<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20241031//EN" "JATS-journalpublishing1-4.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
  <front>
    <journal-meta>
      <journal-id journal-id-type="publisher-id">Oalib</journal-id>
      <journal-title-group>
        <journal-title>Open Access Library Journal</journal-title>
      </journal-title-group>
      <issn pub-type="epub">2333-9721</issn>
      <issn pub-type="ppub">2333-9705</issn>
      <publisher>
        <publisher-name>Scientific Research Publishing</publisher-name>
      </publisher>
    </journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.4236/oalib.1114708</article-id>
      <article-id pub-id-type="publisher-id">Oalib-148708</article-id>
      <article-categories>
        <subj-group>
          <subject>Article</subject>
        </subj-group>
        <subj-group>
          <subject>Biomedical</subject>
          <subject>Life Sciences</subject>
          <subject>Business</subject>
          <subject>Economics</subject>
          <subject>Chemistry</subject>
          <subject>Materials Science</subject>
          <subject>Computer Science</subject>
          <subject>Communications</subject>
          <subject>Earth</subject>
          <subject>Environmental Sciences</subject>
          <subject>Engineering</subject>
          <subject>Medicine</subject>
          <subject>Healthcare</subject>
          <subject>Physics</subject>
          <subject>Mathematics</subject>
          <subject>Social Sciences</subject>
          <subject>Humanities</subject>
        </subj-group>
      </article-categories>
      <title-group>
        <article-title>3D CT Image Segmentation Based on HMRF-EM and Level Set</article-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author">
          <name name-style="western">
            <surname>Liang</surname>
            <given-names>Danling</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes">
          <name name-style="western">
            <surname>Liu</surname>
            <given-names>Changjiang</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff id="aff1"><label>1</label> School of Mathematics and Statics, Sichuan University of Science and Engineering, Zigong, China </aff>
      <author-notes>
        <fn fn-type="conflict" id="fn-conflict">
          <p>The authors declare no conflicts of interest.</p>
        </fn>
      </author-notes>
      <pub-date pub-type="epub">
        <day>05</day>
        <month>01</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <pub-date pub-type="collection">
        <month>01</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <volume>13</volume>
      <issue>01</issue>
      <fpage>1</fpage>
      <lpage>12</lpage>
      <history>
        <date date-type="received">
          <day>04</day>
          <month>12</month>
          <year>2025</year>
        </date>
        <date date-type="accepted">
          <day>09</day>
          <month>01</month>
          <year>2026</year>
        </date>
        <date date-type="published">
          <day>12</day>
          <month>01</month>
          <year>2026</year>
        </date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>© 2026 by the authors and Scientific Research Publishing Inc.</copyright-statement>
        <copyright-year>2026</copyright-year>
        <license license-type="open-access">
          <license-p> This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license ( <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link> ). </license-p>
        </license>
      </permissions>
      <self-uri content-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.4236/oalib.1114708">https://doi.org/10.4236/oalib.1114708</self-uri>
      <abstract>
        <p>Aiming at the problems of intensity inhomogeneity, boundary blurring and noise interference in the segmentation of three-dimensional volume data (such as medical images and industrial CT data). In this paper, the hidden Markov random field based on Gaussian mixture model is used for the initial segmentation of volume data, and the statistical and spatial information of the image is effectively used to obtain a reasonable initial contour and region division. Then, the level set method is used for fine segmentation to accurately capture the complex boundary shape in the image, which has good adaptability to the change of the target boundary and makes the segmentation boundary more accurately fit the target area. This improvement takes into account the rationality of the initial segmentation and the accuracy of the fine segmentation. The experimental results verify the effectiveness of the proposed method in image segmentation.</p>
      </abstract>
      <kwd-group kwd-group-type="author-generated" xml:lang="en">
        <kwd>GMM</kwd>
        <kwd>HMRF-EM</kwd>
        <kwd>Level Set Method</kwd>
        <kwd>Volume Data</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec1">
      <title>1. Introduction</title>
      <p>Three-dimensional CT imaging technology is widely used in industrial detection and medical diagnosis due to its advantages of no damage and high resolution [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. However, due to the influence of non-ideal factors (detector defects, noise, scattering, polychromatic rays, etc.) in industrial computed tomography (ICT) imaging system and imaging process, CT images generally contain scattering artifacts [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], beam hardening artifacts [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>], noise [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], intensity inhomogeneity, boundary blurring, high data dimension and complex structure, which make it difficult for traditional segmentation methods to take into account the robustness and accuracy of segmentation.</p>
      <p>The main challenge of image segmentation is that the segmented image usually contains noise, intensity inhomogeneity and artifacts. Most of the existing segmentation methods are two-dimensional, which can be divided into threshold-based segmentation method [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>], region-based method [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], deep learning-based method [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] and partial differential equation-based method [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. The segmentation method based on threshold and region is sensitive to noise. The deep learning model is particularly superior in processing volume data with complex structure and variable morphology. In order to improve the segmentation accuracy of brain tumors, Daimary [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] proposed a hybrid model combining multiple convolutional neural network architectures, such as U-Net and ResNet. In order to obtain a flexible and effective brain tumor segmentation system, Ranjbarzadeh [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] proposed a simple and efficient cascaded convolutional neural network (C-ConvNet/C-CNN). The model can extract local and global features on two different routes, but this method requires a large amount of dual-label data and a long time for pre-training. There are many types of industrial parts, and the structure is complex, so it is difficult to obtain an ideal training set. The active contour model (ACM) [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] does not require labeled data to guide segmentation, so it takes less time. With continuous exploration, ACM has become one of the most widely used and effective methods.</p>
      <p>Osher and Sethian first proposed the level set (LS) method [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>], and this method can be extended to higher dimensions, which provides a solid foundation for volume data segmentation. Volume data segmentation is to extract the target area with specific semantics from complex three-dimensional data. In the field of medical imaging, accurate organ or lesion segmentation is the basis of disease diagnosis and treatment planning. In the field of industrial inspection, component segmentation of 3D CT volume data is very important for product defect detection and quality evaluation. The numerical calculation of the level set method can be performed on a fixed Cartesian grid, which greatly promotes the further development of the level set method and its application in image segmentation [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. For example, He <italic>et al</italic>. [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] proposed an improved three-dimensional edgeless active contour model (Chan-Vese model, referred to as CV model), which extended the level set method to three-dimensional space and applied it to the segmentation of CT volume data. This has brought great development to volume data segmentation based on level set. In order to achieve high-precision segmentation of ICT volume data, Huang <italic>et al</italic>. [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] proposed a level set segmentation method based on three-dimensional multiplicative additive model and achieved success.</p>
      <p>The level set method can naturally handle topology changes and optimize boundaries, but it is sensitive to initialization. If the position of the initial contour is far away from the target area, it will increase the number of iterations and even lead to local optimum. The unreasonable form of the initial level set function will affect the stability and computational efficiency. The shape is greatly different from the target, and it is easy to miss details or over-segment. Therefore, designing a segmentation framework that integrates statistical modeling capabilities and boundary optimization capabilities is of great value for improving the segmentation performance of 3D volume data.</p>
      <p>Markov random fields (MRFs) are widely used in image segmentation [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. Its success is largely due to efficient algorithms, such as the combination of “data faithfulness” and “model smoothness” [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]. It is generally assumed that the intensity distribution of the region to be segmented in the image obeys the Gaussian distribution. Compared with the single Gaussian distribution, the Gaussian mixture model (GMM) method is more powerful in simulating the complex intensity distribution of the image. Wang <italic>et al</italic>. [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>] proposed a GMM-based HMRF model (GMM-HMRF), which uses Gaussian mixture model to adapt to complex gray distribution, and realizes the alternating optimization of parameters and labels through EM algorithm, which improves the segmentation robustness of 3D volume data. However, the segmentation accuracy of this method at fine boundaries still needs to be improved, and it is difficult to meet the needs of high-precision applications.</p>
      <p>In order to achieve accurate segmentation of volumetric data with intensity inhomogeneity, fuzzy boundaries, and noise interference, we propose a 3D CT image segmentation method based on HMRF-EM and level sets. First, the initial segmentation of the volumetric data is obtained using HMRF-EM, which is then used as the initial contour for the level set. Finally, a refined level set segmentation is performed, enabling the segmentation boundaries to fit the target region more precisely, thereby combining the rationality of the initial segmentation with the accuracy of the refined segmentation.</p>
      <p>The organization of this paper is as follows. In Section 2, we introduce the related work of this paper and the proposed method. Section 3 presents the experimental results of our model. Section 4 is the conclusion.</p>
    </sec>
    <sec id="sec2">
      <title>2. The Proposed Model</title>
      <sec id="sec2dot1">
        <title>2.1. HMRF-EM Framework</title>
        <p>The HMRF-EM framework was first proposed for magnetic resonance brain image segmentation. Now, we use a segmentation method that combines the HMRF-EM framework with a Gaussian mixture model to segment three-dimensional volumetric data, and use it as the initialization for the level set method. First, we assume that the image is a two-dimensional grayscale image, and the intensity distribution of each region to be segmented follows a Gaussian distribution. Let the image <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Y </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mi> N </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mi> N </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the number of pixels, and each <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the gray-level intensity of the pixel. we assume that each pixel corresponds to a specific label, <italic>i.e.</italic><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> X </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> N </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> L </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mi> L </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the set of all possible labels. Normally, in the binary segmentation problem, we label <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> L </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Henceforth, according to the MAP guideline, we are looking for a label that satisfies:</p>
        <disp-formula id="FD1">
          <label>(1)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                  <mml:mi>X</mml:mi>
                </mml:mstyle>
                <mml:mtext>*</mml:mtext>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:munder>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>argmax</mml:mtext>
                </mml:mrow>
                <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                  <mml:mi>X</mml:mi>
                </mml:mstyle>
              </mml:munder>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>Y</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>X</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>Θ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                      <mml:mi>X</mml:mi>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>}</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The prior probability <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> X </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> here is the Gibbs distribution, and the joint likelihood probability is:</p>
        <disp-formula id="FD2">
          <label>(2)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                    <mml:mi>Y</mml:mi>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                    <mml:mi>X</mml:mi>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>Θ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:munder>
                  <mml:mo>∏</mml:mo>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                </mml:munder>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>X</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>Θ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:munder>
                  <mml:mo>∏</mml:mo>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                </mml:munder>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>θ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> | </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a Gaussian distribution with the parameter <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>In order to find the label <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> X </mml:mi><mml:mtext> * </mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we use the EM [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>] algorithm to estimate the parameter set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Θ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mi> l </mml:mi></mml:msub><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> l </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> L </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and the parameter set <inline-formula><mml:math><mml:mi> Θ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and the label <inline-formula><mml:math><mml:mi> X </mml:mi></mml:math></inline-formula> are learned alternately.</p>
        <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> G </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ; </mml:mo><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mi> l </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a Gaussian distribution function with the parameter <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mi> l </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mi> l </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mi> l </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD3">
          <label>(3)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo>;</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mi>l</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                        <mml:mi>l</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>exp</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>μ</mml:mi>
                                <mml:mi>l</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                        <mml:mi>l</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>We assume the prior probability is:</p>
        <disp-formula id="FD4">
          <label>(4)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                  <mml:mi>X</mml:mi>
                </mml:mstyle>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mi>Z</mml:mi>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>exp</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>U</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                      <mml:mi>X</mml:mi>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Z </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mo> ∑ </mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> X </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> χ </mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext> exp </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> U </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> X </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a normalized constant, making the sum of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> X </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of all label configurations 1, where <inline-formula><mml:math><mml:mi> χ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the set of all possible label configurations, and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> U </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> x </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a priori energy function in the form of:</p>
        <disp-formula id="FD5">
          <label>(5)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>U</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                  <mml:mi>X</mml:mi>
                </mml:mstyle>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:munder>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>c</mml:mi>
                    <mml:mo>∈</mml:mo>
                    <mml:mi>C</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:munder>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mi>c</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                      <mml:mi>X</mml:mi>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> V </mml:mi><mml:mi> c </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> X </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the clique potential and <inline-formula><mml:math><mml:mi> C </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the set of all possible cliques.</p>
        <p>In the image domain, we assume that one pixel has at most 4 neighbors: the pixels in its 4-neighborhood. Then the clique potential is defined on pairs of neighboring pixels:</p>
        <disp-formula id="FD6">
          <label>(6)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mtable columnalign="left">
                <mml:mtr columnalign="left">
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>V</mml:mi>
                        <mml:mi>c</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>I</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                              </mml:msub>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mi>j</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
              </mml:mtable>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where</p>
        <disp-formula id="FD7">
          <label>(7)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mi>j</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>if</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>≠</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>if</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Thus assuming</p>
        <disp-formula id="FD8">
          <label>(8)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>Y</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>X</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mtext>Θ</mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:munder>
                      <mml:mo>∏</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                    </mml:munder>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>P</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>θ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:munder>
                      <mml:mo>∏</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                    </mml:munder>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>G</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>;</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>θ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>Z</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mi>exp</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>U</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                            <mml:mi>Y</mml:mi>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                          <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                            <mml:mi>X</mml:mi>
                          </mml:mstyle>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> G </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ; </mml:mo><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the GMM likelihood probability of a single voxel, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> Z </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mo> ∑ </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> Y </mml:mi></mml:mstyle></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext> exp </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> U </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> Y </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> | </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> X </mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is also a normalized constant. Given <inline-formula><mml:math><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> Y </mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> Θ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , the likelihood energy is cast as:</p>
        <disp-formula id="FD9">
          <label>(9)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>U</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>Y</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>X</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mtext>Θ</mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:munder>
                      <mml:mo>∑</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                    </mml:munder>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>U</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mtext>Θ</mml:mtext>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:munder>
                    <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                      <mml:mo>∑</mml:mo>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                  </mml:munder>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>y</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:msub>
                                        <mml:mi>x</mml:mi>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                      </mml:msub>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msubsup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>ln</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Under these assumptions, the HMRF-EM algorithm is as follows:</p>
        <p>1) First, use the kmeans method to initialize the parameter set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> Θ </mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>2) At the <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> -th iteration, calculate the likelihood distribution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> | </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>3) The label is estimated using the current parameter set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> Θ </mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by the above energy estimation method, that is, the maximized posterior probability is equivalent to the minimized total energy, which is achieved by the negative logarithmic transformation of the probability, combined with the definition of a priori probability and likelihood probability, we have:</p>
        <disp-formula id="FD10">
          <label>(10)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msup>
                    <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                      <mml:mi>X</mml:mi>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:munder>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>argmax</mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>X</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>∈</mml:mo>
                      <mml:mi>χ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:munder>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>{</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>P</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                            <mml:mi>Y</mml:mi>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                          <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                            <mml:mi>X</mml:mi>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>Θ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>P</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                          <mml:mi>X</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>}</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:munder>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>argmin</mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>X</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>∈</mml:mo>
                      <mml:mi>χ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:munder>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>{</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>ln</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>P</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                <mml:mi>Y</mml:mi>
                              </mml:mstyle>
                              <mml:mo>|</mml:mo>
                              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                <mml:mi>X</mml:mi>
                              </mml:mstyle>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>Θ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mi>t</mml:mi>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>P</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                              <mml:mi>X</mml:mi>
                            </mml:mstyle>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>}</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:munder>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>argmin</mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>X</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>∈</mml:mo>
                      <mml:mi>χ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:munder>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>{</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>ln</mml:mi>
                      <mml:mi>P</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                            <mml:mi>Y</mml:mi>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                          <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                            <mml:mi>X</mml:mi>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>Θ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>ln</mml:mi>
                      <mml:mi>P</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                          <mml:mi>X</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>}</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:munder>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>argmin</mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>X</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>∈</mml:mo>
                      <mml:mi>χ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:munder>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>{</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>U</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                            <mml:mi>Y</mml:mi>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                          <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                            <mml:mi>X</mml:mi>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>Θ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>U</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                          <mml:mi>X</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>}</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>4) Calculate the posterior distribution for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> l </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> L </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and all pixels <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> using the Bayesian rule:</p>
        <disp-formula id="FD11">
          <label>(11)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>l</mml:mi>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>;</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>θ</mml:mi>
                        <mml:mi>l</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>l</mml:mi>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>P</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> N </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the neighborhood configuration of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and</p>
        <disp-formula id="FD12">
          <label>(12)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:munder>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>l</mml:mi>
                    <mml:mo>∈</mml:mo>
                    <mml:mi>L</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:munder>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>;</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>θ</mml:mi>
                        <mml:mi>l</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>l</mml:mi>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Note that the posterior probability of label <inline-formula><mml:math><mml:mi> l </mml:mi></mml:math></inline-formula> given the neighborhood features <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> N </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined as:</p>
        <disp-formula id="FD13">
          <label>(13)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mtable columnalign="left">
                <mml:mtr columnalign="left">
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>P</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>l</mml:mi>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msubsup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mi>Z</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mi>exp</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:munder>
                              <mml:mo>∑</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>j</mml:mi>
                                <mml:mo>∈</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>N</mml:mi>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:munder>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>V</mml:mi>
                                <mml:mi>c</mml:mi>
                              </mml:msub>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>l</mml:mi>
                                  <mml:mo>,</mml:mo>
                                  <mml:msubsup>
                                    <mml:mi>x</mml:mi>
                                    <mml:mi>j</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mo>(</mml:mo>
                                        <mml:mi>t</mml:mi>
                                        <mml:mo>)</mml:mo>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msubsup>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mstyle>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
              </mml:mtable>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>5) Use <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> l </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to update the parameters:</p>
        <disp-formula id="FD14">
          <label>(14)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mtable columnalign="left">
                <mml:mtr columnalign="left">
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                        <mml:mi>l</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:msub>
                              <mml:mo>∑</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mi>t</mml:mi>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>l</mml:mi>
                                  <mml:mo>|</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>y</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>y</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mstyle>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:msub>
                              <mml:mo>∑</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mi>t</mml:mi>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>l</mml:mi>
                                  <mml:mo>|</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>y</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mstyle>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
              </mml:mtable>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD15">
          <label>(15)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mtable columnalign="left">
                <mml:mtr columnalign="left">
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msubsup>
                                <mml:mi>σ</mml:mi>
                                <mml:mi>l</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>t</mml:mi>
                                      <mml:mo>+</mml:mo>
                                      <mml:mn>1</mml:mn>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msubsup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:msub>
                              <mml:mo>∑</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mi>t</mml:mi>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>l</mml:mi>
                                  <mml:mo>|</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>y</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:msub>
                                        <mml:mi>y</mml:mi>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                      </mml:msub>
                                      <mml:mo>−</mml:mo>
                                      <mml:msubsup>
                                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                                        <mml:mi>l</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mrow>
                                            <mml:mo>(</mml:mo>
                                            <mml:mrow>
                                              <mml:mi>t</mml:mi>
                                              <mml:mo>+</mml:mo>
                                              <mml:mn>1</mml:mn>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>)</mml:mo>
                                          </mml:mrow>
                                        </mml:mrow>
                                      </mml:msubsup>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mstyle>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:msub>
                              <mml:mo>∑</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mi>t</mml:mi>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>l</mml:mi>
                                  <mml:mo>|</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>y</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mstyle>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
              </mml:mtable>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>In the previous assumption, the intensity distribution of each region to be segmented follows a Gaussian distribution with parameters <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . However, this assumption is insufficient to capture the complexity of object intensity distributions in real-world scenarios. In contrast, a Gaussian Mixture Model (GMM) is more powerful than a single Gaussian distribution for modeling complex distributions. A Gaussian Mixture Model with <inline-formula><mml:math><mml:mi> g </mml:mi></mml:math></inline-formula> components can be represented by the parameters:</p>
        <disp-formula id="FD16">
          <label>(16)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mtable columnalign="left">
                <mml:mtr columnalign="left">
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>θ</mml:mi>
                        <mml:mi>l</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>{</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>μ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>l</mml:mi>
                                  <mml:mo>,</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>σ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>l</mml:mi>
                                  <mml:mo>,</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>w</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>l</mml:mi>
                                  <mml:mo>,</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>μ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>l</mml:mi>
                                  <mml:mo>,</mml:mo>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>σ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>l</mml:mi>
                                  <mml:mo>,</mml:mo>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>w</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>l</mml:mi>
                                  <mml:mo>,</mml:mo>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>}</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
              </mml:mtable>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>GMM now has weighted probabilities:</p>
        <disp-formula id="FD17">
          <label>(17)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mtable columnalign="left">
                <mml:mtr columnalign="left">
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>G</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>min</mml:mtext>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mo>;</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>θ</mml:mi>
                            <mml:mi>l</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:munderover>
                        <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                          <mml:mo>∑</mml:mo>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                      </mml:munderover>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>w</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>l</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mi>G</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mo>;</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>μ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>l</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>c</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>l</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>c</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>.</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
              </mml:mtable>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>In our experiment, we suppose <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , but we turn the m step of the em algorithm [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>] into a Gaussian mixture model fitting problem. In fact, the GMM fitting problem itself can also be solved with the EM algorithm. In E-step, we determine which data should belong to which Gaussian component; In M-step, we recalculate the GMM parameters. By integrating the grayscale distribution modeling ability of the Gaussian hybrid model and the spatial constraints of the hidden Markov random field, the initial coarse segmentation of the three-dimensional volume data is realized.</p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot2">
        <title>2.2. Level Set Segmentation Model</title>
        <p>Li <italic>et al</italic>. [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] proposed a variational level set framework for segmenting images and correcting intensity inhomogeneity. Now we consider a 3D grayscale image <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> I </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:msup><mml:mi> R </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on a given image domain <inline-formula><mml:math><mml:mi> Ω </mml:mi></mml:math></inline-formula> , for a voxel <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> x </mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> Ω </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the image <inline-formula><mml:math><mml:mi> I </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we define the local energy as:</p>
        <disp-formula id="FD18">
          <label>(18)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>e</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mstyle>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>K</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>I</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                              </mml:mstyle>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>b</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                <mml:mi>y</mml:mi>
                              </mml:mstyle>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>c</mml:mi>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mstyle>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mi> K </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a kernel function with a standard deviation of <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , truncated by a Gaussian function defined by:</p>
        <disp-formula id="FD19">
          <label>(19)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>K</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mstyle>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:msup>
                            <mml:mtext>e</mml:mtext>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mo>|</mml:mo>
                                        <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                          <mml:mi>u</mml:mi>
                                        </mml:mstyle>
                                        <mml:mo>|</mml:mo>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>/</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mi>σ</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>|</mml:mo>
                            <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                              <mml:mi>u</mml:mi>
                            </mml:mstyle>
                            <mml:mo>|</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>≤</mml:mo>
                          <mml:mi>ρ</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>|</mml:mo>
                            <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                              <mml:mi>u</mml:mi>
                            </mml:mstyle>
                            <mml:mo>|</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>&gt;</mml:mo>
                          <mml:mi>ρ</mml:mi>
                          <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mi> ρ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the radius, the spherical neighborhood centered on <inline-formula><mml:math><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> y </mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> . <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a normalization constant that makes <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mo> ∫ </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> K </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> u </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> u </mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>The local energy <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> e </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> x </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be equivalently expressed as the following calculation function in actual numerical calculations:</p>
        <disp-formula id="FD20">
          <label>(20)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>e</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mstyle>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mi>K</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>c</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mi>I</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>b</mml:mi>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mi>K</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>c</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mi>K</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is the convolutional operation, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> K </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> x </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mo> ∫ </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> K </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> y </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> − </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> x </mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> y </mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>We define the following global energy as a data fitting term:</p>
        <disp-formula id="FD21">
          <label>(21)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>E</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:munderover>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:munderover>
                <mml:mrow>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>Ω</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mstyle displaystyle="true">
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>∫</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>K</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                        <mml:mi>y</mml:mi>
                                      </mml:mstyle>
                                      <mml:mo>−</mml:mo>
                                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                        <mml:mi>x</mml:mi>
                                      </mml:mstyle>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mo>|</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mi>I</mml:mi>
                                          <mml:mrow>
                                            <mml:mo>(</mml:mo>
                                            <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                              <mml:mi>x</mml:mi>
                                            </mml:mstyle>
                                            <mml:mo>)</mml:mo>
                                          </mml:mrow>
                                          <mml:mo>−</mml:mo>
                                          <mml:mi>b</mml:mi>
                                          <mml:mrow>
                                            <mml:mo>(</mml:mo>
                                            <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                              <mml:mi>y</mml:mi>
                                            </mml:mstyle>
                                            <mml:mo>)</mml:mo>
                                          </mml:mrow>
                                          <mml:msub>
                                            <mml:mi>c</mml:mi>
                                            <mml:mi>i</mml:mi>
                                          </mml:msub>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo>|</mml:mo>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                                  <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                    <mml:mi>x</mml:mi>
                                  </mml:mstyle>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mstyle>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                <mml:mi>y</mml:mi>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>∈</mml:mo>
              <mml:mi>Ω</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> ϕ </mml:mi></mml:math></inline-formula> be the level set function. We consider the image domain <inline-formula><mml:math><mml:mi> Ω </mml:mi></mml:math></inline-formula> being divided into two disjoint regions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . In this case, the regions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are represented by their membership functions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> H </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> H </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , respectively, where <inline-formula><mml:math><mml:mi> H </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Heaviside function, and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mi> ϵ </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the derivative of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> H </mml:mi><mml:mi> ϵ </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Defined as follows:</p>
        <disp-formula id="FD22">
          <label>(22)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mi>ϵ</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>π</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mtext>arctan</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mi>ϵ</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD23">
          <label>(23)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
                <mml:mi>ϵ</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>H</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mi>ϵ</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mi>π</mml:mi>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>ϵ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϵ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Then the energy in (21) can be expressed in the following level set formulation:</p>
        <disp-formula id="FD24">
          <label>(24)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>E</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:munderover>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:munderover>
                <mml:mrow>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>Ω</mml:mi>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mstyle displaystyle="true">
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>∫</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>K</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                        <mml:mi>y</mml:mi>
                                      </mml:mstyle>
                                      <mml:mo>−</mml:mo>
                                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                        <mml:mi>x</mml:mi>
                                      </mml:mstyle>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mo>|</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mi>I</mml:mi>
                                          <mml:mrow>
                                            <mml:mo>(</mml:mo>
                                            <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                              <mml:mi>x</mml:mi>
                                            </mml:mstyle>
                                            <mml:mo>)</mml:mo>
                                          </mml:mrow>
                                          <mml:mo>−</mml:mo>
                                          <mml:mi>b</mml:mi>
                                          <mml:mrow>
                                            <mml:mo>(</mml:mo>
                                            <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                              <mml:mi>y</mml:mi>
                                            </mml:mstyle>
                                            <mml:mo>)</mml:mo>
                                          </mml:mrow>
                                          <mml:msub>
                                            <mml:mi>c</mml:mi>
                                            <mml:mi>i</mml:mi>
                                          </mml:msub>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo>|</mml:mo>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                                  <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                    <mml:mi>y</mml:mi>
                                  </mml:mstyle>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mstyle>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>M</mml:mi>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                              </mml:mstyle>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                <mml:mi>y</mml:mi>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>∈</mml:mo>
              <mml:mi>Ω</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Two regularizations <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℒ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ℛ </mml:mi><mml:mi> p </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are introduced:</p>
        <disp-formula id="FD25">
          <label>(25)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>ℒ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>∇</mml:mo>
                        <mml:mi>H</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:mstyle>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD26">
          <label>(26)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ℛ</mml:mi>
                <mml:mi>p</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>∇</mml:mo>
                            <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:mstyle>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD27">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>In summary, the variational level set framework is:</p>
        <disp-formula id="FD28">
          <label>(27)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>E</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:munderover>
                      <mml:mo>∑</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>=</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:munderover>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mo>∫</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mstyle displaystyle="true">
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>K</mml:mi>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mo>(</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                            <mml:mi>y</mml:mi>
                                          </mml:mstyle>
                                          <mml:mo>−</mml:mo>
                                          <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                            <mml:mi>x</mml:mi>
                                          </mml:mstyle>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo>)</mml:mo>
                                      </mml:mrow>
                                      <mml:msup>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mrow>
                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                            <mml:mrow>
                                              <mml:mi>I</mml:mi>
                                              <mml:mrow>
                                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                                <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                                  <mml:mi>x</mml:mi>
                                                </mml:mstyle>
                                                <mml:mo>)</mml:mo>
                                              </mml:mrow>
                                              <mml:mo>−</mml:mo>
                                              <mml:mi>b</mml:mi>
                                              <mml:mrow>
                                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                                <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                                  <mml:mi>y</mml:mi>
                                                </mml:mstyle>
                                                <mml:mo>)</mml:mo>
                                              </mml:mrow>
                                              <mml:msub>
                                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                              </mml:msub>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                          </mml:mrow>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                      </mml:msup>
                                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                        <mml:mi>y</mml:mi>
                                      </mml:mstyle>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mstyle>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>M</mml:mi>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>(</mml:mo>
                                  <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                    <mml:mi>x</mml:mi>
                                  </mml:mstyle>
                                  <mml:mo>)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mtext>d</mml:mtext>
                            <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:mstyle>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mstyle>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>ν</mml:mi>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mi>Ω</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>δ</mml:mi>
                          <mml:mi>ϵ</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                              </mml:mstyle>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>∇</mml:mo>
                            <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                              </mml:mstyle>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>|</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>μ</mml:mi>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mi>Ω</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>p</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>|</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>∇</mml:mo>
                                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>|</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>∈</mml:mo>
                  <mml:mi>Ω</mml:mi>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mi> ν </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> μ </mml:mi></mml:math></inline-formula> are constants greater than zero. The above equation is minimized by the gradient descent method</p>
        <disp-formula id="FD29">
          <label>(28)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
                <mml:mi>ϵ</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>e</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>e</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ν</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
                <mml:mi>ϵ</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>d</mml:mi>
              <mml:mi>i</mml:mi>
              <mml:mi>ν</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∇</mml:mo>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>|</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>∇</mml:mo>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>|</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>μ</mml:mi>
              <mml:mi>d</mml:mi>
              <mml:mi>i</mml:mi>
              <mml:mi>ν</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>d</mml:mi>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>|</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>∇</mml:mo>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>|</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>∇</mml:mo>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> d </mml:mi><mml:mi> p </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> s </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≜ </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> s </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> s </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Fixing <inline-formula><mml:math><mml:mi> ϕ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> b </mml:mi></mml:math></inline-formula> , so that the energy <inline-formula><mml:math><mml:mi> E </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the least optimal <inline-formula><mml:math><mml:mi> c </mml:mi></mml:math></inline-formula> is defined</p>
        <disp-formula id="FD30">
          <label>(29)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mover accent="true">
                  <mml:mi>c</mml:mi>
                  <mml:mo>^</mml:mo>
                </mml:mover>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>b</mml:mi>
                            <mml:mo>∗</mml:mo>
                            <mml:mi>K</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>I</mml:mi>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mstyle mathsize="normal" mathvariant="bold">
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mstyle mathsize="normal" mathvariant="bold">
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>b</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>∗</mml:mo>
                            <mml:mi>K</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mstyle mathsize="normal" mathvariant="bold">
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mstyle mathsize="normal" mathvariant="bold">
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>i</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD31">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mstyle>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>M</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Fixing <inline-formula><mml:math><mml:mi> ϕ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> c </mml:mi></mml:math></inline-formula> , so that the energy <inline-formula><mml:math><mml:mi> E </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the smallest optimal <inline-formula><mml:math><mml:mi> b </mml:mi></mml:math></inline-formula> defined as:</p>
        <disp-formula id="FD32">
          <label>(30)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>I</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>J</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mi>K</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>J</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mi>K</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD33">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>J</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>c</mml:mi>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </sec>
      <sec id="sec2dot3">
        <title>2.3. Implementation</title>
        <p>As we all know, the level set is sensitive to initialization. Now we directly map the coarse segmentation label matrix <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> X </mml:mi><mml:mtext> * </mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to the initial implicit function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the level set, avoiding the subjectivity of the traditional level set to manually set the initial contour. The level set function is initialized as follows :</p>
        <disp-formula id="FD34">
          <label>(31)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>c</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>X</mml:mi>
                            <mml:mtext>*</mml:mtext>
                          </mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>c</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>X</mml:mi>
                            <mml:mtext>*</mml:mtext>
                          </mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mn>2.</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a constant, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> X </mml:mi><mml:mtext> * </mml:mtext></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the background region, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> X </mml:mi><mml:mtext> * </mml:mtext></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the target region, and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an arbitrary voxel of the image domain <inline-formula><mml:math><mml:mi> Ω </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>The main steps of the proposed model are as follows :</p>
        <p>1) Find the label <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> X </mml:mi><mml:mtext> * </mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>2) Based on the label result, initialize the level set function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> using the expression (31).</p>
        <p>3) Evolve the level set using Equation (28), and then update <inline-formula><mml:math><mml:mi> c </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> b </mml:mi></mml:math></inline-formula> according to Equations (29) and (30).</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec3">
      <title>3. Experimental Results</title>
      <p>In this section, we will verify the ability of our method to segment ICT volume data. In this paper, let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the value range of the length parameter is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ν </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0.005 </mml:mn><mml:mo> × </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn> 255 </mml:mn></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0.02 </mml:mn><mml:mo> × </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn> 255 </mml:mn></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and the parameter of the Gaussian kernel function is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Naturally, the length parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> ν </mml:mi></mml:math></inline-formula> can be adjusted according to the types of segmented images. The general rule of setting <inline-formula><mml:math><mml:mi> ν </mml:mi></mml:math></inline-formula> is: when you need to extract a smaller object, take a smaller value; if you need to segment a larger target, take a larger value. When the image is seriously uneven, a smaller <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is used.</p>
      <p>Tubular precision components, such as cylinders, are crucial in automobile manufacturing. Therefore, combined with the proposed segmentation method, accurate point cloud data can be obtained, making the error smaller. The car engine CT data and teapot CT data used in this paper are provided by the open scientific visualization data set (https://klacansky.com/open-scivis-datasets/category-ct.html).</p>
      <p><xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1</xref><xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1</xref> shows the two-dimensional segmentation results of the proposed model for ICT volume data slice 27, slice 70, and slice 99 of engine cylinder samples (image size is 256 × 256 × 100). The segmentation details of these three slices are shown and compared with the segmentation results of HMRF-EM [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>] (first column) and Li [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] (second column). In fact, our model can accurately identify the engine cylinder, depict the edge of the object, and detect tiny holes and thin walls to achieve superior segmentation performance. <xref ref-type="fig" rid="fig3">Figure 3(a)</xref> is the three-dimensional display of the engine segmentation results.</p>
      <p><xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2</xref><xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2</xref> shows the two-dimensional segmentation results of the proposed model for the ICT volume data slice2 and slice10 of the teapot sample (the image size is 256 × 256 × 11), showing the segmentation details of the two slices. The first column represents the initial contour (HMRF-EM), the second and third </p>
      <fig id="fig1">
        <label>Figure 1</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1114708-rId271.jpeg?20260112021440" />
      </fig>
      <p><xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1</xref><bold>.</bold> Segmentation results of slices 27, 70, and 99 of the engine cylinder ICT volume data (image size 256 × 256 × 100).</p>
      <fig id="fig2">
        <label>Figure 2</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1114708-rId272.jpeg?20260112021440" />
      </fig>
      <p><xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2</xref><bold>.</bold> The segmentation process of the proposed model (image size is 256 × 256 × 11).</p>
      <fig id="fig3">
        <label>Figure 3</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1114708-rId273.jpeg?20260112021440" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 3</bold><bold>.</bold> The 3D display of the segmentation results of simulated engine cylinder and teapot ICT volume data.</p>
      <p>columns represent the segmentation in the intermediate process, and the fourth column shows the final evolution result of the LS function. It can be seen that the initial contour does not fully fit the edge of the teapot, but as the number of level set iterations increases, the segmentation results gradually become clear and tend to be stable. <xref ref-type="fig" rid="fig3">Figure 3(b)</xref> shows the three-dimensional display of the teapot segmentation results.</p>
    </sec>
    <sec id="sec4">
      <title>4. Conclusion</title>
      <p>In this paper, a two-stage 3D volume data segmentation method combining GMM-HMRF and level set is proposed. The initial coarse segmentation with spatial continuity is realized by GMM-HMRF, which provides a reliable initial contour for the level set. Then, the optimized level set model is used to realize the fine optimization of the boundary, which effectively solves the problem of insufficient segmentation accuracy of the traditional method in the gray uneven and fuzzy boundary data. Experiments on real industrial CT data show that the proposed method is superior to the existing comparison methods in segmentation accuracy, robustness and efficiency. It can accurately extract the target area in three-dimensional volume data and provide high-quality segmentation results for subsequent tasks in the fields of medical image analysis and industrial detection.</p>
      <p>Future work can further explore the multi-scale GMM-HMRF model to adapt to more complex grayscale distribution; at the same time, the parameter adaptive strategy of the level set energy function is optimized to improve the generalization ability of the algorithm in different types of volume data.</p>
    </sec>
    <sec id="sec5">
      <title>Acknowledgements</title>
      <p>This work was supported by the high-level course “Algorithms and Data Structures” at Sichuan University of Science and Engineering.</p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="B1">
        <label>1.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Peng, J., Li, W., Liao, S. and Zhu, Y. (2024) Microcrack Segmentation of 3D CT Images Based on Multi-Task Learning. <italic>IEEE</italic><italic>Access</italic>, 12, 138192-138200. https://doi.org/10.1109/access.2024.3431529 <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/access.2024.3431529</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1109/access.2024.3431529">https://doi.org/10.1109/access.2024.3431529</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Peng, J.</string-name>
              <string-name>Li, W.</string-name>
              <string-name>Liao, S.</string-name>
              <string-name>Zhu, Y.</string-name>
            </person-group>
            <year>2024</year>
            <article-title>Microcrack Segmentation of 3D CT Images Based on Multi-Task Learning</article-title>
            <source>IEEE Access</source>
            <volume>12</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/access.2024.3431529</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B2">
        <label>2.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Yang, F., Zhang, D., Huang, K., Shi, W. and Wang, X. (2018) Scattering Estimation for Cone-Beam CT Using Local Measurement Based on Compressed Sensing. <italic>IEEE</italic><italic>Transactions</italic><italic>on</italic><italic>Nuclear</italic><italic>Science</italic>, 65, 941-949. https://doi.org/10.1109/tns.2018.2803739 <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tns.2018.2803739</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1109/tns.2018.2803739">https://doi.org/10.1109/tns.2018.2803739</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Yang, F.</string-name>
              <string-name>Zhang, D.</string-name>
              <string-name>Huang, K.</string-name>
              <string-name>Shi, W.</string-name>
              <string-name>Wang, X.</string-name>
            </person-group>
            <year>2018</year>
            <article-title>Scattering Estimation for Cone-Beam CT Using Local Measurement Based on Compressed Sensing</article-title>
            <source>IEEE Transactions on Nuclear Science</source>
            <volume>65</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tns.2018.2803739</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B3">
        <label>3.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Tang, S., Huang, K., Cheng, Y., Mou, X. and Tang, X. (2018) Optimization Based Beam-Hardening Correction in CT under Data Integral Invariant Constraint. <italic>Physics</italic><italic>in</italic><italic>Medicine</italic><italic>&amp;</italic><italic>Biology</italic>, 63, Article ID: 135015. https://doi.org/10.1088/1361-6560/aaca14 <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1361-6560/aaca14</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29863486</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1088/1361-6560/aaca14">https://doi.org/10.1088/1361-6560/aaca14</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Tang, S.</string-name>
              <string-name>Huang, K.</string-name>
              <string-name>Cheng, Y.</string-name>
              <string-name>Mou, X.</string-name>
              <string-name>Tang, X.</string-name>
            </person-group>
            <year>2018</year>
            <article-title>Optimization Based Beam-Hardening Correction in CT under Data Integral Invariant Constraint</article-title>
            <source>Physics in Medicine &amp; Biology</source>
            <volume>63</volume>
            <fpage>135015</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1361-6560/aaca14</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">29863486</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B4">
        <label>4.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Liu, C., Liu, W. and Xing, W. (2019) A Weighted Edge-Based Level Set Method Based on Multi-Local Statistical Information for Noisy Image Segmentation. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Visual</italic><italic>Communication</italic><italic>and</italic><italic>Image</italic><italic>Representation</italic>, 59, 89-107. https://doi.org/10.1016/j.jvcir.2019.01.001 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jvcir.2019.01.001</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jvcir.2019.01.001">https://doi.org/10.1016/j.jvcir.2019.01.001</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Liu, C.</string-name>
              <string-name>Liu, W.</string-name>
              <string-name>Xing, W.</string-name>
            </person-group>
            <year>2019</year>
            <article-title>A Weighted Edge-Based Level Set Method Based on Multi-Local Statistical Information for Noisy Image Segmentation</article-title>
            <source>Journal of Visual Communication and Image Representation</source>
            <volume>59</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jvcir.2019.01.001</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B5">
        <label>5.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Zheng, J., Zhang, D., Huang, K. and Sun, Y. (2018) A CBCT Series Slice Image Segmentation Method. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>X-Ray</italic><italic>Science</italic><italic>and</italic><italic>Technology</italic>: <italic>Clinical</italic><italic>Applications</italic><italic>of</italic><italic>Diagnosis</italic><italic>and</italic><italic>Therapeutics</italic>, 26, 815-832. https://doi.org/10.3233/xst-180393 <pub-id pub-id-type="doi">10.3233/xst-180393</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30040790</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3233/xst-180393">https://doi.org/10.3233/xst-180393</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Zheng, J.</string-name>
              <string-name>Zhang, D.</string-name>
              <string-name>Huang, K.</string-name>
              <string-name>Sun, Y.</string-name>
            </person-group>
            <year>2018</year>
            <article-title>A CBCT Series Slice Image Segmentation Method</article-title>
            <source>Journal of X-Ray Science and Technology: Clinical Applications of Diagnosis and Therapeutics</source>
            <volume>26</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.3233/xst-180393</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">30040790</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B6">
        <label>6.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Qian Zhao, Y., Hong Wang, X., Fang Wang, X. and Shih, F.Y. (2014) Retinal Vessels Segmentation Based on Level Set and Region Growing. <italic>Pattern</italic><italic>Recognition</italic>, 47, 2437-2446. https://doi.org/10.1016/j.patcog.2014.01.006 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.patcog.2014.01.006</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.patcog.2014.01.006">https://doi.org/10.1016/j.patcog.2014.01.006</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Zhao, Y.</string-name>
              <string-name>Wang, X.</string-name>
              <string-name>Wang, X.</string-name>
              <string-name>Shih, F.Y.</string-name>
            </person-group>
            <year>2014</year>
            <article-title>Retinal Vessels Segmentation Based on Level Set and Region Growing</article-title>
            <source>Pattern Recognition</source>
            <volume>47</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.patcog.2014.01.006</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B7">
        <label>7.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Zheng, J., Tang, C. and Sun, Y. (2024) Thresholding-Accelerated Convolutional Neural Network for Aeroengine Turbine Blade Segmentation. <italic>Expert</italic><italic>Systems</italic><italic>with</italic><italic>Applications</italic>, 238, Article ID: 122387. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2023.122387 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.eswa.2023.122387</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.eswa.2023.122387">https://doi.org/10.1016/j.eswa.2023.122387</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Zheng, J.</string-name>
              <string-name>Tang, C.</string-name>
              <string-name>Sun, Y.</string-name>
            </person-group>
            <year>2024</year>
            <article-title>Thresholding-Accelerated Convolutional Neural Network for Aeroengine Turbine Blade Segmentation</article-title>
            <source>Expert Systems with Applications</source>
            <volume>238</volume>
            <fpage>122387</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.eswa.2023.122387</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B8">
        <label>8.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Zhang, W., Wang, X., You, W., Chen, J., Dai, P. and Zhang, P. (2020) RESLS: Region and Edge Synergetic Level Set Framework for Image Segmentation. <italic>IEEE</italic><italic>Transactions</italic><italic>on</italic><italic>Image</italic><italic>Processing</italic>, 29, 57-71. https://doi.org/10.1109/tip.2019.2928134 <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tip.2019.2928134</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">31331891</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1109/tip.2019.2928134">https://doi.org/10.1109/tip.2019.2928134</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Zhang, W.</string-name>
              <string-name>Wang, X.</string-name>
              <string-name>You, W.</string-name>
              <string-name>Chen, J.</string-name>
              <string-name>Dai, P.</string-name>
              <string-name>Zhang, P.</string-name>
            </person-group>
            <year>2020</year>
            <article-title>RESLS: Region and Edge Synergetic Level Set Framework for Image Segmentation</article-title>
            <source>IEEE Transactions on Image Processing</source>
            <volume>29</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tip.2019.2928134</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">31331891</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B9">
        <label>9.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Liu, G., Jiang, Y., Chang, B. and Liu, D. (2022) Superpixel-Based Active Contour Model via a Local Similarity Factor and Saliency. <italic>Measurement</italic>, 188, Article ID: 110442. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110442 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.measurement.2021.110442</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110442">https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110442</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Liu, G.</string-name>
              <string-name>Jiang, Y.</string-name>
              <string-name>Chang, B.</string-name>
              <string-name>Liu, D.</string-name>
            </person-group>
            <year>2022</year>
            <article-title>Superpixel-Based Active Contour Model via a Local Similarity Factor and Saliency</article-title>
            <source>Measurement</source>
            <volume>188</volume>
            <fpage>110442</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.measurement.2021.110442</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B10">
        <label>10.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Braga, A.M., Marques, R.C.P., Medeiros, F.N.S., Neto, J.F.S.R., Bianchi, A.G.C., Carneiro, C.M., <italic>et al.</italic>(2021) Hierarchical Median Narrow Band for Level Set Segmentation of Cervical Cell Nuclei. <italic>Measurement</italic>, 176, Article ID: 109232. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109232 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.measurement.2021.109232</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109232">https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109232</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Braga, A.M.</string-name>
              <string-name>Marques, R.C.P.</string-name>
              <string-name>Medeiros, F.N.S.</string-name>
              <string-name>Neto, J.F.S.R.</string-name>
              <string-name>Bianchi, A.G.C.</string-name>
              <string-name>Carneiro, C.M.</string-name>
            </person-group>
            <year>2021</year>
            <article-title>Hierarchical Median Narrow Band for Level Set Segmentation of Cervical Cell Nuclei</article-title>
            <source>Measurement</source>
            <volume>176</volume>
            <fpage>109232</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.measurement.2021.109232</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B11">
        <label>11.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Daimary, D., Bora, M.B., Amitab, K. and Kandar, D. (2020) Brain Tumor Segmentation from MRI Images Using Hybrid Convolutional Neural Networks. <italic>Procedia</italic><italic>Computer</italic><italic>Science</italic>, 167, 2419-2428. https://doi.org/10.1016/j.procs.2020.03.295 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.procs.2020.03.295</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.procs.2020.03.295">https://doi.org/10.1016/j.procs.2020.03.295</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Daimary, D.</string-name>
              <string-name>Bora, M.B.</string-name>
              <string-name>Amitab, K.</string-name>
              <string-name>Kandar, D.</string-name>
            </person-group>
            <year>2020</year>
            <article-title>Brain Tumor Segmentation from MRI Images Using Hybrid Convolutional Neural Networks</article-title>
            <source>Procedia Computer Science</source>
            <volume>167</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.procs.2020.03.295</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B12">
        <label>12.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Ranjbarzadeh, R., Bagherian Kasgari, A., Jafarzadeh Ghoushchi, S., Anari, S., Naseri, M. and Bendechache, M. (2021) Brain Tumor Segmentation Based on Deep Learning and an Attention Mechanism Using MRI Multi-Modalities Brain Images. <italic>Scientific</italic><italic>Reports</italic>, 11, Article No. 10930. https://doi.org/10.1038/s41598-021-90428-8 <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41598-021-90428-8</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">34035406</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1038/s41598-021-90428-8">https://doi.org/10.1038/s41598-021-90428-8</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Ranjbarzadeh, R.</string-name>
              <string-name>Kasgari, A.</string-name>
              <string-name>Ghoushchi, S.</string-name>
              <string-name>Anari, S.</string-name>
              <string-name>Naseri, M.</string-name>
              <string-name>Bendechache, M.</string-name>
            </person-group>
            <year>2021</year>
            <article-title>Brain Tumor Segmentation Based on Deep Learning and an Attention Mechanism Using MRI Multi-Modalities Brain Images</article-title>
            <source>Scientific Reports</source>
            <volume>11</volume>
            <elocation-id>No</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41598-021-90428-8</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">34035406</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B13">
        <label>13.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Huang, K., Li, Z., Tang, S., Zeng, Y., Ye, W. and Yang, F. (2024) A Level-Set Method with the 3D Multiplicative-Additive Model for CT Volume Data Segmentation. <italic>Measurement</italic>, 229, Article ID: 114442. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.114442 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.measurement.2024.114442</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.114442">https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.114442</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Huang, K.</string-name>
              <string-name>Li, Z.</string-name>
              <string-name>Tang, S.</string-name>
              <string-name>Zeng, Y.</string-name>
              <string-name>Ye, W.</string-name>
              <string-name>Yang, F.</string-name>
            </person-group>
            <year>2024</year>
            <article-title>A Level-Set Method with the 3D Multiplicative-Additive Model for CT Volume Data Segmentation</article-title>
            <source>Measurement</source>
            <volume>229</volume>
            <fpage>114442</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.measurement.2024.114442</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B14">
        <label>14.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Osher, S. and Sethian, J.A. (1988) Fronts Propagating with Curvature-Dependent Speed: Algorithms Based on Hamilton-Jacobi Formulations. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Computa</italic><italic>tional</italic><italic>Physics</italic>, 79, 12-49. https://doi.org/10.1016/0021-9991(88)90002-2 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0021-9991(88)90002-2</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/0021-9991(88)90002-2">https://doi.org/10.1016/0021-9991(88)90002-2</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Osher, S.</string-name>
              <string-name>Sethian, J.A.</string-name>
            </person-group>
            <year>1988</year>
            <article-title>Fronts Propagating with Curvature-Dependent Speed: Algorithms Based on Hamilton-Jacobi Formulations</article-title>
            <source>Journal of Computational Physics</source>
            <volume>9991</volume>
            <issue>88</issue>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0021-9991(88)90002-2</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B15">
        <label>15.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Paragios, N. and Deriche, R. (2000) Geodesic Active Contours and Level Sets for the Detection and Tracking of Moving Objects. <italic>IEEE</italic><italic>Transactions</italic><italic>on</italic><italic>Pattern</italic><italic>Analysis</italic><italic>and</italic><italic>Machine</italic><italic>Intelligence</italic>, 22, 266-280. https://doi.org/10.1109/34.841758 <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/34.841758</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1109/34.841758">https://doi.org/10.1109/34.841758</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Paragios, N.</string-name>
              <string-name>Deriche, R.</string-name>
            </person-group>
            <year>2000</year>
            <article-title>Geodesic Active Contours and Level Sets for the Detection and Tracking of Moving Objects</article-title>
            <source>IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence</source>
            <volume>22</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/34.841758</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B16">
        <label>16.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="confproc">Fubin He, and Yi Sun, (2015) Segmentation of Noisy CT Volume Data Using Improved 3D Chan-Vese Model. 2015 <italic>IEEE</italic> 7 <italic>th International Conference on Awareness Science and Technology</italic> ( <italic>iCAST</italic>), Qinhuangdao, 22-24 September 2015, 31-36. https://doi.org/10.1109/icawst.2015.7314016 <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/icawst.2015.7314016</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1109/icawst.2015.7314016">https://doi.org/10.1109/icawst.2015.7314016</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="confproc">
            <year>2015</year>
            <article-title>Segmentation of Noisy CT Volume Data Using Improved 3D Chan-Vese Model</article-title>
            <source>2015 IEEE 7th International Conference on Awareness Science and Technology (iCAST)</source>
            <volume>22</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/icawst.2015.7314016</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B17">
        <label>17.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Lei Zhang, and Qiang Ji, (2010) Image Segmentation with a Unified Graphical Model. <italic>IEEE</italic><italic>Transactions</italic><italic>on</italic><italic>Pattern</italic><italic>Analysis</italic><italic>and</italic><italic>Machine</italic><italic>Intelligence</italic>, 32, 1406-1425. https://doi.org/10.1109/tpami.2009.145 <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tpami.2009.145</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20558874</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1109/tpami.2009.145">https://doi.org/10.1109/tpami.2009.145</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <year>2010</year>
            <article-title>Image Segmentation with a Unified Graphical Model</article-title>
            <source>IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence</source>
            <volume>32</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tpami.2009.145</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">20558874</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B18">
        <label>18.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Wang, Q. and Boyer, K.L. (2012) The Active Geometric Shape Model: A New Robust Deformable Shape Model and Its Applications. <italic>Computer</italic><italic>Vision</italic><italic>and</italic><italic>Image</italic><italic>Understanding</italic>, 116, 1178-1194. https://doi.org/10.1016/j.cviu.2012.08.004 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cviu.2012.08.004</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.cviu.2012.08.004">https://doi.org/10.1016/j.cviu.2012.08.004</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Wang, Q.</string-name>
              <string-name>Boyer, K.L.</string-name>
            </person-group>
            <year>2012</year>
            <article-title>The Active Geometric Shape Model: A New Robust Deformable Shape Model and Its Applications</article-title>
            <source>Computer Vision and Image Understanding</source>
            <volume>116</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cviu.2012.08.004</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B19">
        <label>19.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Wang, Q. (2012) GMM-Based Hidden Markov Random Field for Color Image and 3D Volume Segmentation. arXiv: 1212.4527.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Wang, Q.</string-name>
            </person-group>
            <year>2012</year>
            <article-title>GMM-Based Hidden Markov Random Field for Color Image and 3D Volume Segmentation</article-title>
            <fpage>1212</fpage>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B20">
        <label>20.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Wang, Q. (2012) HMRF-EM-Image: Implementation of the Hidden Markov Random Field Model and Its Expectation-Maximization Algorithm. <italic>Computer Science</italic>, 94, 222-233.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Wang, Q.</string-name>
            </person-group>
            <year>2012</year>
            <article-title>HMRF-EM-Image: Implementation of the Hidden Markov Random Field Model and Its Expectation-Maximization Algorithm</article-title>
            <source>Computer Science</source>
            <volume>94</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B21">
        <label>21.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Li, C.M., Huang, R., Ding, Z.H., Gatenby, J.C., Metaxas, D.N. and Gore, J.C. (2011) A Level Set Method for Image Segmentation in the Presence of Intensity Inhomogeneities with Application to MRI. <italic>IEEE</italic><italic>Transactions</italic><italic>on</italic><italic>Image</italic><italic>Processing</italic>, 20, 2007-2016. https://doi.org/10.1109/tip.2011.2146190 <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tip.2011.2146190</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21518662</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1109/tip.2011.2146190">https://doi.org/10.1109/tip.2011.2146190</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Li, C.M.</string-name>
              <string-name>Huang, R.</string-name>
              <string-name>Ding, Z.H.</string-name>
              <string-name>Gatenby, J.C.</string-name>
              <string-name>Metaxas, D.N.</string-name>
              <string-name>Gore, J.C.</string-name>
            </person-group>
            <year>2011</year>
            <article-title>A Level Set Method for Image Segmentation in the Presence of Intensity Inhomogeneities with Application to MRI</article-title>
            <source>IEEE Transactions on Image Processing</source>
            <volume>20</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tip.2011.2146190</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">21518662</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>