In this paper, we propose a new approach to deformable image registration that captures sliding motions. The large deformation diffeomorphic metric mapping (LDDMM) registration method faces challenges in representing sliding motion since it per construction generates smooth warps. To address this issue, we extend LDDMM by incorporating both zeroth- and first-order momenta with a non-differentiable kernel. This allows to represent both discontinuous deformation at switching boundaries and diffeomorphic deformation in homogeneous regions. We provide a mathematical analysis of the proposed deformation model from the viewpoint of discontinuous systems. To evaluate our approach, we conduct experiments on both artificial images and the publicly available DIR-Lab 4DCT dataset. Results show the effectiveness of our approach in capturing plausible sliding motion.


翻译:本文提出了一种捕捉滑移运动的新可变形图像配准方法。大变形微分同胚度量映射(LDDMM)配准方法因构造特性生成平滑扭曲场,故在表征滑移运动时面临挑战。为解决该问题,我们通过引入结合零阶与一阶动量及非可微核函数扩展了LDDMM。这一方法既能表征切换边界处的不连续形变,又能保持同质区域内的微分同胚形变。我们从不连续系统视角对提出的形变模型进行了数学分析。为评估方法性能,我们在人工图像及公开DIR-Lab 4DCT数据集上开展了实验。结果表明,本方法在捕捉合理滑移运动方面具有有效性。

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图像配准是图像处理研究领域中的一个典型问题和技术难点,其目的在于比较或融合针对同一对象在不同条件下获取的图像,例如图像会来自不同的采集设备,取自不同的时间,不同的拍摄视角等等,有时也需要用到针对不同对象的图像配准问题。具体地说,对于一组图像数据集中的两幅图像,通过寻找一种空间变换把一幅图像映射到另一幅图像,使得两图中对应于空间同一位置的点一一对应起来,从而达到信息融合的目的。 该技术在计算机视觉、医学图像处理以及材料力学等领域都具有广泛的应用。根据具体应用的不同,有的侧重于通过变换结果融合两幅图像,有的侧重于研究变换本身以获得对象的一些力学属性。
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