水平集方法

摘要： 由于采用高斯和瑞利分布描述超声图像均存在较大偏差,且分割过程缺乏超声图像边缘信息引导,致使其相应的局部高斯分布拟合(LGDF)模型和局部瑞利分布拟合(LRDF)模型对超声图像分割性能不理想。针对上述问题,提出了一种边缘熵加权的局部Fisher-Tippett(FT)分布拟合模型。该模型根据超声图像中目标和背景在局部区域满足不同的FT分布,利用最大后验概率(MAP)准则导出超声图像分割的最小化能量函数。该能量函数的求解采用水平集方法,且通过在长度正则化项中引入边缘熵构造加权函数,引导活动轮廓更好地捕获分割目标的弱边缘。通过大量真实超声图像实验验证了提出模型在局部FT分布拟合和边缘熵引入2方面的改进均能有效提升分割性能,且在定性和定量对比评价上均优于现有的多种超声图像分割方法。

摘要： 通过ANSYS对AGV小车建立三维模型,初步设计简化的底盘结构,对其进行静力学分析,得到底盘vonMises应力分布和变形的状况。在施加相同约束条件和载荷下,分别采用变密度法和水平集法对结构进行拓扑优化分析,以保留质量的30%为优化目标,得到底盘的拓扑结构模型。根据优化结果简化修复三维模型并以相同的约束条件进行静力学分析。结果表明,2个新模型结构都满足承载及刚度设计要求,实现AGV小车轻量化,减少材料消耗。

摘要： 针对基于深度学习的心脏MRI图像左心室分割网络仅使用简单的阈值法对输出的概率图进行二值化,使得分割的结果边缘模糊的问题,提出了一种改进的基于双水平集的后处理算法。在使用传统水平集方法对左心室内外膜进行分割时,存在水平集函数演化不稳定、边缘分割精度低和分割效率低等问题。提出新的距离规则化函数对水平集的能量函数进行改进,新的距离规则化函数可以更好地约束边缘正则性,能够很好地弥补深度网络输出结果当中的缺陷,并使用双水平集,即0水平集函数和k水平集函数分别向左心室内外膜演化。利用多伦多市儿童病医院影像科提供的数据集,用上述算法对基于深度网络的心脏MRI图像左心室分割结果进行后处理,实验结果表明,左心室内膜和外膜分割的Dice相似系数分别为0.9338和0.9587。对比其他分割模型,分割精度获得了明显提高。

摘要： 水平集方法将可达集表示为Hamilton-Jacobi方程解的零水平集,保存多个不同时间范围的可达集则需要保存Hamilton-Jacobi方程在多个时刻的解,这不仅需要消耗大量的存储空间还为控制律的设计造成了困难.针对这些局限性,提出了一种改进的基于Hamilton-Jacobi方程的可达集表示方法.该方法在Hamilton-Jacobi方程中加入了一项运行成本函数,可以用同一个时刻的解的多个非零水平集表示多个不同时间范围的可达集,极大地节省了存储空间并为控制律的设计提供了便利.为了求解所构造的带有运行成本函数的Hamilton-Jacobi方程,采用了一种基于递归和插值的方法.最后,通过一些数值算例验证了所提出的方法的精确性、在存储空间方面的优越性以及设计的控制律的有效性.

摘要： 以某款压电阵列式喷头为研究对象,喷射液体材料选用呋喃树脂,研究微滴喷射中喷嘴间距对微滴喷射轨迹的影响规律。采用守恒水平集方法建立了微滴喷射多喷嘴的仿真模型,通过实验和仿真相结合的方法分析了实验驱动电压和仿真入口压强的关系,通过拟合公式法得出二者拟合关系式。数值模拟结果表明,在该阵列式喷头的喷射过程中,相邻液滴有相互靠近的趋势。喷嘴间距和液滴实际喷射轨迹与理想喷射轨迹之间偏移的距离阈值存在一定的线性关系。当喷嘴间距小于距离阈值时,液滴实际喷射轨迹几乎不受影响;而当喷嘴间距大于距离阈值时,液滴实际喷射轨迹会偏离理想喷射轨迹。

摘要： 页岩油在多孔介质孔隙尺度内流动过程复杂。基于水平集方法和N-S控制方程,建立页岩油多孔介质孔隙尺度运移模型,模拟页岩油多孔介质尺度多次运移过程,分析页岩油在多孔介质中的运移残留规律,以及孔隙尺度下初始运移速度、密度和动力黏度对页岩油运移周期的影响。结果表明:页岩油初次运移时优先从大通道突破并形成优势流动通道;初次运移后滞留残余气逐渐形成顽固残余油;随运移次数的增加,多孔介质中残余油增多,页岩油运移周期变短;页岩油初始运移速度对残余油体积分数影响较大,页岩油密度和动力黏度对残余油体积分数影响较弱。该结果为研究页岩油孔隙尺度运移特征提供参考。

摘要： 在自然界中,85%鱼类利用身体和尾鳍的往复摆动,在高雷诺数的非定常流体环境中获得快速高效和高机动性的游动性能,而鱼类游动的数值模拟通常具有几何外形复杂和边界运动等难点。本文利用水平集方法(level-setmethod)描述鱼类复杂的几何外形,并将水平集方法和浸入边界法(immersedboundarymethod)相结合模拟柔性鱼体与流体间的相互作用力,研究鳗鲡科鱼类摆动曲线参数以及流体雷诺数对游动性能的影响。结果表明:鳗鲡科鱼类可通过增大摆动幅值来获得快速游动速度,但功率消耗会明显增大;同时会选择合适的鱼体波波数来获得最优游动性能。上述研究结论与鱼类在自然界中的实验观测相吻合。最后,通过设置不同的鱼类外形和鱼类的摆动曲线,发现鱼类游动性能依赖于鱼体外形和鱼体波参数的合理匹配,该研究为鱼类在自然界的优化选择提供了理论解释。

摘要： 为从具有复杂拓扑关系的颅骨点云数据中重建精确、光滑的隐式曲面,提出了基于Euler’s Elastica的变分水平集方法.首先,将Euler’s Elastica作为正则化约束引入变分能量泛函,采用增广拉格朗日方法将变分能量泛函最小化问题转化为一系列子问题;其次,分别采用广义软阈值公式、解析公式和快速傅里叶变换求解;最后,在计算过程中采用投影算法,有效地避免了水平集函数的重新初始化过程.实验结果表明,相较于现有方法,所提基于Euler’s Elastica的变分水平集方法具有更好的收敛性和有效性,能够提高重建的精确性,避免曲面边缘的缺失.

摘要： 针对下游带有障碍物的溃坝流动问题,本文基于两相流动模型,在有限元算法框架下对其进行数值模拟研究。依据水平集(Level Set)方法追踪运动界面,并引入了一个简单的修正技术,保证较好的质量守恒性。为了精确表示运动界面,采用稳定和有效的间断有限元方法求解双曲型Level Set及其重新初始化方程。对于两相统一Navier-Stokes方程,首先利用分裂格式对其解耦,然后通过SUPG(Streamline Upwind Petrov Galerkin)方法进行数值求解。模拟研究了下游带有障碍物的牛顿流体溃坝流动问题,得到的数值结果与文献已有模拟结果及实验结果均吻合较好。此外,还考虑了幂律型非牛顿流体,并分析了不同特性非牛顿流体对于溃坝流动过程和界面形态等的影响。

摘要： 实现对微液滴大小的精确操控具有重要意义,而喷射脉冲间隔对液滴体积有重要影响.首先,通过水平集方法建立微液滴喷射过程的数学模型.其次,使用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics对微液滴喷射过程进行数值模拟.分析微液滴喷射过程,并拟合数据得到液滴最终体积与脉冲间隔关系为正相关.该结果有利于实现对液滴体积的精确操控.

摘要： 本文采用水平集方法进行了多工况条件下Stokes 流动问题的拓扑优化,研究了进出口边界变化对流体拓扑优化结果的影响.在拓扑优化过程中,采用无需样条参数化的重新网格划分方法来实现物理场和水平集类方程交替求解.以最小能量耗散为目标,通过对三工况条件下流动通道的拓扑优化设计,表明多工况条件下的流动拓扑优化比单工况条件下获得的拓扑优化设计结果更为合理.当作用时间系数不同时,多工况流动条件下的最优设计与作用时间系数最大的单工况拓扑优化设计结果相似.

摘要： 并联机构具有输出精度高、操作刚度大以及逆运动学求解简单等优势,因此,受到越来越广泛的关注,并在半导体制造,MEMS系统以及微创手术等相关领域中开始使用.然而,此类应用对于并联机构的操作精度具有很高的要求,因此建立一种快速、准确以及高效的误差分析算法对于并联机构的精度分析具有重要意义.本文基于并联机构工作空间和关节空间之间的映射关系,借鉴水平集方法的基本思想,提出了基于输出误差曲面边界推进的并联机构误差分析方法.根据输入误差曲面相对于输入误差边界的广义距离定义输出误差曲面的法向推进速度场,可以提高误差曲面的推进效率和搜索稳定性.采用逆运动学原理完成并联机构的输出误差分析,因此该方法具有模型简单、计算量小等优点,同时,对处于奇异位形的并联机构仍然有效.

摘要： 本文针对计算二相流中有表面活性剂的移动接触线的问题，从控制方程、数值方法、数值例子方面阐述了水平集方法。数值模拟显示了其有效性。

摘要： 将改进的水平集方法与灵敏度分析方法相结合，发展了一种研究Navier-Stokes 方程拓扑优化的新方法。在拓扑优化过程中，引入无需样条参数化的网格重新划分方法，实现状态方程和共轭方程的联合求解。最后，通过对低雷诺数条件下Navier-Stokes 翼型优化问题的研究，表明该方法具有良好的全局性，并能有效节约优化问题的计算工作量。

摘要： 针对RTM工艺过程中的反应性树脂体系的黏度不断变化的特点,对一维预制件中的反应性流体流动行为进行数值分析,编写了基于水平集方法的流动模拟程序.通过计算值和实际测量的流体流动前沿的比较可见,用水平集方法所编写的模拟程序能很好地预测充模时间、各个时刻树脂的流动前沿位置、模腔中的压力分布情况.这对于优化成型工艺参数、控制残余应力以及提高产品质量具有重要的指导意义.

摘要： 本文提出了改进的孔洞增长模型，并将其应用于球形弹丸超高速撞击金属靶板引起的层裂问题中，撞击速度为6 km/s。数值模拟由我们新近开发的欧拉型数值程序实现，改进的CE/SE格式求解控制方程，粒子水平集方法追踪物质界面，其中包括裂纹的起裂与扩展。修正了断裂面的边界技术，使其具有更好的稳定性。在应力修正算法中加入了材料的粘性效应。使用数值手段给出了应力波的传播、大变形以及裂纹扩展过程等实验难以观察到的现象，并详细分析了层裂的演化过程及其机理，数值结果与实验结果定性地吻合。

摘要： 水平集方法解决了传统活动轮廓方法难以适复杂的图像边缘拓扑变化问题。GPU技术为图像并行化处理提供了高效的图像处理机制，通过将图像处理过程中可并行化处理的部分移植到GPU平台上进行处理，能够大幅度地减少图像处理的时间。本文对影响水平集演化的一个重要索-距离变换函数进行了研究，选择了高效、准确的距离变换算法，并利用CUDA构架实现了水平集函数更新计算部分的并行化，解决了水平集实时性差的问题。通过对复杂肝脏图像的分割实验，验证了本文算法的有效性。

摘要： 当用连续的符号距离函数的零水平集表达曲面时，其Heaviside函数给出了隐式曲面的二值图像等价表达，从而可将图像噪声去除的变分模型推广到曲面几何噪声去除。本文基于图像噪声去除的非局部均值方法提出了隐式曲面几何噪声去除的非局部均值变分模型，并设计了相应的Split Bregman算法，其能量泛函基于非局部均值TV(Total Variation)模型NLTV(Non-Local TV)，并增加了使水平集函数保持为符号距离函数的惩罚项。文末对多个含几何噪声的曲面实验表明该模型能在噪声去除的同时，有效地保持曲面几何特征，并具有较高的计算效率。

摘要： 当用连续的符号距离函数的零水平集表达曲面时，其Heaviside函数给出了隐式曲面的二值图像等价表达，从而可将图像噪声去除的变分模型推广到曲面几何噪声去除。本文基于图像噪声去除的非局部均值方法提出了隐式曲面几何噪声去除的非局部均值变分模型，并设计了相应的Split Bregman算法，其能量泛函基于非局部均值TV(Total Variation)模型NLTV(Non-Local TV)，并增加了使水平集函数保持为符号距离函数的惩罚项。文末对多个含几何噪声的曲面实验表明该模型能在噪声去除的同时，有效地保持曲面几何特征，并具有较高的计算效率。

摘要： 当用连续的符号距离函数的零水平集表达曲面时，其Heaviside函数给出了隐式曲面的二值图像等价表达，从而可将图像噪声去除的变分模型推广到曲面几何噪声去除。本文基于图像噪声去除的非局部均值方法提出了隐式曲面几何噪声去除的非局部均值变分模型，并设计了相应的Split Bregman算法，其能量泛函基于非局部均值TV(Total Variation)模型NLTV(Non-Local TV)，并增加了使水平集函数保持为符号距离函数的惩罚项。文末对多个含几何噪声的曲面实验表明该模型能在噪声去除的同时，有效地保持曲面几何特征，并具有较高的计算效率。

摘要： 距离正则水平集与卷积神经网络的水平集掩膜优化方法，为了解决掩模版在先进工艺下的优化问题，选取深度水平集掩膜数据集以及对应的掩膜标签作为训练神经网络模型的样本数据集，挑选该样本数据集中的一组图片和对应标签，同时做随机的旋转、缩放、平移和裁剪处理，并重新调整图像顺序将其合成两份三维数据包：一份存深度水平集合数据，一份存对应的标签，效果是实现了卷积神经网络和水平集的联合分割效果。

摘要： 本发明采用神经网络对舌象图片进行预处理，具有好的自适应与鲁棒性；舌象图片被分割成150*150*3像素子图块，只标注各子图块是否包含舌头区域。本发明的神经网络结构简单，仅包含卷积核个数为10、10、1的3个卷积层、2个池化层、2个全连接层(包含300，100个神经元)、输出层；本发明可应用于包括智能手机的各种智能终端，摆脱了硬件计算能力的限制，使舌象定位的适用范围获得了极大的扩展。个人用户可以用个人的智能手机、IPAD、平板等便携智能终端完成舌象的定位处理，不再需要把舌象照片上传到处理中心，使得分布式舌象采集/处理/分析系统的设计更加灵活，资源利用率也得到显著提升。

摘要： 本发明涉及一种基于参数化水平集方法的流体管道拓扑优化设计方法，属于流体管道拓扑优化设计领域。解决传统基于材料分布模型的流体管道拓扑优化方法无法直接准确获取管道边界信息，且设计变量较多的技术问题。所述方法是使用径向基函数对初始水平集函数进行插值，得到的插值系数则为优化问题的设计变量。再利用Heaviside函数将经插值得到的水平集函数映射成设计区域各个有限单元上的间接设计变量，从而将水平集模型转化为了材料分布模型，然后以流量驱动流通过设计区域的耗散能最小作为目标，以流体管道体积作为约束进行设计。该方法能够有效地减少设计变量的个数，且同时提供更加精确的管道边界描述。

摘要： 本发明公开了一种基于水平集方法和空间分析算法的无人机可见光影像半自动分割树冠的方法，基于无人机摄影测量技术获取的成果提取树顶点平面位置，利用泰森多边形、外接矩形等算法结合林分参数获得树冠范围矩形切分出每株立木的树冠范围影像，利用各向异性扩散滤波算法滤波后通过水平集方法演化出树冠边界曲线。再利用空间分析算法的拓扑构面、空间查询等方法提取和判断是否需要人工编辑。本发明在提供一种在自动分割与手工分割之间能够自动判断是否需要人工介入的机制，有效缓解了天然混交林无人机森林可见光影像树冠自动提取难度大、无法保证精度，采用全手工分割时工作量大、效率低的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于图像均值漂移和水平集方法的图像分割方法，包括：接收外部输入的列车的原始图像；从所述列车的原始图像中切割出包含线缆的局部图像；计算所述局部图像的灰度直方图，根据计算得到的灰度直方图调整所述局部图像的色阶，得到边界一次增强后的局部图像；采用图像均值漂移算法对所述边界一次增强后的局部图像的边缘进行增强，得到边界二次增强后的局部图像；基于水平集方法对所述边界二次增强后的局部图像进行分割，得到线缆轮廓。本发明能够在水平集之前引入图像增强的方法，分阶段的对图像的梯度进行有效强化，最终使得水平集方法能够完美的将图像中的物体分割出来，有效的降低了检测动车线缆的故障的难度。

摘要： 本发明涉及医学图像分割技术领域，具体是一种基于深度学习和水平集方法的医学图像分割方法，所述基于深度学习和水平集方法的医学图像分割方法，包括结合深度学习建立新的能量泛函，使用Bregman方法极小化能量泛函，对输入图像进行分割处理，输出分割结果，该基于深度学习和水平集方法的医学图像分割方法结合深度学习建立新的能量泛函，能够快速、高效的分割医学图像，使用Bregman方法极小化能量泛函，使医学图像分割的时间和准确性都明显优于现有的算法。

摘要： 本发明公开了一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法，包括以下步骤：1)设置裂纹近场初始分析区域；2)获得裂纹扩展轨迹的坐标位置；3)计算裂纹扩展轨迹的水平集函数；4)更新分析区域；5)重复步骤2－4，根据裂纹的扩展信息不断更新分析区域，从而完成裂纹近场分析区域自适应；对于元件及结构件在裂纹扩展情况下快速实现裂纹近场变形分析区域的确定，该方法能够避免人工手动确定裂纹近场分析区域，有效避免试验人员在实施过程中引入误差，提高裂纹近场变形分析区域的准确性和可靠性；其次分析效率高，可以快速完成裂纹近场分析区域的更新；最后能够降低人力成本，实现裂纹近场变形分析区域的自动化，提高损伤容限试验技术。

摘要： 本发明公开了一种卡方变换结合水平集方法的多时相遥感影像变化检测方法，本发明首先计算多时相高分辨率影像的多时相差异影像，在此基础上，根据迭代法计算CST值及估计非变化区域的均值矢量和方差矩阵，得到的变化检测结果再作为水平集(Level Set，LS)方法的输入，最终获取嵌入空间信息的变化检测结果。本发明测量精度高，变化检测的结果更加可靠，也更加具有稳健性。

摘要： 本发明涉及一种基于参数化水平集方法的流体管道拓扑优化设计方法，属于流体管道拓扑优化设计领域。解决传统基于材料分布模型的流体管道拓扑优化方法无法直接准确获取管道边界信息，且设计变量较多的技术问题。所述方法是使用径向基函数对初始水平集函数进行插值，得到的插值系数则为优化问题的设计变量。再利用Heaviside函数将经插值得到的水平集函数映射成设计区域各个有限单元上的间接设计变量，从而将水平集模型转化为了材料分布模型，然后以流量驱动流通过设计区域的耗散能最小作为目标，以流体管道体积作为约束进行设计。该方法能够有效地减少设计变量的个数，且同时提供更加精确的管道边界描述。

摘要： 本发明适用于医学图形处理领域，提供了一种基于水平集方法的三维肝脏肿瘤半自动分割方法，包括以下步骤：通过交互式方式完成CT图像中肝脏肿瘤的ROI选择；对所述ROI进行滤波处理以去除噪声；采用水平集方法对所述ROI区域中的所述的肝脏肿瘤进行三维分割；对三维分割结果进行优化处理。