一种基于图像序列的脑电极点的跟踪定位方法

资源类型:pdf 资源大小:615.00KB 文档分类:工业技术 上传者:孟境

相关文档

批量下载下列文档

文档信息

【作者】 梁刚  朱虹  张军  李晗 

【关键词】脑电极诊断 图像序列 自动定位跟踪 动态迭代搜索 

【出版日期】2005-04-01

【摘要】为了对脑电检测诊断中的各脑电极点进行自动定位跟踪,该文提出了一种基于图像序列的自动定位方法,首先在单帧图像中,根据控制点的标识,确定首个基准点,之后根据基准点与局部周围电极之间的相互关系,采用动态迭代搜索方法,获得后续的置信基准点及周围电极点的标识名。实验结果表明,该方法对旋转拍摄时角度的随机变动,以及镜头的仰俯变动均具有很好的适应性,可以准确地给出同一个电极在不同帧中的位置匹配关系。

【刊名】计算机工程与应用

全文阅读

1 引言 现 代医 学以 微 创和 无创 诊 断作 为其 发 展方 向 ,而 计 算 机 技术和 现 代诊 疗技 术 日益 紧密 的 结合 ,使 得现 代 医 学诊 断 过 程 的快速 化 成为 可能 。 在脑 部疾 病 的检 测中 ,通 常 采 用脑 电 测 量 的方 法来 实 现 病 理诊 断犤6,7,9,10犦。 通 过 电极 帽 上 各 个 电 极 的 检 测 信号获 得 对应 点的 脑 电波 信息 ,并 根 据异 常电 极 点 的位 置 对 发 生异变 的 部分 给出 定 位诊 断犤1,2,4犦。为 此,获得 各个 脑 电极 点的 准 确位 置 犤5,8犦 ,即 电 极 三 维 坐 标 是 进 行 脑 电 极 点 自 动 诊 断 定 位 的 关键 环 节 之 一犤11犦。基 于 照 相 机 参 数 标 定 的 方 法 是 一 类 常 用 的 方法犤3,12犦 ,但 是 由 于 在 此 系 统 中 ,允 许 拍 摄 参 数 有 一 定 的 随 机 变动,经典 的 参数 标定 方 法很 难对 随 机变 动具 有 强 的鲁 棒 性 。 为了 达 到 识 别 的 准 确 性 ,论 文 使 用 一 个 图 像 序 列 ,通 过 局 部 电 极点相 互 关系 的动 态 搜索 ,自 动给 出 在不 同帧 的 图 像中 相 同 电 极点的 匹 配关 系,通过 这 个匹 配关 系 得到 脑电 极 点 在三 维 空 间 上的 位 置 信 息 ,由 此 来 提 高 对 拍 摄 图 像 时 旋 转 角 度 ,以 及 仰 俯 角度差 异 的鲁 棒性 。2 脑电极检测点的分布结构与标识方法2.1 脑电极点的分布结构 如 图 1(a)所 示 ,脑 电 极 帽 电 极 点 的 标 识 名 根 据 所 分 区 域的 不 同 分 别 标 识 为 A1~A32B1~B32,C1~C32,D1~D32及 两 个 ,参 考点 CM S、DRL。 图 1(b)是 脑电 极 帽 的 三 维 实 际 拍 摄 图 像 ,在 三 维图 像上 ,显 然电 极 的分 布情 况 已经 与 原来 的 平 面 分布 有很 大 的 差 异。 因 此 ,无 法 根 据图 1(a) 的 分 布规 律 直 接 确 定 出 三维 电 极帽 上每 个 电极 点的 标 识与 坐标 的 对应 关系 。为了 解 决这个 问 题, 并且 脱 离相 机参 数 标定 的烦 琐 与不 确 定 性的 干 扰 ,该文 采 用了 对检 测 者旋 转一 周 拍摄 32帧图 像 ,在 每 帧 图 像中 识别 出 其中 畸变 小 的那 部分 电 极点 坐标 所 对应 标 识 名,通 过相 同脑 电 极点 在不 同 图像 中的 坐 标位 置,即可 得 到电 极 点 的 三维 坐标 。 因为 在拍 摄 这 32帧 图像 时,镜头 的 变化 有 一 定的 随 机 性 ,因 此 导 致 电 极 点 识 别 以 及 在 不 同 帧 中 匹 配 时 无 法 按 照 确 定 的规 律 进行 处理 。 针对 这一 问 题,该 文 首先 对 已经 获 得 的 电极 点(另文 论述 )中 畸 变小 的那 部 分电 极点 的 标识 名 进 行识 别 ,获 得相 应 标识 名的 坐 标。 对每 帧 图像 均做 相 应的 操 作 ,最 终 获得 所有 检 测到 的脑 电 极点 在不 同 帧中 的坐 标 。2.2 脑电极关系型查找表的建立 虽 然 如 图 1(a)所 示 ,该 系 统 预 先 已 经 给 出 了 电 极 点 的 全局 分 布规 律,但是 因为 在 每帧 视野 中 的脑 电 极点 的 三 维 分布 则由 于 镜头 的不 完 全一 致性 ,导 致了 全 局分 布的 不 一 致 ,因 此 ,文章 通 过 局 部 电 极 关 系 型 查 找 表 的 建 立 来 获 得 基 准 电 极 点 与 周围 电 极点 的相 互 关系 。 如图 2所 示 ,所谓 的 基准 电极 点 就是 可 根据 控 制 点 信息 或者 是 根据 前面 已 经识 别出 的 电极 点的 信 息识 别 出 其标 识 名 的 ,位 于 视野 中心 位 置上 电极 点 。如 图 2中 标识 为 0号 的就 是 一个 CM S:参 考 CMS DRL D RL:地 (a)全 部 电 极 分 布 示 意 图 (b)脑 电 极 帽 实 际 拍 摄 图 (c)脑 电 极 区 域 图 1 脑 电 极 总 体 分 布 图 和 实 拍 图 像基准 电 极点 。虽然 电极 点 在三 维空 间 上的 坐标 会 因检 测者 不 同 获得 的基 准 电极 点在 图 3中 以箭 头 标识 出。对 于后 续 帧中而改 变 ,但 是电 极点 之 间的 相互 关 系是 不发 生 变化 的。据 此,如 的 基 准 点 ,可 以 根 据 与 某 个 控 制 点 的 对 应 关 系 ,或 者 根 据 在 前图 2所 示,将一 帧图 像 分割 为上 部 ,中部 和 下部 3个 区 域,上部 一 帧 中 已 经 获 得 标 识 名 的 电 极 点 为 参 照 点 用 相 似 的 方 法 来 确区是 电 极帽 的头 顶 部分 ,在 图 像序 列中 是 旋转 最 大 的部 分 ,对 定 。这一 部 分建 立固 定 的查 找表 是 毫无 意义 的 ,因 此 对这 一 部 分 点 3.2 基准电极点置信区间不建 立 固定 的查 找 表。在中 部区 域 的基 准电 极 点则 存在 一 周 8 因为 电极 帽 带到 头上 之 后,在 单 帧图 像的 视 野中 只有 部 分个邻 近 点,对这 个区 域 建立 8点 关系 查 找表 。如图 2所 示 ,当 获 电 极 点 的 畸 变 较 小 ,为 了 保 证 电 极 点 识 别 的 准 确 性 ,根 据 帽 子得 0号 电 极 点 的 标 识 名 的 坐 标 值 后 ,对 1~8号 电 极 点 ,根 据 其 结 构 ,在 确 定 电 极 点 的 标 识 名 时 ,为 了 保 证 所 有 周 围 点 在 搜 索坐标 及 与基 准电 极 点 0号的 关 系,根据 关系 表 即 可获 得 其 标 识 时 均 为 非 畸 变 点 ,或 小 畸 变 点 ,该 文 对 基 准 电 极 点 设 置 了 置 信名。 在 下部 区域 中 的基 准电 极 点则 因为 接 近帽 子 的 边缘 ,所 以 区 间 。如 图 4所 示,两条 红 色虚 线之 间 所夹 的部 分 为置 信区 间 ,因 无 法 围 成 一 个 圆 周 而 只 有 小 于 8个 的 邻 近 点 , 为 了 统 一 起 这 部 分的 脑电 极 点的 周围 点 的坐 标变 形 较少 ,搜 索 的 成 功率 和见,这里 建 立一 个 4点 的关 系查 找 表。 正 确 率较 高。 获 得置 信区 间 的方 法是 ,对 所 有检 测 到 的 脑电 极 点 按 照横 坐标 从 小到 大进 行 排序 ,取 落在 中 间 1/3区 间 内的 电 极 点 为置 信区 间 内的 基准 电 极点 。 图 2 脑 电 极 查 找 表 建 立 分 布 区 域 图 4 置 信 区 间 示 意 图3 单帧图像中的电极点标识名的识别3.1 基于控制点的首个基准电极点的确定 3.3 电极点标识名的迭代搜索方法 如 图 3所 示 ,是 第 一 帧 脑 电 极 图 ,图 中 脑 电 极 帽 正 对 的 控 电极 点标 识 名的 迭代 搜 索方 法的 设 计思 想 是 ,在 获 得首 个制点 是 1号 控制 点 ,标 杆上 下部 都 为黄 色,根据 这 一 特征 ,在 前 基 准 点之 后,根据 查找 表 可以 对识 别 为基 准 点周 围 的 电 极点 进期 预 处 理 中 得 到 其 坐 标 为 C1(x,y),利 用 最 小 欧 式 距 离 找 到 距 行 标 识名 的识 别 。之 后对 已 经识 别出 的 电极 点 中 ,将 落 在置 信离其 最 近的 电极 点 如下 : 区 间 内 的 点 标 识 为 已 知 基 准 点 ,在 后 面 的 迭 代 过 程 中 ,不 断 地 (1) A =m in ‖A (x,y)-C1(x,y)‖ (1) 应 用 这些 基准 点 进行 周围 点 的识 别,直到 置 信区 间 内 的 所有 基 i 1 i N 准 点 全部 搜索 完 之后 ,结 束迭 代过 程 。算 法的 具 体步 骤如 下 。 1 其 中,N1为 第一 帧 图像 中检 测 到的 所有 脑 电极 点的 个 数, (1)初 始化 :设 k0为 从 关系 表 中 查 找到 该 基 准 点 周 围 应 该( )1A 为 该图 像中 的 脑电 极点 。根 据 脑电 极帽 上 的电 极排 列 规则 ,i 具 有 的电 极点 个 数,令 k=k0。得: (2)确 定 搜索 范 围 :求 出 所 有电 极 点 到 该点 的 距 离 Si,并 将 A =A1 (2) 其 进 行排 序,使 Si<Sj(i<j) (3) 考虑 到电 极 点在 三维 空 间上 的畸 变 性,求出 该 基 准 点的 基 准 距 离为 S^ =Sk+3 (4) 给 出 基准 距离 之 后,确 定 出满 足 Si S的 k+3个 电极 点 。下 ^ 面 就 需要 对这 些 点进 行真 伪 识别 。因 为 在前 面 的 设计 中 知 道 ,

1 2

问答

我要提问