三维图像特征提取及其应用

3D image analysis is widely used in neuroimage (i.e., MRI: magnetic resonance imaging) and videos. Studying 3D feature extracting and recognition is very useful for MRI analysis and video processing, both in theory and practice. The existing 3D image processing technique is usually extended from 2D methods. They do not represent the 3D structural information sufficiently, and lack robustness. This project will break the limitation of these methods, study the 3D feature extracting and correspond recognition algorithms, then build the structure of 3D image analysis. The proposed algorithms can be used in analyzing MRI and action in videos, etc. Research content includes: 1) 3D feature theory, mathematic modeling and extracting; 2) 3D feature recognition theory and implementation; 3) the application of 3D feature recognition technique: MRI analysis and action recognition in videos. Through the theory analysis, modeling and application, this project proposed the support for 3D image analysis. It is useful for prediction of brain disease by 3D MRI analysis and action recognition in videos, both in theory and practice.

三维图像广泛应用于医学图像（如磁共振成像）以及视频图像序列中。研究三维特征提取及其识别技术对于处理磁共振图像、视频图像序列等具有十分重要的理论意义和应用价值。现有的三维图像处理方法，往往只是二维图像处理方法的简单扩展，在实际应用中对三维结构信息描述不够充分，缺乏鲁棒性。本项目突破现有方法仅利用二维信息的局限性，研究三维特征的提取及其分类识别算法，建立起一整套三维特征提取及处理框架，使之可应用于诸如视频行为分类、人脑三维图像分析等。研究内容包括三个方面：1）三维特征理论推导、数学建模及提取技术；2）三维特征识别技术理论框架及计算机实现；3）三维特征识别方法的应用：磁共振成像分析、视频行为识别方法研究。通过上述理论分析、建模和应用实践等工作，为三维图像处理提供方法学支持，对于通过人脑三维图像进行脑疾病的诊断与预测、视频人体行为识别与分类处理等都具有重要的理论和现实意义。

本项目从三维图像特征提取的方法研究为总目标出发，在视频图像的时空特征提取技术及其应用、磁共振成像数据的结构特征提取技术研究及其应用这两个方面取得了重要的研究进展和成果。在视频和图像特征提取方面，课题组以视频中的人体行为识别和图像中的显著性区域检测为切入点，先后提出了基于紧凑性和局部对比的显著区域检测方法、基于两层稀疏图传播模型的显著区域检测方法、基于有效事件模型和隐含时间模型的视频行为识别方法，有效提高了检测和识别的性能与精度，相关性能指标处于当时国际最好水平。在人脑磁共振成像的特征提取上，以多种模态的磁共振成像数据为基础，先后完成了基于人脑结构成像的性别鉴别的三维特征提取、人脸吸引度的脑机制、盲源分离算法等方法学研究，在认知机理研究、信号数据分析处理、脑影像数据分类、脑功能网络研究分析以及功能连接动态性研究等方面处于国际先进水平。项目从机器学习和认知机理层面开展特征提取的算法研究，丰富和发展了三维图像特征提取的内容和方法。项目执行期间，发表SCI期刊论文12篇，其中IEEE Transactions 论文5篇，在2014年ImageCLEF机器人视觉国际挑战赛中获得冠军。项目的研究成果为视频图像分析、磁共振数据处理与客观临床诊断等应用提供了重要的技术方法储备。