩阵示意图； 图4b为根据一示例性实施例示出的前一帧舌位轮廓边缘点位置示意图； 图4c为根据一示例性实施例示出的调整后的舌位边缘点映射矩阵示意图； 图5a为根据一示例性实施例示出的舌位最优边缘点序列示意图； 图5b为根据一示例性实施例示出的舌位最优边缘点序列在原核磁图像中对应位 置的示意图； 图6a为现有方法的实验结果示意图；图6b为根据一示例性实施例示出的本专利技术实施例方法的实验结果示意图； 图7为根据一示例性实施例示出的在核磁图像序列中自动提取舌位轮廓的系统的 结构示意图。【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。 需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且 在附图中，以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解， 参数无需确切等于相应的值，而是在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。 本专利技术实施例结合传统的图像处理方法，针对核磁图像序列，在发音器官轮廓提 取与跟踪的过程中，利用多方向Sobel联合算子得到舌位轮廓初始边缘点;基于舌位轮廓初 始边缘点，建立舌位边缘点映射矩阵，并结合前一帧舌位轮廓位置，对该映射矩阵进行调 整;在调整后的映射矩阵中寻找最优边缘点序列，借助过控制点的二次样条曲线拟合技术 得到舌位轮廓。 在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种在核磁图像序列中自动提取舌位轮 廓的方法。如图1所示，该方法包括步骤S100至步骤S106。 步骤S100:在核磁图像中，在舌位运动区域内，利用多方向Sobel算子，提取舌位轮 廓初始边缘点。 在该步骤中，多方向Sobel算子，其为离散性差分算子，主要用作边缘检测。具体 地，用来运算图像亮度函数的灰度之近似值。在图像的任何一点使用此算子，将会产生对应 的灰度矢量或是其法矢量。 其中，核磁图像序列优选为核磁图像正中矢状面时续序列。 在实际应用中，可以依据舌位轮廓边缘梯度方向的不同，选用不同的多方向Sobel 算子，得到舌位轮廓初始边缘点。图2a为根据一示例性实施例示出的核磁图像正中矢状面舌位运动区域示意图。图 2b为根据一示例性实施例示出的舌位轮廓边缘梯度方向示意图。在图2b中，由白线分为两 个部分，左半部分即为前半部分，右半部分即为后半部分。针对舌位前半部分，选用上、前 上、前、前下方向的Sobel算子进行边缘检测，将所得到的边缘点作为舌位轮廓初始边缘点。 其中，多方向Sobel算子的得到过程具体为： 设Gf为Sobel梯度算子，初始定义如下：针对上、前上、前、前下这四个方向的梯度，为公平起见，令这四个方向的梯度值相 等(均等于η)，则这四个方向的梯度定义如下：解上面一组多元方程，得到其中一个可行解为：为了便于计算，在上述公式中，11取1，得到的多方向Sobel算子如下： ο 同理，针对舌位后半部分，选用上、后上、后、后下方向当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在核磁图像序列中自动提取舌位轮廓的方法，其特征在于，所述方法至少包括：在所述核磁图像中，在舌位运动区域内，利用多方向Sobel算子，提取舌位轮廓初始边缘点；基于所述舌位轮廓初始边缘点，建立舌位边缘点映射矩阵；根据所述舌位边缘点映射矩阵，并利用相邻边缘点位置的制约关系，搜索舌位最优边缘点序列；将所述舌位最优边缘点序列作为控制点，利用曲线拟合算法得到舌位轮廓。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陶建华，张大伟，杨明浩，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11