基于圖像分割的網絡API設計與實現

馮春雨，趙 建，趙 耀

（1.河北省科學院應用數學研究所 河北 石家莊050081；2.河北師范大學 河北 石家莊050024；3.中國人民銀行石家莊中心支行 河北 石家莊050000）

基于圖像分割的網絡API設計與實現

馮春雨1，趙 建2，趙 耀3

（1.河北省科學院應用數學研究所 河北 石家莊050081；2.河北師范大學 河北 石家莊050024；3.中國人民銀行石家莊中心支行 河北 石家莊050000）

通過圖像分割算法在腦圖像中自動分割出腦室并計算腦室面積，可以彌補人工診斷的主觀性和局限性，為臨床診療提供了更加客觀、全面的決策支持。另外，通過網絡API的形式提供服務，復雜的算法運算在服務器端完成，使用者只需在瀏覽器中進行簡單的操作就可獲得想要的結果。此方法不僅方便快捷，同時還大大降低對硬件資源的要求。

圖像分割；網絡API；輔助診斷；JAVA本地接口

近年來，腦部疾病以其高發病率、高死亡率、高致殘率、高復發率及多并發癥等特點成為威脅人類健康的重要因素。據報道，我國每年有超過200多萬人發生腦疾，其中我國每年死于腦疾病患者約有100萬以上，腦疾病病死率約為45%。因而，如何借助于醫學影像檢查，定性和定量地分析腦組織，進而分析與腦疾病的關系已經成為當前的研究熱點。

核磁共振成像（MRI）是對腦部疾病進行診斷的重要手段[1]。由于大腦結構的復雜性和個體差異性，準確地在MRI顱腦圖像中測量感興趣的腦組織是一項極為復雜和困難的任務。過去，定量化的測量腦組織尚不精確，病情診斷方面往往依賴醫生的經驗。隨著計算機的應用與發展，醫院管理信息化和智能化水平的不斷提高，醫院信息系統在醫學圖像的管理、分析和輔助醫生診斷中發揮著不可替代的作用[2]。

本論文中通過前期改良的圖像分割算法在腦圖像中自動分割出腦室并計算腦室面積，可以彌補人工診斷的主觀性和局限性，為臨床診療提供了更加客觀、全面的決策支持。另外，通過網絡API的形式提供服務，復雜的算法運算在服務器端完成，使用者只需在瀏覽器中進行簡單的操作就可獲得想要的結果。此方法不僅方便快捷，同時還大大降低對硬件資源的要求。

1 總體設計思路

因圖像分割算法涉及許多復雜的數學運算[3-7]，如果采用常用的編程語言（C/C++、Java等）實現的話編程工作量將非常巨大。Matlab是面向科學計算的常用軟件，具有高效的數值計算及符號計算功能，且語法特征與C++語言極為相似，簡單易用[8]。使用Matlab可以輕松完成一些繁雜的數學運算，因此對于一些復雜的算法可以先通過Matlab實現，然后被其它編程語言調用。在C程序中調用Matlab程序有兩種方式[9-10]。第一種是C程序直接調用Matlab引擎，第二種是將Matlab程序打包成動態鏈接庫文件（DLL）在C語言環境下調用。兩種方式各有優缺點，本文中采用第二種方式。首先利用Matlab實現圖像分割算法[11-12]，然后將Matlab程序編譯成C可調用的Dll，編寫C接口及數據轉換程序并打包成DLL，最后通過JNI調用C編譯生成的DLL完成網絡API的設計[13]。

2 前期準備

文中實驗中使用的計算機主要配置為 intel i7-3770 CPU，內存大小4G，硬盤空間500G。操作系統為Window XP，C編譯器使用VC++6.0，Matlab使用 Matlab9.0 32位版本，Java環境使用 JDK 1.7.0_67版本，Web應用服務器使用Tomcat 7.0.61版本。C編譯器和Matlab選取時只要在Matlab中能夠找到C編譯器就行，一般來說只要C編譯器的版本不高于 Matlab版本就能達到此要求。如 Matlab2012b和VS2010/VS2012，Matlab2014和 VS2010/2012等等。 利用Matlab編寫改進后的圖像分割算法，文中算法主程序為Demo_LGD.m文件。

3 Matlab編譯器設置

1）在Matlab的command window里面輸入mex–setup，Matlab詢問是否定位計算機上安裝的編譯器，輸入y，Matlab會列出所有電腦上所有的編譯器，這里選擇2，即VC++6.0，如圖1所示。

圖1 選擇編譯器

2）選擇build工具。完成以上步驟后，輸入mbuild-setup，選擇build工具，過程跟上一步類似，結果見圖2。

圖2 選擇build工具

4 M文件編譯

在Matlab的command window里面敲入命令：mcc-W cpplib:LGD-T link:lib Demo_LGD，其中，mcc是Matlab提供的編譯命令，-W是控制編譯之后的封裝格式，cpplib是指編譯成C++的lib，cpplib冒號后面指定編譯后庫的名字，-T表示目標，link:lib表示要連接到一個庫文件的目標，目標的名字是后面的Demo_LGD，即你寫的m函數的名字。詳細說明可在Matlab命令窗口敲入help mcc或mcc-？查看幫助。

Matlab完成指令運行后，在Matlab工程目錄下面會出現多個文件，其中對我們來說有用的是LGD.cpp，LGD.dll，LGD.h和LGD.lib這4個文件。LGD.dll是編譯好的動態鏈接庫，實現圖像分割的函數封裝在個文件里面，LGD.h是對應的頭文件，在C里面調用這個函數的時候，需要include這個頭文件，在這個頭文件的最后，你可以看到下面的內容：

這就是Demo_LGD的C函數的聲明。nargout表示輸出變量的個數area1，area2，infile,outfile,X,Y,InforDef,Compress對應m函數的幾個變量。注意，除nargout外其它變量的類型都是mwArray。mwArray是一個類，是Matlab提供的一個特殊的變量類型。C程序調用Matlab程序時需進行數據類型轉換，這些內容會在第6節中提到。

5 VC環境設置

為了在C程序能夠調用上一節生成的dll和lib文件，支持Java編譯（JNI用到），需對VC環境進行設置，具體步驟如下：

1）打開VC程序并建立一個動態鏈接庫工程，這里起名為MRISegment，將上面生成的LGD.cpp，LGD.dll，LGD.h和LGD.lib 4個文件拷貝到工程目錄下。

2）在tool-option-directory里面設置include頭文件和lib的路徑。首先是include中添加Matlab和JAVA頭文件的路徑，如圖3最下面3行所示，根據具體情況選擇Matlab和JDK軟件的安裝目錄。

圖3 添加頭文件路徑

然后添加lib的位置，不僅需要添加Matlab靜態庫的位置，而且也要把剛編譯生成的lib位置添加進來，如圖4最后兩行所示。

圖4 添加鏈接庫文件路徑

3）添加所需lib文件。路徑設置好后，在project Settinglink-Object/library modules里面加入 mclmcrrt.lib、libmx.lib、libmat.lib、mclmcr.lib和LGD.lib 4個文件，文件名之間用空格隔開，如圖5所示。

圖5 添加鏈接庫文件

6 JNI及C接口程序編寫

如果網站管理后臺采用C語言編寫，可以直接調用Matlab打包生成的DLL。如果使用Java語言編寫，則無法直接調用Matlab打包生成的DLL，可以采用JNI（Java Native Interface）形式快速有效的完成程序間的調用[14-15]。本節簡單介紹通過JNI調用算法DLL的流程。

1）新建一個txt文件，起名為MRISegment，將后綴名改為java，該文件主要定義一個java類實現對調用函數的封裝。內容如下：

2）生成class文件。調出命令行程序，將路徑設置為上面所建java文件所在路徑（或者下一步javac命令中文件帶有絕對路徑）[16]，輸入javac MRISegment.java，生成MRISegment. class文件。

3）生成h文件。將路徑設置為MRISegment.class文件所在路徑（或者下一步javah命令中文件帶有絕對路徑），輸入javah-jni MRISegment，生成MRISegment.h文件，并將該文件拷貝到MRISegment工程目錄下。

4）編譯生成C動態鏈接庫。首先在MRISegment工程中新建cpp文件。該cpp主要實現Java和C之間、C和Matlab之間數據格式的轉換以及MRISegment.h文件中定義的函數[17]。編譯工程生成MRISegment.dll。

7 API調用頁面顯示

前臺頁面主要負責圖像的顯示以及坐標點、參數的輸入以及處理后圖像的呈現，數據提交到后臺調用第六節中生成的MRISegment.dll。圖像處理完畢后將結果返回給前臺頁面。圖6～8為實現過程的頁面截圖。

圖6 加載圖像

圖7 選擇目標區域

圖8 結果顯示

8 結 論

文中通過計算機自動分割出腦室并計算腦室面積，一定程度上彌補了人工診斷的主觀性和局限性。另外，以網絡API的形式為醫務人員提供服務，使用人員不需購置昂貴的設備，可以通過任何一個帶有網絡的普通PC或者移動設備隨時隨地獲取服務，既方便快捷又大大節省了使用方的費用。因此，該方式具有較高的商業價值，可在縣級以上醫療機構大面積推廣，產生較好的經濟效益。

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[17]朱向東，呼延霄，劉軼，等.基于Matlab/dSPACE的無刷直流電機雙閉環控制實時仿真[J].火箭推進，2015(1)：117.

Design and implementation of network API based on image segmentation

FENG Chun-yu1，ZHAO Jian2，ZHAO Yao3
（1.Applied Mathematics Research Institute of Hebei Academy of Science,Shijiazhuang 050081，China；2.Hebei Normal University,Shijiazhuang 050024，China；3.The People’s Bank of China Shijiazhuang Central Sub-Branch,Shijiazhuang 050000，China）

Auto-segment of ventricle through image segmentation algorithm and calculating its area,which can make up the subjectivity and limitation of artificial diagnosis and provide move objective and comprehensive decision support for clinic treatment.Besides,through network API,the complicate algorithm can be run on server,and the user can get what they want by simple operation in web browser.So,this way is not only convenient and efficient,but also low hardware resource requirement.

image segmentation；network API；auxiliary diagnosis；JNI

TN919.8

A

1674－6236（2016）24-0169-04

2015-11-16 稿件編號：201512179

馮春雨（1982—），男，河北邢臺人，碩士，助理研究員。研究方向：機器學習，信息安全及圖像處理。