基于超像素的多主体图像交互分割

目的 为解决多主体图像的交互分割问题,在保证分割效果的前提上,提高分割的效率,达到实时交互修改分割结果的目的, 提出基于超像素的图像多主体交互分割算法.方法 基于图像的超像素构造一个多层流网络,利用用户交互绘制的简单笔画给出多主体分割的指导信息.流网络的边权值保证利用图割算法将图像分割成多个部分后,每个部分代表图像的一个主体.允许用户交互给出标记,实时修改分割结果,直到得到满意的多主体分割.结果 通过实验显示,本文方法能得到的满意多主体分割结果,而且时间效率较高.对分辨率为449×275的图像,算法能在1 s内给出结果,满足实时修改的要求.结论 基于超像素建立的图规模较小,能大大减少图割算法的运行时间,达到用户实时交互添加新笔画信息,交互地修正分割结果的目的.利用超像素的边界信息,用户只需输入比较简单的笔画信息,分割算法就能得到正确的多主体分割结果.     

模糊相关图割的非监督层次化彩色图像分割

目的 基于阈值的分割方法能根据像素的信息将图像划分为同类的区域,其中常用的最大模糊相关分割方法,因能利用模糊相关度量划分的适当性,得到较好的分割结果,而广受关注。然而该算法存在划分数需预先确定,阈值的分割结果存在孤立噪声,无法对彩色图像实施分割的问题。为此,提出基于模糊相关图割的非监督层次化分割策略来解决该问题。方法 算法首先将图像划分为若干超像素,以提高层次化图像分割的效率;随后将快速模糊相关算法与图割结合,构成模糊相关图割2-划分算子,在确保分割效率的基础上,解决单一阈值分割存在孤立噪声的问题;最后设计了自顶向下层次化分割策略,利用构建的2-划分算子选择合适的区域及通道,迭代地对超像素实施层次化分割,直到算法收敛,划分数自动确定。结果 对Berkeley分割数据库上300幅图像进行了测试,结果表明算法能有效分割彩色图像,分割精度优于Ncut、JSEG方法,运行时间较这两种方法也提高了近20%。结论 本文算法为最大模糊相关算法在非监督彩色图像分割领域的应用提供指导依据,能用于目标检测和识别领域。     

具有纹理感知能力的超像素分割方法

目的 超像素分割是计算机视觉领域常用的一项预处理技术,目标是将相邻像素聚集成为具有一定语义的子区域,能够大幅度降低后续处理的计算复杂度,但是对包含强梯度纹理的图像分割效果不佳,为此提出一种具有纹理感知能力的超像素分割方法。方法 提出一种能够区分强梯度噪声和纹理像素的颜色距离,其中利用带方向的1/4圆形窗口均值滤波后的颜色信息,提升包含强梯度噪声和纹理图像的超像素分割性能。利用区间梯度幅值与Sobel梯度幅值相乘得到混合梯度幅值,具有纹理抑制、结构保持以及边缘线条细的优点,能够提升超像素的贴合边缘性能,增强超像素形状规则程度。最后,利用混合梯度的幅值计算具有结构回避能力的综合聚类距离,进一步防止超像素跨越物体的边界,增强超像素的贴边性能。结果 在BSDS500（Berkeley segmentation dataset 500）图像数据集和强纹理马赛克图像等不同类型图像上的测试结果显示,与目前主流的超像素分割方法相比,本文算法在UE （undersegmentation error）、ASA （achievable segmentation accuracy）和CM （compactness measure）等性能指标上分别提高了1.5%、0.2%和4.3%。从视觉效果上看,能够在排除纹理干扰的情况下生成结构边缘贴合程度更好的形状规则超像素。结论 本文算法在包含强梯度纹理图像上的超像素分割性能优于对比方法,在目标识别、目标追踪和显著性检测等易受强梯度干扰的技术领域具有较大应用潜力。     

利用Kolmogorov-Smirnov统计的区域化图像分割

目的 为了在未知或无法建立图像模型的情况下,实现统计图像分割,提出一种结合Voronoi几何划分、K-S(Kolmogorov-Smirnov)统计以及M-H(Metropolis-Hastings)算法的图像分割方法.方法 首先利用Voronoi划分将图像域划分成不同的子区域,而每个子区域为待分割同质区域的一个组成部分,并利用K-S统计定义类属异质性势能函数,然后应用非约束吉布斯表达式构建概率分布函数,最后采用M-H算法进行采样,从而实现图像分割.结果 采用本文算法,分别对模拟图像、合成图像、真实光学和SAR图像进行分割实验,针对模拟图像和合成图像,分割结果精度均达到98%以上,取得较好的分割结果.结论 提出基于区域的图像分割算法,由于该算法中图像分割模型的建立无需原先假设同质区域内像素光谱测度的概率分布,因此提出算法具有广泛的适用性.为未知或无法建立图像模型的统计图像分割提供了一种新思路.     

结合区域协方差分析的图像显著性检测

目的 图像显著性检测的目的是为了获得高质量的能够反映图像不同区域显著性程度的显著图,利用图像显著图可以快速有效地处理图像中的视觉显著区域。图像的区域协方差分析将图像块的多维特征信息表述为一个协方差矩阵,并用协方差距离来度量两个图像块特征信息的差异大小。结合区域协方差分析,提出一种新的图像显著性检测方法。方法 该方法首先将输入的图像进行超像素分割预处理;然后基于像素块的区域协方差距离计算像素块的显著度;最后对像素块进行上采样用以计算图像像素点的显著度。结果 利用本文显著性检测方法对THUS10000数据集上随机选取的200幅图像进行了显著性检测并与4种不同方法进行了对比,本文方法估计得到的显著性检测结果更接近人工标定效果,尤其是对具有复杂背景的图像以及前背景颜色接近的图像均能达到较好的检测效果。结论 本文方法将图像像素点信息和像素块信息相结合,避免了单个噪声像素点引起图像显著性检测的不准确性,提高了检测精确度;同时,利用协方差矩阵来表示图像特征信息,避免了特征点的数量、顺序、光照等对显著性检测的影响。该方法可以很好地应用到显著目标提取和图像分割应用中。     

融合T节点线索的图像物体分割

目的 图像分割是计算机视觉、数字图像处理等应用领域首要解决的关键问题。针对现有的单幅图像物体分割算法广泛存在的过分割和过合并现象,提出基于图像T型节点线索的图像物体分割算法。方法 首先,利用L0梯度最小化方法平滑目标图像,剔除细小纹理的干扰;其次,基于Graph-based分割算法对平滑后图像进行适度分割,得到粗糙分割结果;最后,借助于图像中广泛存在的T型节点线索对初始分割块进行区域合并得到最终优化分割结果。结果 将本文算法分别与Grabcut算法及Graph-based算法在不同场景类型下进行了实验与对比。实验结果显示,Grabcut算法需要人工定位边界且一次只能分割单个物体,Graph-based算法综合类内相似度和类间差异性,可以有效保持图像边界,但无法有效控制分割块数量,且分割结果对阈值参数过分依赖,极易导致过分割和过合并现象。本文方法在降低过分割和过合并现象、边界定位精确性和分割准确率方面获得明显改进,几组不同类型的图片分割准确率平均值达到91.16%,明显由于其他算法。处理图像尺寸800×600像素的图像平均耗时3.5 s,较之其他算法略有增加。结论 与各种算法对比结果表明,该算法可有效解决过分割和过合并问题,对比实验结果验证了该方法的有效性,能够取得具有一定语义的图像物体分割结果。     

集成相异性准则与熵率超像素的图像分割模型

目的 高精度图像分割是生物医学图像处理中的一个重要问题。在磁共振成像过程中,噪声和强度不均匀很大程度影响图像分割的精度。因此,提出了一种基于相异性准则熵率超像素的多模态高精度图像分割网络。方法 采用熵率超像素分割算法对多模态图像进行预分割得到超像素块,提出新的融合算法对其重新编号,建立超像素图,该图中的每一个超像素块构成无向图的一个结点;利用每个结点的灰度值提取特征向量,通过相异性权重判断结点间的相关性,构建相邻结点的特征序列;将特征序列作为双向长短期记忆模型（bi-directional long short-term memory,BiLSTM）的输入,经过训练和测试,得到最终的分割结果。结果 本文方法在BrainWeb、MRBrainS和BraTS2017数据集上与主流算法进行了对比。在BrainWeb数据集上,本文方法的像素精度（pixel accuracy,PA）和骰子相似系数（Dice similarity coefficient,DSC）分别为98.93%、97.71%,比LSTM-MA （LSTM method with multi-modality and adjacency constraint）提升了1.28%、2.8%。在MRBrainS数据集上,本文方法的PA为92.46%,DSC为84.74%,比LSTM-MA提升了0.63%、1.44%。在BraTS2017数据集上,本文方法的PA和DSC上分别为98.80%,99.47%,也取得了满意的分割结果。结论 提出的分割网络在多模态图像分割应用中,获得了较好的分割结果,对图像强度不均匀和噪声有较好的鲁棒性。     

肺实质CT图像细化分割

目的 由于肺部CT图像中各组织结构复杂、灰度分布不均匀,造成肺实质部分难以准确分割和提取。为了提高肺实质分割的准确率,本文提出了一种基于超像素的细化分割与模糊C均值聚类相结合的自动分割算法。方法 该算法充分利用肺部CT图像的灰度、纹理特征,同时为了正确标记超像素的分类,引入一种空间邻域信息来增强空间约束进而有效地解决灰度不均匀的问题,它能够对肺实质进行分割并除去其周围的主血管,然后利用形态学知识去除肺部的分支血管。结果 在临床患有四类疾病的患者CT图像数据集上采用改进的图像特征,使得肺实质分割的准确率提高了0.8%。同时,算法准确率提高到99.46%。结论 实验结果表明,本文算法能够实现肺部CT图像肺实质的自动细化分割,结果准确适用。该算法鲁棒性好、速度快,是一种精确有效的自动肺实质分割方法。     

曲线笔触渲染的图像风格迁移

目的 针对GANILLA、Paint Transformer、StrokeNet等已有的风格迁移算法存在生成图像笔触丢失、线条灵活度低以及训练时间长等问题,提出一种基于曲线笔触渲染的图像风格迁移算法。方法 首先按照自定义的超像素数量将图像前景分割为小区域的子图像,保留更多图像细节,背景分割为较大区域的子图像,再对分割后的每个子区域选取控制点,采用Bezier方程对控制点进行多尺度笔触生成,最后采用风格迁移算法将渲染后的图像与风格图像进行风格迁移。结果 与AST （arbitrary style transfer）方法相比,本文方法在欺骗率指标上提升了0.13,测试者欺骗率提升了0.13。与Paint Transformer等基于笔触渲染的算法对比,本文能够在纹理丰富的前景区域生成细粒度笔触,在背景区域生成粗粒度笔触,保存更多的图像细节。结论 与GANILLA、AdaIN （adaptive instance normalization）等风格迁移算法相比,本文采用图像分割算法取点生成笔触参数,无需训练,不仅提高了算法效率,而且生成的多风格图像保留风格化图像的笔触绘制痕迹,图像色彩鲜明。     

多主体框架下结合最大期望值和遗传算法的SAR图像分割

目的 SAR图像中固有的相干斑噪声增加了图像分割的困难.为此,提出一种分布式SAR图像分割算法.方法 首先假设图像中同质区域内像素满足同一独立的Gamma分布,依此建立SAR图像模型;为了刻画SAR图像中像素的类属性,建立标号场的MRF(Markov Random Field)模型;在Bayesian理论框架下建立图像分割模型;在多主体系统(MAS)框架下,结合MRF模型和遗传算法(GA)模拟分割模型.MAS结构由分割主体和协调主体组成,其中分割主体利用最大期望值( EM)算法估计MRF模型参数,从而实现全局分割;协调主体利用GA实现全局最优.结果 为了验证提出方法的有效性,分别对模拟和RADARSAT-I/II SAR图像进行实验,并与EM和RJMCMC算法比较.本文算法的用户精度、产品精度、总精度及kappa系数均高于EM算法.定性和定量分析结果验证了本文算法的鲁棒性和有效性.结论 实验结果表明提出的分布式MAS框架下SAR图像分割方法,能够提高分割精度.该方法适用于中高分辨率单极化的SAR图像,且具有很好的抗噪性.     

渐进式前景更新和区域关联的图像协同分割

目的 图像协同分割技术是通过多幅参考图像以实现前景目标与背景区域的分离，并已被广泛应用于图像分类和目标识别等领域中。不过，现有多数的图像协同分割算法只适用于背景变化较大且前景几乎不变的环境。为此，提出一种新的无监督协同分割算法。方法 本文方法是无监督式的，在分级图像分割的基础上通过渐进式优化框架分别实现前景和背景模型的更新估计，同时结合图像内部和不同图像之间的分级区域相似度关联进一步增强上述模型估计的鲁棒性。该无监督的方法不需要进行预先样本学习，能够同时处理两幅或多幅图像且适用于同时存在多个前景目标的情况，并且能够较好地适应前景物体类的变化。结果 通过基于iCoseg和MSRC图像集的实验证明，该算法无需图像间具有显著的前景和背景差异这一约束，与现有的经典方法相比更适用于前景变化剧烈以及同时存在多个前景目标等更为一般化的图像场景中。结论 该方法通过对分级图像分割得到的超像素外观分布分别进行递归式估计来实现前景和背景的有效区分，并同时融合了图像内部以及不同图像区域之间的区域关联性来增加图像前景和背景分布估计的一致性。实验表明当前景变化显著时本文方法相比于现有方法具有更为鲁棒的表现。     

Superpixel Generation by Agglomerative Clustering With Quadratic Error Minimization

Superpixel segmentation is a popular image pre‐processing technique in many computer vision applications. In this paper, we present a novel superpixel generation algorithm by agglomerative clustering with quadratic error minimization. We use a quadratic error metric (QEM) to measure the difference of spatial compactness and colour homogeneity between superpixels. Based on the quadratic function, we propose a bottom‐up greedy clustering algorithm to obtain higher quality superpixel segmentation. There are two steps in our algorithm: merging and swapping. First, we calculate the merging cost of two superpixels and iteratively merge the pair with the minimum cost until the termination condition is satisfied. Then, we optimize the boundary of superpixels by swapping pixels according to their swapping cost to improve the compactness. Due to the quadratic nature of the energy function, each of these atomic operations has only O(1) time complexity. We compare the new method with other state‐of‐the‐art superpixel generation algorithms on two datasets, and our algorithm demonstrates superior performance.     

超像素分割算法研究综述

超像素能够捕获图像冗余信息, 降低后续处理任务复杂度, 已受到了国内外研究者的日益关注。首先分析了超像素分割领域的发展现状, 以基于图论的方法和基于梯度下降的方法为视角, 对现有超像素分割方法进行归纳和论述。在此基础上, 就目前常用的超像素分割算法进行了实验对比, 分析各自的优势和不足。最后, 对超像素分割技术的最新应用进行了介绍和展望。     

An review on superpixels generation algorithms

Superpixel segmentation is the oversegmentation of an image into a set of homogeneous regions. Superpixel has many specific properties and has been commonly used as supporting regions for primitives to reduce computations in various computer vision tasks. One property of superpixels is compactness, which is preferred in some applications. In this paper, we give an review on image superpixel segmentation algorithms proposed in recent years. Superpixel segmentation approaches are classified based on the compactness constraint and their main idea are introduced. We also compare these algorithms in visual and evaluate them with five common measurements.     

结合RGB三维直方图和DBSCAN算法的图像分割

合并超像素生成大面积同质区对目标检测、跟踪和识别及遥感影像处理具有现实意义。在合并过程中,要求超像素具有良好的边缘保持性,传统的超像素分割方法追求形状规则而忽略边缘的贴合度。有鉴于此,提出一种基于RGB三维直方图结合DBSCAN的图像分割方法。首先分析图像三维RGB直方图获取边缘贴合度很高的初始超像素,进而选择适当的特征值利用DBSCAN算法对超像素合并以生成较大同质区。实验证明：新方法获取超像素的边缘保持性和运算效率都优于传统方法,采用DBSCAN合并超像素时,其分割精度有明显提升,而且同质区边缘更加准确。     

一种改进的快速SLIC分割算法

近年来,超像素算法被应用到计算机视觉的各个领域。超像素捕获图像冗余信息,降低图像后续处理的复杂度。超像素分割作为图像的预处理过程需要满足图像处理的实时性和准确性。在SLIC算法的框架下,所提算法的主要目的是提高超像素分割的效率;通过原图像降尺度过程,提取原图像中少量像素,生成降尺度图像;利用SLIC算法对降尺度图像进行超像素分割;初次超像素分割之后,根据降尺度图像的分割结果对原图像中像素进行K近邻分类,实现原图像的超像素最终分割结果。实验表明,对于同一处理对象,在准确度相近的状态下,本算法处理速度高于SLIC算法。     

基于密度峰值搜索聚类的超像素分割算法

本文提出了一种新的基于密度峰值搜索聚类的超像素分割算法.首先在图像平面内的局部区域内估计像素的局部密度.其次为每个像素寻找一个距离最近的大密度像素并计算两个属性:距离和归属.之后根据距离和归属将所有像素组织成一个归属关系树,该树反映了像素之间的归属关系.然后选择局部密度和距离较大的像素作为超像素的种子,并标记在归属关系树中.最后在归属关系树中搜索距离每个像素最近的超像素种子为其分配标记,实现超像素分割.该算法有两个优势:超像素分割过程无需迭代优化,计算速度非常快;可以精确控制超像素的数目和大小,使用灵活.与其它9种同类算法的对比实验表明:文中算法在边缘召回率、欠分割误差、可达分割精度、计算和存储复杂性方面表现出比较优越的性能.     

High precision image segmentation algorithm using SLIC and neighborhood rough set

A high precision image segmentation algorithm using SLIC and neighborhood rough set is proposed. The algorithm mainly includes two stages: the stage of superpixel generation and the mergence stage based on neighborhood rough set. In superpixel generation stage, based on L-channel color histogram and its peak, the scheme of initial superpixel number generation is proposed according to the complexity of the image itself. For inaccuracy segmentation edge of SLIC caused by isolated pixels, the compactness factor is appropriately increased before they are generated. After that, the scheme of reclassifying each isolated pixel is proposed just relying on the color space. In superpixel mergence stage based on neighborhood rough set, the texture information using the gray level co-occurrence matrix is introduced into the feature representation of superpixel. It can reduce the dependence of color feature and improve the accuracy of the mergence. By constructing the information table, the neighborhood granule of each superpixel is acquired under the neighborhood threshold. Finally, the superpixels within the neighborhood granule are merged on the basis of the spatial adjacency between superpixels. In Berkeley segmentation data set, compared with the SLIC algorithm, the schemes of initial superpixel number generation and the isolated pixels processing are proved to be effective. Furthermore, the experiments demonstrate that the proposed algorithm can produce high-quality and high-precision image segmentation results in comparison with the SLIC-based image segmentation algorithms on three standard metrics.