基于超像素和随机游走的交互式分割算法

交互式图像分割通过先验信息指导获取图像中人们感兴趣的部分,但是现有算法无法在效率和精度上实现平衡,为了解决此问题,提出了一种基于超像素和随机游走的快速交互式分割算法（random walk on superpixel,SPRW）。首先,将图像预分割为具有局部相似性的超像素区域,使用像素颜色均值对超像素区域表示;其次,根据人工标记的先验信息建立F-B图结构,扩展随机游走的范围,并使用随机游走的方法求解,获得硬分割结果;最后,针对分割结果的边界不光滑问题,提出改进的抠图算法（fast robust matting,FRB）进行二次处理,得到软分割结果。在BSD500和MSRC数据集上的实验证实,所提出的硬分割方法与其他算法在时间和平均交并比等指标上有较大优势;在Alpha Matting数据集上的实验充分证实所提出的软算法在提高效率的同时精度也有一定的提升;此外,在生活照更换背景的实验上展现了该算法的应用价值。     

惰性随机游走视觉显著性检测算法

目的 鉴于随机游走过程对人类视觉注意力的良好描述能力,提出一种基于惰性随机游走的视觉显著性检测算法。方法 首先通过对背景超像素赋予较大的惰性因子,即以背景超像素作为惰性种子节点,在由图像超像素组成的无向图上演化惰性随机游走过程,获得初始显著性图;然后利用空间位置先验及颜色对比度先验信息对初始显著图进行修正;最终通过基于前景的惰性随机游走产生鲁棒的视觉显著性检测结果。结果 为验证算法有效性,在MSRA-1000数据库上进行了仿真实验,并与主流相关算法进行了定性与定量比较。本文算法的Receiver ROC（operating characteristic）曲线及F值均高于其他相关算法。结论 与传统基于随机过程的显著性检测算法相比,普通随机游走过程无法保证收敛到稳定状态,本文算法从理论上有效克服了该问题,提高了算法的适用性;其次,本文算法通过利用视觉转移的往返时间来刻画显著性差异,在生物视觉的模拟上更加合理贴切,与普通随机游走过程采用的单向转移时间相比,效果更加鲁棒。     

一种快速鲁棒核空间图形模糊聚类分割算法

针对现有鲁棒图形模糊聚类算法难以满足强噪声干扰下大幅面图像快速分割的需要，提出一种快速鲁棒核空间图形模糊聚类分割算法。该算法将欧氏空间样本通过核函数映射至高维空间；采用待分割图像中像素邻域的灰度和空间等信息构建线性加权滤波图像，对其进行鲁棒核空间图形模糊聚类；并引入当前聚类像素与其邻域像素均值所对应的二维直方图信息，获得鲁棒核空间图形模糊聚类快速迭代表达式。对大幅面图像添加高斯和椒盐噪声进行分割测试，实验结果表明:本文算法相比基于图形模糊聚类等分割算法的分割性能、抗噪鲁棒性和实时性有了显著提高。     

快速鲁棒核空间模糊聚类分割

目的 传统模糊C-均值聚类应用于图像分割仅考虑像素本身的聚类问题,无法克服噪声干扰对图像分割结果的影响,不利于受到噪声干扰的工业图像、医学影像和高分遥感影像等进行目标提取、识别和解译。嵌入像素空间邻域信息或局部信息的鲁棒模糊C-均值聚类分割算法是近年来图像分割理论研究中的热点课题。为此,针对现有的鲁棒核空间模糊聚类算法非常耗时且抑制噪声能力弱、不适合强噪声干扰下大幅面图像快速分割等问题,提出一种快速鲁棒核空间模糊聚类分割算法。方法 利用待分割图像中像素邻域的灰度信息和空间位置等信息构建线性加权滤波图像,对其进行鲁棒核空间模糊聚类。为了进一步提高算法实时性,引入当前聚类像素与其邻域像素均值所对应的2维直方图信息,构造一种基于2维直方图的鲁棒核空间模糊聚类快速分割最优化数学模型,采用拉格朗日乘子法获得图像分割的像素聚类迭代表达式。结果 对大幅面图像添加一定强度的高斯、椒盐以及混合噪声,以及未加噪标准图像的分割测试结果表明,本文算法比基于邻域空间约束的核模糊C-均值聚类等算法的峰值信噪比至少提高1.5 dB,误分率降低约5%,聚类性能评价的划分系数提高约10%,运行速度比核模糊C-均值聚类和基于邻域空间约束的鲁棒核模糊C-均值聚类算法至少提高30%,与1维直方图核空间模糊C-均值聚类算法具有相当的时间开销,所得分割结果具有较好的主观视觉效果。结论 通过理论分析和实验验证,本文算法相比现有空间邻域信息约束的鲁棒核空间模糊聚类等算法具有更强的抗噪鲁棒性、更优的分割性能和实时性,对大幅面遥感、医学等影像快速解译具有积极的促进作用,能更好地满足实时性要求较高场合的图像分割需要。     

耦合先验拉普拉斯坐标的半监督图像分割算法

针对传统半监督图像分割方法难以精确分割分散或细小区域的缺陷,提出了一种耦合标签先验和拉普拉斯坐标模型的半监督图像分割算法。首先,扩展拉普拉斯坐标（LC）模型,通过引入标签先验项进一步精确表征未标记像素点与已标记像素点之间的关系。然后,基于矩阵方程的求导优化,有效估计像素属于标签的后验概率,以实现图像目标分割的任务。得益于标签先验的引入,所提算法对分散或细小区域的分割更加鲁棒。最后,在多个公开的半监督分割数据集上实验结果表明,相比拉普拉斯坐标算法,所提算法的分割准确率获得了显著提升,验证了所提算法的有效性。     

一种前景和背景提取相结合的图像显著性检测

为了获得更加精细化的显著目标检测结果,提出一种结合前景和背景信息的图像显著目标检测算法,将自底向上的粗糙显著区域提取和基于流形查询的自顶向下背景权重图的计算整合到统一的优化框架内.粗糙显著图主要融合了更符合生物心理学规则的局部对比图、频率先验图和全局颜色分布图这3个先验图;在背景权重图的计算中,首先根据超像素分割图构建一个无向图的邻接矩阵,然后基于边界背景先验知识选择位于图像边界的一些超像素作为初始流形查询向量进行图节点间关联度的传播计算,得到背景权重图.在MSRA1000和ECSSD这2个基准数据集上与当前主要的10种算法进行了对比实验,结果体现了文中算法的优异性.     

结合非局部信息与图割的图像分割算法

基于图割的交互式图像分割方法从图像背景中分离出前景目标,在图像处理和计算机视觉领域引起了广泛的关注.为了进一步提高分割精度,提出一种结合图像非局部信息和图割的交互式图像分割算法.在建模图像非局部信息时为每个像素点设置一个固定大小的搜索窗口,每个像素点只需考虑与搜索窗口内像素之间的关系;计算非局部像素对之间相似性时采用图像片替代像素,通过图像片之间的相似性替代像素之间的相似性,以表征图像的非局部信息;将图像非局部信息引入到图割框架中,在传统能量函数的边界项将图像的局部信息与非局部信息合并,组成结合局部非局部信息的新的能量项;构图时新添加一组边集?非局部边集来表示图像的非局部信息,再通过最大流/最小割算法求解得到最终的分割结果.最后通过实验验证了该算法的有效性和可行性.     

基于改进的相似度度量的谱聚类图像分割方法

针对传统谱聚类图像分割方法存在分割准确度不够高的缺点,提出一种基于改进的相似度度量的谱聚类图像分割方法。该方法首先使用超像素分割算法将图像预分割为一定数目的超像素集合,并构建以超像素为节点的图;然后融合超像素的协方差描述子、颜色信息、纹理信息、梯度信息以及边缘信息作为超像素的特征来度量超像素间的相似性,进而得到超像素的相似度矩阵;最后使用NJW算法对超像素图进行分割。大量的实验结果验证表明,改进的分割方法在分割精度上优于目前存在的无监督分割方法,并且在交互式分割的模式下,该方法可以准确分割出用户指定的目标。     

基于改进随机游走算法的阴影与遮挡处理方法

将交互式分割算法与Kalman滤波器结合,提出基于Kalman滤波器的随机游走算法,并将其用于解决交通视频监控中的阴影与遮挡问题.首先利用Kalman滤波器的预测信息对随机游走的计算区域进行精简,并提取标记节点用于分割阴影和遮挡目标;然后利用随机游走的分割结果为Kalman滤波器提供精确的观测信息,以更新滤波器参数.同时,使用基于车底阴影的随机游走算法对目标进行初始分割,以获取Kalman滤波器需要的初始状态向量.实验结果证明,文中算法能够解决运动目标阴影与遮挡问题,并且目标分割平均正确率大于94%,算法满足实时性要求.     

多先验融合的显著性检测

为解决基于背景先验的显著性检测算法在检测复杂背景图像时存在误检问题,提出多先验融合的显著性检测算法.首先,将图像分割成四种不同的超像素尺度,根据流形排序算法计算出不同尺度的边界显著图,并进行线性融合得到最终边界先验;其次,利用边界信息得到背景种子,进而利用距离和元胞自动机融合得到背景先验;然后通过颜色归一化处理,计算出...     

基于改进马尔可夫随机场的钢轨缺陷分割

为提高钢轨缺陷分割对噪声的鲁棒性,提出一种基于改进马尔可夫随机场(MRF)的钢轨缺陷分割方法。利用背景差分法对灰度进行预处理,消除灰度分布不均的干扰。对模糊if-then规则的前提部分采用马尔可夫随机场来利用图像中的空间约束,结果部分指定像素距离图算法,通过使用马尔可夫随机场(MRF)在相邻像素图像之间并入局部空间信息,推导出新的自适应模糊集和MRF相结合的钢轨表面缺陷自动分割方法。建立标准的FCM、GMM和该方法的钢轨缺陷分割对比实验,验证了算法的有效性和优越性。     

基于多节点拓扑重叠测度高阶MRF模型的图像分割

针对低阶马尔科夫随机场(Markov random field, MRF)模型难以有效表达自然图像中复杂的先验知识而造成误分割问题, 提出一种基于多节点拓扑重叠测度高阶MRF模型(Higher-order MRF model with multi-node topological overlap measure, MTOM-HMRF)的图像分割方法. 首先, 为描述图像局部区域内多像素蕴含的复杂空间拓扑结构信息, 利用多节点拓扑重叠测度建立图像局部区域的高阶先验模型; 其次, 利用较大的局部区域包含更多的标签节点信息能力, 基于Pairwise MRF模型建立基于局部区域的部分二阶Potts先验模型, 提高分割模型的抗噪能力; 再次, 为有效描述观察图像场与其标签场的似然特征分布, 研究利用局部区域内邻接像素的Hamming距离引入图像局部空间相关性, 建立局部空间一致性约束的高斯混合分布; 最后, 基于MRF框架建立用于图像分割的多节点拓扑重叠测度高阶MRF模型, 采用Gibbs采样算法对提出模型进行优化. 实验结果表明, 提出模型不仅能有效抵抗图像强噪声和复杂的纹理突变干扰, 鲁棒性更好, 而且具有更准确的图像分割结果.     

基于图像片马尔科夫随机场的脑MR图像分割算法

传统的高斯混合模型（Gaussian mixture model,GMM）算法在图像分割中未考虑像素的空间信息,导致其对于噪声十分敏感.马尔科 夫随机场（Markov random field,MRF）模型通过像素类别标记的Gibbs分布先验概率引入了图像的空间信息,能较好地分割含有噪声的图 像,然而MRF模型的分割结果容易出现过平滑现象.为了解决上述缺陷,提出了一种新的基于图像片权重方法的马 尔科夫随机场图像分割模型,对邻域内的不同图像片根据相似度赋予不同的权重,使其在克服噪声影响的同时能 保持图像细节信息.同时,采用KL距离引入先验概率与后验概率关于熵的惩罚项,并对该惩罚项进行平滑,得到 最终的分割结果.实验结果表明,算法具有较强的自适应性,能够有效克服噪声对于分割结果的影响,并获得较高的分割精度.     

VBI-MRF model for image segmentation

In statistical image segmentation, the distribution of pixel values is usually assumed to be Gaussian and the optimal result is believed to be the one that has maximum a posteriori (MAP) probability. In spite of its prevalence and computational efficiency, the Gaussian assumption, however, is not always strictly followed, and hence may lead to less accurate results. Although the variational Bayes inference (VBI), in which statistical model parameters are also assumed to be random variables, has been widely used, it can hardly handle the spatial information embedded in pixels. In this paper, we incorporate spatial smoothness constraints on pixels labels interpreted by the Markov random field (MRF) model into the VBI process, and thus propose a novel statistical model called VBI-MRF for image segmentation. We evaluated our algorithm against the variational expectation-maximization (VEM) algorithm and the hidden Markov random field (HMRF) model and MAP-MRF model based algorithms on both noise-corrupted synthetic images and mosaics of natural texture. Our pilot results suggest that the proposed algorithm can segment images more accurately than other three methods and is capable of producing robust image segmentation.     

鲁棒空间约束的模糊聚类图像分割

目的 为进一步提高分割精度,在模糊聚类的基础上引入统计信息,提出一种鲁棒型空间约束的模糊聚类分割算法。方法 基于局部空间信息的先验概率与后验概率,提出一种新型空间约束项,并通过卷积操作提高运行效率;进而引入负对数联合概率作为测度函数,进一步提高算法对于各像素点所属类别的甄别能力;同时将测度函数与空间约束项整合至目标函数中,通过迭代更新各参数达到最小化目标函数的目的。结果 对于合成图像的实验结果表明,本文算法对于噪声类型和噪声强度具有较强的鲁棒性;对于彩色图像的实验结果表明,在适当的特征描述符的辅助下,本文算法也能够获得令人满意的分割结果和较高的分割精度。结论 本文算法克服了现有算法的缺陷,进一步提升了图像的分割精度。其适用于分割带噪声图像,且在适当纹理特征的辅助下分割彩色图像,与同类算法的比较实验结果验证了本文算法的有效性。     

基于像素聚类的超声图像分割

B型心脏超声图像分割是计算心功能参数前重要的一步。针对超声图像的低分辨率影响分割精度及基于模型的分割算法需要大样本训练集的问题,结合B型心脏超声图像的先验知识,提出了一种基于像素聚类进行图像分割的算法。首先,通过各向异性扩散处理图像;然后,使用一维K-均值对像素进行聚类;最后,根据聚类结果和先验知识将像素值修改为最佳类中心像素值。理论分析表明该算法可以使图像的峰值信噪比（PSNR）达到最大值。实验结果表明：所提算法比大津算法等更准确,PSNR较大津算法提高11.5%;即使在单张图像上也可以进行分割,且适应于分割任意形状的超声图像,有利于更准确地计算各种心功能参数。