【摘要】：皮損分割,即從周圍正常皮膚中檢測(cè)出皮膚病變區(qū)域,是皮膚鏡圖像計(jì)算機(jī)輔助分析中的核心步驟。近年來,基于皮膚色素濃度分布的簡(jiǎn)單皮損分割算法因其復(fù)雜度低、無需學(xué)習(xí)和預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)逐漸受到學(xué)者的廣泛關(guān)注,然而現(xiàn)有算法僅能檢測(cè)出由獨(dú)立黑色素或血色素濃度紊亂導(dǎo)致的簡(jiǎn)單皮損區(qū)域,如雀斑、紅斑等,并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的皮膚鏡圖像的皮損分割。同時(shí),現(xiàn)有色素分離算法極易受到光源的干擾,使得色素濃度估計(jì)結(jié)果不夠準(zhǔn)確和魯棒,從而最終影響到分割算法的性能。因此,這極大限制了該皮損分割算法在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。本文基于色素分離對(duì)皮膚鏡圖像的皮損區(qū)域分割進(jìn)行了分析與研究,論文的主要研究工作如下:(1)提出一種基于光密度空間的中心化圖像log通道差算法(Centering Image-Log-Channel-Difference Algorithm Based on Optical Density Space,CILCD-ODS)。該算法可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)皮膚圖像的色素濃度估計(jì)。首先,建立皮膚圖像與色素濃度之間的關(guān)系模型,并對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化以消除成像光源的干擾。然后,使用獨(dú)立成分分析方法計(jì)算出純色濃度矩陣,同時(shí)提出一種更簡(jiǎn)單高效的純色濃度矩陣的合理性驗(yàn)證方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)純色濃度矩陣的合理性判斷。最后,在此基礎(chǔ)上利用合理純色濃度矩陣完成對(duì)色素濃度的估計(jì),并通過引入色素濃度分布圖實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)果的正確性評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比其他同類算法,本算法效果更好、效率更高且更加光源魯棒。(2)提出一種基于色素濃度分布的皮膚鏡圖像皮損分割算法(Skin Lesion Segmentation Algorithm of Dermoscopy Images Based on Pigment Concentration Distribution,SLSDI-PCD)。該算法無需對(duì)皮膚鏡圖像進(jìn)行任何預(yù)處理,也能檢測(cè)出較準(zhǔn)確的皮損邊緣,實(shí)現(xiàn)對(duì)皮膚鏡圖像的皮損區(qū)域分割。首先,在CILCD-ODS算法的基礎(chǔ)上對(duì)皮膚鏡圖像進(jìn)行色素分離,得到血色素和黑色素的獨(dú)立濃度分布圖。其次,結(jié)合大津閾值法和基于色素濃度均值和標(biāo)準(zhǔn)差的閾值分割方法,檢測(cè)出獨(dú)立色素濃度分布對(duì)應(yīng)的黑色素皮損區(qū)域和血色素皮損區(qū)域。然后,對(duì)這兩者皮損區(qū)域通過集合并集操作進(jìn)行融合,得到更加完整的皮損區(qū)域。最后,采用孤島移除和孔洞填充對(duì)皮損區(qū)域進(jìn)行后處理,以最終獲得更準(zhǔn)確的皮損分割結(jié)果。為了定量評(píng)估算法的性能,本文根據(jù)流行的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算出算法分割結(jié)果的不同評(píng)價(jià)指標(biāo)值。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析,驗(yàn)證了本算法的準(zhǔn)確性和魯棒性。
【圖文】：

圖 2-2 人體皮膚主要光學(xué)過程示意圖要光學(xué)現(xiàn)象皮膚光學(xué)過程圖可知，，當(dāng)入射光線接近正常角度（小于時(shí)，會(huì)有大約 5%的光線在表皮的角質(zhì)層中被反射到皮膚，這是由于皮膚表面的折射系數(shù)與空氣不同所導(dǎo)致[35]。而則通過折射進(jìn)入到表皮層和真皮層，由于這兩層復(fù)雜的種色素，因此光線在進(jìn)入這兩層時(shí)會(huì)發(fā)生多個(gè)光學(xué)現(xiàn)象吸收等過程。中存在大量的黑素細(xì)胞，而黑色素就是由黑素細(xì)胞中的入射光線在穿透入該層時(shí)會(huì)有一些被黑色素所吸收，一入真皮層，還有一些被重新發(fā)射到皮膚表面。眾所周知，其作用是能保護(hù)皮膚抵擋紫外線的輻射。黑色素的濃吸收量，其濃度越大則對(duì)光的吸收越多，這也從另一角越多，人體膚色看起來越黑。a 等[11]假設(shè)皮膚各層對(duì)光的吸收滿足 Lambert-Beer 定律

圖 2-3 皮膚各種色素的消光系數(shù)曲線皮層主要光學(xué)現(xiàn)象與表皮層類似，真皮層中因?yàn)楹醒�，所以也有�?duì)光的散射與吸過程。但是同表皮層中只存在少量的前向散射不同，真皮層中存在的更為復(fù)雜，Jacques 等認(rèn)為真皮層中同時(shí)存有 Mie 散射和 Rayleigh 散射，前者散射是由直徑約為 2.8μm 的圓柱狀膠原纖維導(dǎo)致，而后者散射較小的膠原纖維和其他微小細(xì)胞導(dǎo)致。這兩種散射導(dǎo)致入射光向四周產(chǎn)生了后向散射，也就是使光線重新散射回表皮層，最終回到皮膚表真皮層中血色素對(duì)光的吸收使得血液看起來呈現(xiàn)紅色，血色素的含量膚看起來越紅潤(rùn)，相反則越白皙。在大多數(shù)研究中，真皮層血色素對(duì)同樣假設(shè)滿足 Lambert-Beer 定律。血色素是由含氧和脫氧血色素共同兩種血色素的消光系數(shù)有著細(xì)微的不同[36]，如圖 2-3 所示。兩者在藍(lán)光0-420μm）都有較明顯的吸收高峰，而在紅外波段對(duì)光吸收極少，甚至計(jì)。脫氧血色素在 560μm 附近還存有一個(gè)小的吸收波峰，而含氧血色575μm 波段有型為“M”的吸收曲線。有大量研究工作同時(shí)對(duì)這兩種不
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R751;TP391.41

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本文編號(hào)：2607534