运动一致性估计（精选三篇）
运动一致性估计 篇1
关键词：文件运动,文件生命周期理论,文件连续体理论
一、相关概念简介
1.“大文件”概念。
首先我们应弄清元概念———文件。一叠写满字的稿纸?一张贴在橱窗里的通知单?目前, 我国档案界将文件分为“狭义”和“广义”。所谓“狭义文件”, 是对形成单位而言, 还未完成现行使命的文件, 既包括刚形成但未开始使用的文件, 也包括正式形成后投入使用但未完成现行使命的文件[1]11。我们常说“今天的文件是明天的档案, 今天的档案是昨天的文件”、“文件是档案的前身, 档案是文件的归属”, 即从时间概念上或形成过程上狭隘地将文件和档案划分为两个不同的东西, 因而在管理上出现了两套不同的做法。从狭义文件观来理解文件生命周期理论是很难的, 更不用提“文档一体化管理”了。何嘉荪教授认为, 由于狭义的文件概念不具备广泛的认同性, 即并非在世界范围内具有普适性的概念, 故应从世界范围内探讨广义的文件概念。1997年, 国际档案理事会的电子文件委员会将“文件”定义为:“文件是由机构或个人在其活动的开始、进行和结束过程中所产生或接收的记录信息, 该记录信息由足以为其活动提供凭证的内容、背景和结构所构成, 而不管其形式和载体如何。”这是目前国际上一致公认的最权威、确切的文件定义。这里的文件就是“大文件”, 撇开某一具体形态及其时间阶段, 从抽象概念出发看全部文件的整个生命过程。档案是文件结束阶段的称谓。新背景下, “大文件”既包括传统纸质文件, 也包括新型电子文件。
2. 文件价值。
弄清文件有哪些价值、什么样的文件具有价值、不同阶段文件的价值, 对我们认识文件生命周期, 管理文件 (档案) 非常重要。文件价值是文件区别于普通稿纸的特点, 根据文件所处的阶段可分为现行价值、半现行价值和非现行价值, 分别对应现行文件、半现行文件和非现行文件。现行文件是机构、组织及个人为推动其社会实践活动的展开而形成的办事工具, 一般有行政价值、业务价值、法律价值。半现行文件是现行价值逐渐减弱但具有长远价值的那部分文件。由于现行利用频次不高, 集中统一保管成为这些文件的最佳选择, 有单位内部档案室和第三方文件托管中心两种方式, 我国较多采用前者。非现行文件 (亦“档案”) 是对其形成者已无现行价值但对社会具有历史研究价值的文件。
3. 文件生命周期理论。
其内容有三点:文件从形成到销毁或永久保存是一个完整的生命过程;由于价值形态的变化可以将这个完整的生命过程分为若干阶段;不同阶段的文件与其服务对象、保存场所和管理方式存在对应关系。
第一句体现了文件运动的整体性。文件无论是刚形成, 还是无价值而销毁或是有历史价值而保存, 都是文件的“命”, 就像人的生老病死一样。该理论把各阶段的文件特性及其处理都纳入一个整体来考查, 档案只是一个阶段。同时, 该整体不是各部分的简单相加, 各部分是前后衔接、密切相连的。这要求文件管理也强调整体性。来源原则、全宗 (群) 理论由此而来。
第二句体现了文件运动的阶段性。由于文件价值形态的变化将其运动划分为不同的阶段, 同一阶段内的文件具有相同的价值形态。因此, 不同阶段的文件采用不同的管理方式, 同一阶段的文件采用相同的管理方式。注意, 第一、第二句的顺序很有讲究, 在整体性的基础上才有阶段性, 各阶段是整体的一部分, 文件运动阶段性是整体下的阶段性。
第三句体现了文件运动阶段内各要素的联系性。现行阶段, 文件频繁地为本单位形成部门使用, 推动业务开展, 所以文件保存在形成部门。半现行阶段, 文件不再经常为形成部门使用, 但对本单位还有价值, 应被移交内部档案室或文件中心统一保管。非现行阶段, 文件对本单位没有价值, 却涌现出对他人和社会的价值, 应被集中统一移交给地方或专业档案馆, 更好地服务社会、发挥效用。就此, 很多人从表象误将文件不同的管理阶段等同于其运动阶段, 这种观点是不可取的。文件价值形态的变化导致文件运动阶段的改变, 价值服务的主要对象也在变化, 因而将文件移交相应场所便于管理并提供服务。先有文件价值运动后才有管理方式的改变, 管理方式能体现文件的运动阶段, 但并不等同。奥运会和世博会这类文件材料一经形成就提前归档、统一管理, 这时管理方式和文件运动阶段是错位的。现实中, 提前归档或是之后归档常常发生, 我们不能以此来判断文件运动, 而应该看到内在的文件价值。
其中, 前两句是对文件运动规律的描述, 具有理论高度。最后一句是文件与外在主体间的关系, 不是文件内有的, 是人为强加的, 不具有理论高度。这样的说法有一定的道理, 但理论联系实际应用, 必须衍生出一定的原则。因为文件运动具有阶段性, 本着价值最大化的原则, 不同阶段的文件在各自的场所为人服务, 实现文件价值, 这就形成了阶段内各要素的对应关系。理论层面的阶段性衍生出实务工作的对应性, 所以最后一句是第二句的实务工作原则。这要求广大档案工作人员应及时归档、移交, 明确自身的管理职责。
4. 文件连续体理论。
随着20世纪90年代计算机的普及和网络技术的推广, 大量的电子文件产生并在文件管理中占据重要地位。电子文件区别于纸质文件, 对认识文件运动和管理有着极大影响。信息和载体的可分离性, 导致了电子文件信息同步运动的可能;系统的依赖性, 电子文件管理需要更及时、有效的人工干预, 包括设计和建立有效的电子文件管理系统, 生成和管理电子文件元数据等。文件生命周期理论显然不能很好地解决电子文件的管理问题, 因为在真正的电子文件管理系统中, 我们根本无法区分“文件”和“档案”。1985年, 加拿大档案专家Atherton详述了连续体概念。1996年, 澳大利亚制定颁布了文件管理国家标准AS4390—1996, 其中定义文件连续体为:“文件存在的整个领域, 从文件创制 (包括创制前文件保管系统的设计) 到文件作为档案保存和利用管理的全过程中应采用连贯一致的管理体制。”[2]23
二、文件运动两大理论具有一致性
文件连续体理论的出现是否意味着文件生命周期理论已经过时?答案是否定的。
1. 两者都有整体性。
文件生命周期理论强调文件运动的整体性, 是线性的过程。不管传统文件还是电子文件, 都有价值形态的变化, 都有从形成到处置的阶段。文件连续体理论强调连贯一致的管理体制, 电子文件产生到最后处置都在电子文件管理系统中严格管理, 电子档案只是电子文件生命的一部分。
2. 两者都有阶段性。
(1) 电子文件运动具有阶段性。文件价值是文件运动的动力源泉。文件产生之初都是为了形成单位的需要, 实现第一价值, 随后丧失价值或呈现对社会第二价值。只要文件有价值, 就必然处于一定阶段。在电子文件管理系统中, 我们无法分辨“文件”和“档案”, 也不能明确“文件管理”和“档案管理”两个阶段, 又怎么得知其运动阶段?其实, 知道运动阶段主要看电子文件的价值形态。如果一份电子文件主要被形成单位利用, 推动其业务活动开展, 那么这份电子文件发挥的是第一价值, 此时文件处于现行阶段。在网络环境下, 一份电子文件可能同时被多人使用, 既有形成单位又有其他单位, 同时发挥第一、第二价值, 判断电子文件运动阶段就要看其价值构成主体。在某段时间内, 如果第一价值是主体, 电子文件处于现行期;如果第二价值是主体, 电子文件处于非现行期;如果价值类型呈现第一价值逐渐减少, 第二价值逐渐增加, 电子文件处于半现行期。哪个价值谁为主导, 文件就处于相应的运动阶段。没有价值的文件就应销毁。我们应该明确, 电子文件价值的实现在时空上都更容易, 但实现方式的变化并不意味着价值类型的变化, 甚至是运动阶段的模糊。区分电子文件运动归根到底要看其在某段时间内的主导价值形态[3]43。 (2) 电子文件管理具有阶段性。“采用连贯一致的管理体制”, 到底由谁责任?是形成单位还是档案机构?形成单位负责电子文件全程管理, 具有强大的技术支持和原生环境, 能保证电子文件的安全、可读、可靠。澳大利亚档案馆曾是这一模式的推崇者。但实际上, 电子文件的形成单位大都是企业等营利机构, 花一笔钱去保管那些对自身没有价值的电子文件及设备有违其性质。再者, 电子文件分散保管于不同机构 (特别是没提供外网利用的) 不利于文件的科学管理和社会化利用。我国已经形成了较健全的自上而下的档案管理体制, 档案馆设施和人员素质也有了提高。集中统一的管理方式更有利于档案的长效管理, 便于社会利用。何嘉荪教授曾建议分散式与集中式相结合的管理方式:第一价值占主导地位时, 电子文件维护管理的承担可以考虑采用分布式方案为主;第二价值占主导地位时, 维护管理责任的承担则基本上采用相对集中式。这种根据文件运动阶段, 由社会主体分别承担各自的维护管理责任需要一个明确的体制界限, 双方应及时沟通, 以免拖拉扯皮。
无疑, 文件运动两大理论在内核上是一脉相承的, 在新时期迸发出新活力。
参考文献
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[2]孙芳芳.从“文件生命周期”到“文件连续体”的演变及其思考[J].浙江档案, 2010 (8) .
运动一致性估计 篇2
在运动估计算法中, 运动矢量搜索策略的选择对运动估计的准确性、速度有重大的影响。搜索策略的研究主要是解决运动估计中存在的计算复杂度和搜索精度之间的矛盾。目前运动估计的快速搜索算法有很多种。如FS, TSS, TDL, NTSS, NFSS, DS等。其中, NTSS算法利用了运动矢量的中心偏置分布的特点, 对TSS算法进行了改进, 即在搜索的第一步加强了中心点的搜索, 使搜索点数增加到17个。NTSS算法与TSS算法在匹配速度上提高了不少, 而且也减少了陷入局部极小的可能;通过采用中止判别技术, 大大降低了搜索的复杂程度, 提高了搜索效率。
但经过研究发现, 这种算法的搜索速度仍然不是很快, 而且该算法并没有充分利用运动矢量的中心偏置特性。在实际运动图像中, 绝大多数图像的帧与帧之间运动都很小, 运动矢量通常总是在搜索窗的中心位置附近高度聚集, 这也就是运动矢量的中心偏置特性。因此, 可以充分利用该特性, 减少搜索点数, 提高搜索效率, 从而提高压缩率, 使图像的处理过程更加具有实时性。
2 改进的搜索策略
通过对起始点预测, 可以使得运动矢量更加集中, 为算法的改进提供了良好的前提条件。根据这个条件, 将新三步法的第一步搜索17个点改为搜索9个点, 也就是中心区域的9个点。这种改进完全是基于运动矢量的中心偏置特性。
搜索步骤如下:
第一步:根据平均值起点预测方法求出来的运动矢量预测值, 找到当前块运动矢量的搜索起点, 并以该点为中心点建立起搜索区域。
第二步:在中心点及周围8个点进行匹配运算, 找到MBD点 (块误差函数的最小点) , 并且建立设定两个阈值T0, T1。如果MBD点在中心点, 并且小于T0, 认为此点为最优点, 算法停止。否则, 转到第三步。
第三步:如果MBD点在中心周围8个点, 并且小于T1, 认为最优点就在附近, 将中心点移到MBD点, 转到第二步。
第四步:如果上述两种情况不满足, 就进行外面8个点的匹配运算, 找到MBD点后, 转到第二步。
3 性能分析
图1～图3分别给出了算法中出现的三种情况。该算法的中心倾向的特点使得可以用较少的计算量, 一次搜索就能找到最优点的可能性大大增加。表1中表明的是和其他算法相比搜索点数的差别。通过对比可以看出, 改进算法比其他算法搜索次数明显降低, 从而可以大大提高搜索速度。
4 实验分析及结论
下面通过搜索时间和平均峰值信噪比来验证改进算法的性能。实验采用CIF (Common Intermediate Format) 标准的灰度序列图像, 取块大小为16×16, 搜索范围取[-7, +7], 即正负范围内7个像素点。实验的硬件环境是Pentium Dual CPU 1.8 GHz, 1 GB内存的台式电脑, 图像为Foreman动态序列图像。
表2给出了不同搜索策略对Foreman动态序列图像的搜索时间。
从表2可以看出, 尽管FS算法准确性很高, 但运算量较大, 代价太高。就Foreman序列图像而言, NTSS算法和改进算法的运算量都不到FS算法的50%, 这就反映了快速算法所具有的优越性。Foreman序列具有相对运动变化较少的特点, 改进算法比NTSS算法搜索次数更少, 这就表明在运动较小的情况下, 改进算法有其优势。
表3给出了不同算法对Foreman动态序列图像的PSNR比较。表3所示的PSNR是将120帧图像, 每一帧分别计算出PSNR, 然后求平均值得到的。通过表3可以清楚地看出, 在所有算法中FS算法的平均峰值信噪比最高, 而相比之下NTSS算法的性能就不如改进算法。考虑到FS算法所需要的大量运算, 而改进算法所具有的计算量小、性能相对比较好的特点, 应该说该算法的效果是令人满意的。
参考文献
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[8]刘海峰.运动估计快速块匹配算法的研究[D].西安:西安电子科技大学, 2002.
运动一致性估计 篇3
X射线冠状动脉造影是目前国际上公认的诊断冠心病的常用方法,目前已在国内大中型医院得到普及。通常进行血管造影的目的是观察心血管狭窄性病变,制定治疗和介入手术计划。同时,由于冠脉附着于心外膜的表面,可随心脏有节律的运动,因此根据造影图像序列中冠脉树的形态变化,可对心脏的运动情况进行分析。
国外从80年代中期开始就展开了基于心血管造影图像数据的心脏运动分析的研究。初期是采用由双面冠状动脉造影图像得到的血管分叉点作为标志,跟踪心脏的运动[1]。此后Coppini等[2]扩展了该方法,由重建出的血管骨架拟合出用球函数表达的心脏表面,通过比较舒张末期和收缩末期的心脏轮廓,对心脏的局部变形进行描述。Mishra[3]应用三维高斯曲率来分析心脏表面的变形。上述方法所采用的运动模型都没能完整的包含心脏的运动形式,或采用的形状模型过于简单,不能充分捕捉心脏的复杂变形。作者在文献[4]中建立了多层次的心脏运动模型,按照从整体到局部的顺序,将复杂的心脏运动进行分解,并估计其参数,从而全面反映心脏的实际运动。
本文在文献[4]的基础上,运用非刚性体运动分析理论,侧重于心脏局部运动的估算。同时为了验证算法的可行性,采用由两个近似正交角度的X射线冠脉造影图像序列重建出的三维血管骨架树序列,首先运用文献[5]提出的血管骨架运动方法计算出相邻时刻间各骨架点的运动向量,作为参考值,对本文算法的误差进行定量估计,并对误差来源进行了定性分析。
2 基于非刚性运动理论的心脏运动分析
在心动周期中,心脏会发生十分复杂的运动和变形。根据Potel[6]的发现,心脏除了会发生众所周知的整体变形(比如膨胀或收缩)之外,还会发生整体刚性运动以及局部变形。在每个时刻大约90%的心室壁运动是趋向或远离心室收缩中心的,这表明膨胀和收缩远比平移、旋转或扭转重要。
根据Potel的研究和非刚性体运动分析理论,本文将心脏的运动分解为整体和局部运动:
基于非刚性运动理论的心脏运动估计是一个运动分解的过程,算法在估计运动的同时消除运动,是一个由整体到局部、由粗糙到精细的估计过程,主要包含三个步骤:1)通过构造一个动参考坐标系来计算整体运动和变形;2)通过在动坐标系中进行扩展超二次曲面拟合,估计整体变形;3)估计心脏的局部变形。采用的输入数据是由两个不同角度的冠脉造影图像序列重建出的三维血管骨架树序列。
2.1 整体运动估计
运动分解的第一步,是估计心脏的整体刚性运动,并将它从总体运动中分离出来。首先建立局部坐标系,原点定义为心脏收缩的中心,坐标轴定义为心脏的主轴。根据局部坐标系的位置及方向的改变就可以确定心脏在两个时刻间的整体刚性运动[4]。
心脏的整体变形包括沿三个正交方向的膨胀、收缩和沿心脏长轴的扭转。在分析整体变形之前须先进行整体刚性运动的补偿,使两个时刻三维血管骨架点集合的局部坐标系重合。在局部坐标系中,分别将两个时刻的血管骨架点拟合到一个空间曲面上,通过分析曲面的形状变化,估计心脏的整体变形。根据心脏的形状特征以及变形方式,本文选用扩展超二次曲面(ESQ,Extended Super Quadrics)[7]:
式中:指数f1(θ)和f2(φ)分别是纬度角θ和经度角φ的函数(-π/2≤θ≤π/2,-π≤φ≤π)。用球半径r(ϑ,ϕ)来表示该曲面,它是球坐标(ϑ,ϕ)的函数:
其中:ϑ=π/2-θ,ϕ=φ。那么心脏的整体变形参数就可以通过比较两个时刻ESQ的参数得到[5]。
2.2 局部运动估计
采用三维血管骨架运动估计方法[5],可得到两个时刻血管骨架上各点之间的对应关系,即各点的位移。那么将第二时刻的骨架点按照前面计算出的整体运动和变形参数恢复到第一个时刻的位置后,在不考虑计算误差的情况下,对应点之间的位置之差就是由局部运动引起的位移。
本文采用血管骨架点的局部位移作为采样点,拟合出两个时刻间的ESQ曲面上各点的局部位移场。如前所述,心脏的变形表面是用球半径r(ϑ,ϕ)表示的,它是球坐标(ϑ,ϕ)的函数,那么曲面上点的位移自然就是它的球坐标的变化值,即∆ϑ和∆ϕ,它们也是(ϑ,ϕ)的函数。在时刻t的局部坐标系中,设血管骨架点坐标为(x1i,y1i,z1i),与其相对应的时刻t+∆t的消除了整体运动的骨架点坐标为(x2i,y2i,z2i)(i=1,2,…,n),n为已知骨架点的总数,它们的球坐标为
那么局部位移为
以球谐函数作为基函数,以式(4)中的∆ϑi和∆ϕi作为采样数据,采用最小二乘法拟合出ESQ曲面上点的∆ϑ(ϑ,ϕ)和∆ϕ(ϑ,ϕ)的近似表达式:
其中Bi(ϑ,ϕ)是球函数[8];b1i和b2i是待求系数。
根据亥姆霍兹理论(Helmholtz Theorem)[9],非刚性体上任一足够小的体元的运动可分解为三个正交方向上的平移、旋转和变形,而且体元内的运动是一致的。对心脏形状模型上的点,采用Helmholtz分解对其局部运动场进行分解。变形分量和旋转分量与系统所选取的坐标系无关,因此它们是反映非刚性体运动本质特性的不变量,这里用二阶张量来表示它们。那么非刚性体上点P所在体元内运动场的数学表达式为
其中:是体元的刚性平移向量,旋转张量Ri是体元绕x、y、z轴的旋转矩阵的乘积。为了简化问题,可以假设旋转角很小,那么由线性近似sinα≈α,cosα≈1以及略去二阶或更高阶的项,有:是一个二阶对称张量,即:e12=e21,e13=e31,e32=e23。
综上所述,方程(6)中共有12个未知量。对于曲面上的每个点,可以得到三个方程,因此为了确定这12个未知量,至少需要体元中的四个点。
3 实验结果及误差分析
3.1 实验结果
本文对临床采集的图像序列进行了实验。所采用的图像是PHILIPS Integris CV全数字血管造影机临床拍摄到的左冠造影图像序列,采集速率为30帧/秒,采集过程中同步纪录造影角度和X射线源至成像平面的距离参数。图1是从序列中选取的两个时刻的近似正交角度的图像对,图像大小为256 pixels×256 pixels,灰阶为256。图1(a)和(b)中,左图的摄影角度均为LAO46°CRAN21°,右图的角度均为RAO30°CAUD24°。
在对原始图像完成预处理、二维骨架提取和拓扑结构描述之后,根据透视投影成像原理和两个角度造影系统之间的几何变换矩阵,反算出各血管骨架点的三维坐标[10],并采用三次B样条曲线对离散骨架点进行拟合,结果如图2所示,图中分别用粗细两种线型表示第一和第二时刻的血管骨架。采用三维血管中心线运动估计算法,得到各骨架点的运动向量。表1是对骨架上3 372个点的位移幅值的最大值、最小值和平均值的统计结果。然后采用文中的算法进行心脏运动分析,图3是由第二时刻的三维血管骨架树拟合得到的心脏形状模型,用ESQ曲面表示。为了估计该运动估计算法的误差,按照计算出来的整体和局部运动和变形参数,将第二个时刻的冠脉骨架树恢复到第一个时刻的位置(图4),比较它与已知的第一时刻的骨架树,它们之间的差异就是该算法的估计误差。实验中的误差统计结果见表2,可见当血管位移为0~15 mm时,本文算法的均方根误差小于0.1 mm,远远小于采用Coppini的球函数[2]表达心脏表面时的均方根误差。
3.2 误差分析
分析该算法的计算过程可知,在理想情况下,式(4)所表示的偏差完全由局部运动和变形引起。但是实际情况中,由于各个计算步骤中必然存在误差,同时已知的三维骨架点数据中也包含有三维重建所带来的各种误差,因此式(4)的偏差中同时包含了局部位移和计算误差两部分,而且这两部分是无法完全分开的。经实验验证,计算误差与由整体运动引起的位移相比是很小的(详见文献[11]),所以本文对该偏差不再进行分割,而将其作为局部位移。
4 结论
由于心肌供血不足通常是由粥样硬化性冠状动脉管腔狭窄引起,因此估计供血不足或机能受损的心肌区域就能为心脏功能的评价和冠心病的临床诊断提供有力的依据。本文提出了一种采用由X射线冠脉造影图像序列重建得到的三维血管骨架序列,根据非刚性运动分析理论估计心脏运动的方法。建立了多层次的心脏运动模型,将复杂的心脏运动分解为整体运动和局部运动,其中包含了所有已被医学观察所证实的心脏的主要运动形式。采用基于扩展超二次曲面的变形模型技术,对心脏的整体形状进行建模,从而利用较少的参数捕捉到心脏的复杂形变。对于各部分运动参数的估计,按照从整体到局部、从粗糙到精细的顺序进行。将复杂的运动估计过程分解为多个较为简单的步骤,简化了计算过程。为医生正确诊断与冠状动脉有关的心脏疾病或者心肌病变提供依据。
摘要：针对心脏的运动分析问题,本文提出一种采用非刚性运动分析理论,根据X射线冠状动脉造影图像序列中血管的形态变化分析心脏三维运动的算法。该方法根据已经被临床实验证实的有关心脏运动的先验知识,将复杂的心脏运动分解为整体运动和局部运动,按照从整体到局部、从粗糙到精细的顺序定量估计各运动组成部分的参数。实验结果表明,该算法可以得到心动周期中心脏运动的全面量化描述。
关键词：冠状动脉造影,心脏运动,非刚性运动,超二次曲面
参考文献
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