1.一种用于脑肿瘤图像分割的深度证据FCM聚类方法,其特征在于,包括以下步骤:S10、采集脑肿瘤MRI图像,对脑肿瘤MRI图像进行预处理;
S20、利用自编码器对输入脑肿瘤图像进行特征学习并实现降维,其中,先使用卷积神经网络提取脑肿瘤图像特征,然后通过线性层降低脑肿瘤图像数据维度;
所述步骤S20包括如下步骤:
S21、在卷积自编码器中输入脑肿瘤MRI的图像数据,通过卷积自编码器的编码层和解码层输出重构后脑肿瘤MRI的图像,这个操作目标是通过最小化图像的输入和输出之间的均方误差MSE来优化卷积自编码器的网络结构;
S22、卷积自编码器被定义为:
fw(t)=σ(t*W)≡h (1)
gU(h)=σ(h*U) (2)
其中,t和h是矩阵,“*”是卷积算子,fw(·)是卷积自编码器的编码器,gU(·)是卷积自编码器的解码器,传统的自动编码器由两层组成,分别对应于编码器fw(·)和解码器gU(·),fw(t)和h是数据t通过卷积自编码器的编码器降维得到的结果,gU(h)是数据h通过卷积自编码器的解码器得到的结果;
S23、使用一些卷积层来提取输入图像的特征,然后将最后一个卷积层中所有单元展平以形成一个向量,接着形成一个只有h个单元的全连接层,该全连接层称为嵌入层,通过上述过程,输入的2D图像被变换到h维特征空间中,使用一个全连接层和一些反卷积层来将嵌入特征转换回原始图像,通过最小化重构误差来更新编码器h=fw(t)和解码器x'=gw'(h)的参数,来优化卷积自编码器的参数,重构误差L1表示为:其中,n是数据集中的图像数量,ti是第i个图像;
S30、在降维后的脑肿瘤图像特征表示上运用FCM聚类算法,运用三支策略对图像数据进行聚类点的分配,分配出确定的和不确定的脑肿瘤图像分割区域;
所述步骤S30包括如下步骤:
S31、图像通过卷积自编码器得到特征总数N和聚类数目c,根据特征总数N和聚类数目c,运用模糊c均值算法进行初始聚类,通过多次迭代运算,将目标函数的误差逐渐降低至预定范围,当目标函数收敛时,获得最终的聚类结果,FCM的目标函数L2为:其中,N是提取的特征总数,c是聚类中心的数目,m为超参数,uij是数据点xi对聚类中心cj的隶属度,i=1,2,…,N;cj是第j个聚类中心,||xi‑cj||是第i个特征到第j个聚类中心的欧氏距离;
S32、设U={uij}为隶属度矩阵,大小为N×c,是每个特征属于每个聚类中心的概率大小,隶属度矩阵满足:S33、根据隶属度矩阵,将特征i划分到第a类中,其中:
S34、目标函数中聚类中心和隶属度矩阵迭代更新公式如下:S35、根据上述迭代更新公式,对特征的隶属度矩阵和特征的聚类中心进行迭代更新,当目标函数收敛时,得到特征对于聚类中心的隶属度矩阵U={uij}和聚类中心cj;
S36、根据隶属度矩阵U={uij},使用三支决策理论将聚类点进行划分,分为核心区和边缘区,核心区的数据点为确定聚类中心的数据点,边缘区的数据点则需要进行再分配,对于每个数据点xi和所有的聚类中心cj,令其划分过程如下:其中i是聚类中心的数量,ε1是超参数;
S37、数据点对聚类中心的隶属度越大,那么该数据点越可能属于聚类中心所属聚类,如果xi对于任意一个聚类中心的隶属度大于等于ε1,则xi数据点划分为核心区,属于确定点,是分配给确定聚类中心的数据点,如果xi对于任用于脑肿瘤图像分割的深度证据FCM聚类方法意一个聚类中心的隶属度小于ε1,则xi数据点划分为边缘区,属于不确定点,需要进行再分配;
S40、运用粒舱加速脑肿瘤图像数据点邻居的选择,运用证据理论融合脑肿瘤图像数据点邻居的隶属度,根据隶属度分配不确定的图像分割区域;
所述步骤S40包括以下步骤:
*
S41、设X={x1,x2,…xN}为特征数据集,给定决策系统X,确定两个控制样本x和x*,其特征值给出如下:*
其中,xi是需要进行再分配的数据点,根据式(10)构造不确定数据点的两个控制样本x和x*;
*
S42、计算这两个控制样本x和x*到所有样本的距离记录所有距离,将粒舱的公式构造为:*
GCB(xi)=GB(xi)∪*GB(xi) (11)其中,
* * *
GB(xi)={xm∈X:ΔB(xm,x)≤ΔB(xi,x)+δ (12)*GB(xi)={xm∈X:ΔB(xm,x*)≤ΔB(xi,x*)+δ (13)其中,xm是第m,1≤m≤N个特征数据点,X={x1,x2,…xN}是特征数据集,ΔB是在特征子集 上的距离函数,它的计*算公式为 δ,δ≥0是给定邻域半径大小,通过式(12)构造以x为中心的邻域,通过式(13)构造以x*为中心的邻域,通过式(11)构造出所有不确定点的粒舱,两个控制样本为中心的邻域形成的两个子集之间的相交区域,粒舱包含数据点xi的邻居点;
S43、计算不确定数据点xi与粒舱内可能邻居点的欧式距离,选取最小的K个邻居点作为不确定数据点xi的K个邻居点,K个邻居点分别为S44、根据不确定数据点xi的K个邻居点的对于聚类中心cj的隶属度矩阵U'计算如下:其中, 是邻域特征点K1相对于聚类中心c1的隶属度;
S45、设Θ是一个识别框架或称假设空间,对xi的K个邻居点对于聚类中心c1的隶属度运用Dempster合成规则进行合成,合成公式如下:其中,D为归一化常数,
其中m是在识别框架Θ上的基本概率分配函数,满足 且
S46、将xi的K邻居点 对于聚类中心cj的隶属度 代入Dempster合成规则公式得到xi对聚类中心cj的最终隶属度:
S47、根据最终该不确定数据点xi的对各个聚类中心的隶属度大小u'ij划分该不确定数据点;
S48、将数据点x1到xN重复S36至S47步骤,直到所有数据点都确定属于哪个簇;
S50、基于步骤S10至步骤S40对深度聚类模型进行训练,运用训练好的深度聚类模型,对脑肿瘤图像进行分割。
2.根据权利要求1所述用于脑肿瘤图像分割的深度证据FCM聚类方法,其特征在于,所述步骤S10中,采集脑肿瘤的MRI图像数据,形成原始数据集,接着对原始数据集进行预处理,进行切片操作,将脑MRI体积图像转换为二维切片图像,预处理后的数据转化为二维图像数据,标记二维图像中的脑肿瘤区域,将原始的二维图像与被标记脑肿瘤区域的二维图像进行一一对应,形成数据集,数据集包含原始的二维图像与被标记脑肿瘤区域的二维图像,最后将数据集划分为训练集和测试集。
3.根据权利要求1所述用于脑肿瘤图像分割的深度证据FCM聚类方法,其特征在于,所述步骤S10中,基于S10至S40步骤对深度聚类模型进行训练,运用训练好的深度聚类模型,对脑肿瘤图像进行分割。