基于有偏场的光栅图像模糊聚类分割算法*

针对有偏场环境下带有光栅的散焦图像分割问题,提出了一种新的基于有偏场估计的模糊聚类分割算法。通过建立依赖于有偏场的模糊聚类目标函数,导出了基于灰度以及邻域灰度均值的聚类中心、模糊聚类函数以及有偏场估计的迭代算法;并在该算法生成的初始分割基础上,利用膨胀算子对分类结果进行细化。该方法较好地处理了传统模糊聚类对有偏场下光栅图像分割精度下降的问题。实验结果表明,基于有偏场的模糊聚类算法能有效分割光栅图像,其分割精度优于传统模糊聚类和阈值法。     

偏置场下光栅图像的目标轮廓特征点检测方法

文章目标是解决有偏场环境下带有光栅图像的目标轮廓特征点检测问题。针对目标轮廓特征检测中存在的有偏光照环境和光栅模式,提出了一个两步解决方案。首先采用一种新的基于有偏场估计的图像模糊聚类迭代算法,对原灰度图像进行分割;接着,利用Harris特征检测器提取分割后目标图像的候选特征点,并在Harris特征检测算法中提出了基于特征响应函数直方图的罚值选择方法。实验结果表明,在光栅纹理和偏置场并存情况下,该文提出的方法优于传统Harris角检测器,解决了传统Harris角检测在该特定环境下所面临的精度下降问题。文章提出的算法可用于偏置场环境下光栅图像目标形状分析。     

光照鲁棒的模糊C均值聚类显微图像分割

传统的模糊C均值FCM聚类图像分割算法在显微图像分割中由于没有考虑光照不均匀的影响而降低了分割的效果,为此,提出了一种光照鲁棒的FCM显微图像分割算法。该算法用正交基函数的线性组合模拟不均匀光照,并引入到FCM算法的目标函数中,进行图像的模糊分割。算法不仅降低了非均匀光照对分割效果的影响,还可以同步估计不均匀光照场。实验结果表明,该方法非常有效。     

一种基于小波变换的无监督纹理分割算法

提出了一种基于小波变换和均值偏移的无监督纹理图像分割算法。首先用小波变换对图像进行二级小波分解,然后用均值偏移算法估计出粗尺度上对应的聚类数目,并结合模糊c均值算法进行聚类,在此基础上,用定义的阈值函数和Fisher判据确定出细尺度上每个初始聚类中心的一个同组,从而实现图像的由粗到细的分割。实验结果表明,在分割精度相差不大的情况下,该方法解决了传统聚类方法所存在的需要聚类数目和对初始聚类中心敏感问题。     

二型模糊融合的尺度约束多分辨率FCM分割

针对传统多分辨率模糊聚类图像分割算法的不足,提出了将二型模糊应用于多分辨率模糊聚类图像分割的新方法.将最粗尺度图像的聚类中心作为下一较细分辨率图像的初始聚类中心,并采用较粗分辨率图像聚类的类内最大距离对细分辨率图像的模糊聚类目标函数进行约束.对较小的粗分辨率图像进行了模糊隶属度扩展,得到一组隶属度值,再采用二型模糊算法有效融合该隶属度集合,完成聚类分割.实验结果表明,该算法能有效实现目标区域分离,获得理想分割效果.     

基于MS-FCM算法的MR图像分割方法

针对传统模糊C-均值(FCM)聚类算法在分割低信噪比图像时准确性较差的问题,提出一种用于MR图像分割的改进算法MS-FCM。针对脑部MR图像相邻像素属于同一分类的模糊隶属度相近的特性,在迭代过程中对隶属度数据集进行滤波,以降低噪声对聚类精度的影响。模拟脑部MR图像和临床脑部MR图像的分割实验证明,该算法可以提高图像分割精度。     

基于改进模糊C均值聚类的光伏面板红外图像分割

红外图像具有对比度低和信噪比低等特点,这对红外光伏面板图像的分割始终是一个巨大的挑战.为了解决传统的模糊C均值（FCM）聚类算法易受到初始聚类中心不确定的影响和不考虑空间信息的问题,提出了一种基于模糊C均值改进的聚类分割算法,该算法利用直方图的特点确定初始聚类中心,同时在传统的模糊C均值（FCM）和模糊核C均值算法（KFCM）的基础上,利用像素之间的空间信息和邻域像素之间的关系改进传统FCM聚类目标函数,从而推导出新的目标函数.实验结果表明,该算法在分割质量和效果上与Otsu算法、文献[20]的自适应k-means算法及模糊核C均值算法（KFCM）相比,过分割和错分割率明显降低,且分割效果非常接近手动分割图.     

基于捕食者—食饵微粒群优化的二维FCM图像分割方法

传统模糊C均值聚类算法进行图像分割时仅利用了像素的灰度信息,没有考虑像素的空间邻域信息,因此抗噪性能差．为了克服传统模糊C均值聚类算法的局限性,提出了一种基于捕食者—食饵微粒群算法的二维模糊C均值聚类图像分割方法．该方法将图像的聚类分割转化为一个优化问题,根据像素的灰度信息和改进二维直方图描述的像素邻域关系特性,建立包含邻域信息的适应度函数,并利用捕食者—食饵微粒群的全局优化能力,通过迭代优化获得最优聚类中心,实现图像分割．仿真结果表明,所提算法不易陷入局部最优,抗噪能力强,聚类正确性高,分割效果好,是一种有效的图像分割算法．     

基于核聚类算法和模糊Markov随机场模型的脑部MR图像的分割

为了更有效地对被噪声污染的脑部MR图像进行分割,提出了一种基于模糊核聚类和模糊Markov随机场的脑部MR图像分割算法。该算法在使用高斯径向基函数的核聚类目标函数中,引入了基于Markov随机场的补偿项,作为分割算法的空间约束。这种空间补偿项用Gibbs分布描述,实际上是一种归一化的核函数,其和用来度量灰度特征的核函数的形式是相似的,并且这种空间约束利用了分割结果的模糊信息。这种基于核函数和Markov随机场模型的算法克服了传统聚类以及核聚类算法的缺陷,不仅提出了更加合理的空间约束, 而且改善了原有的分割模型,因此可以得到更加分段光滑的聚类结果。通过对合成图像、模拟MR图像以及临床MR图像进行的分割实验以及和标准分割结果的比较表明,该算法优于相关算法,可以有效地分割被污染的MR图像。     

基于粒子群的改进模糊聚类图像分割算法

基于粒子群优化的改进模糊聚类图像分割算法将微粒群搜索聚类中心作为图像分割的聚类初值,克服了FCM分割算法对聚类中心初值敏感的缺点,大幅提高了图像分割算法的计算速度。改进的模糊聚类图像分割算法,一方面考虑到像素的空间位置信息和相互邻域之间像素有很大的相关性,在目标函数中引入邻域惩罚函数;另一方面提出聚类在二维方向上进行更新的思想,建立了包含邻域单元熵的新聚类目标函数。实验结果表明,该方法可以使模糊聚类的速度得到明显提高,对初始聚类中心不敏感,抗噪能力强,是一种有效的模糊聚类图像分割方法。     

A modified fuzzy C-means image segmentation algorithm for use with uneven illumination patterns

A novel fuzzy C-mean (FCM) algorithm is proposed for use when active or structured light patterns are projected onto a scene. The underlying inhomogeneous illumination intensity due to the point source nature of the projection, surface orientation and curvature has been estimated and its effect on the object segmentation minimized. Firstly, we modified the recursive FCM algorithm to include biased illumination field estimation. New clustering center and fuzzy clustering functions resulted based on the intensity and average intensity of a pixel neighborhood based object function. Finally, a dilation operator was used on the initial segmented image for further refinement. Experimental results showed the proposed method was effective for segmenting images illuminated by patterns containing underlying biased intensity fields. A higher accuracy was obtained than for traditional FCM and thresholding techniques.     

自适应尺度的局部强度聚类图像分割模型

针对传统活动轮廓模型无法精确分割强度不均匀图像，并且对尺度参数比较敏感的问题，提出了一种基于区域信息的自适应尺度的活动轮廓模型。根据图像的局部熵构建自适应尺度算子，利用图像的局部强度聚类性质构建能量函数。使用一组平滑基函数的线性组合来表示偏移场，这样可以增加模型的稳定性。通过最小化该能量，所提模型能够同时分割图像和估计偏移场，并且估计的偏移场可以用于强度不均匀校正。实验结果表明，与其它4种模型相比，该模型拥有更高的分割精确度，且分割结果对水平集函数的初始化和噪声具有鲁棒性。     

局部区域拟合的快速水平集图像分割方法

目的 由于灰度不均匀图像在不同目标区域的灰度分布存在严重的重叠,对其进行分割仍然是一个难题;同时,图像中的噪声严重降低了图像分割的准确性。因此,传统水平集方法无法鲁棒、精确、快速地对具有灰度不均匀性和噪声的图像进行分割。针对这一问题,提出一种基于局部区域信息的快速水平集图像分割方法。方法 灰度不均匀图像通常被描述为一个分段常数图像乘以一个缓慢变化的偏移场。首先,通过一个经过微调的多尺度均值滤波器来估计图像的偏移场,并对图像进行预处理以减轻图像的不均匀性;然后,利用基于偏移场校正的方法和基于局部区域信息拟合的方法分别构建能量项,并利用演化曲线轮廓内外图像灰度分布的重叠程度,构建权重函数自适应调整两个能量项之间的权重;最后,引入全方差规则项对水平集进行约束,增强了数值计算的稳定性和对噪声的鲁棒性,并通过加性算子分裂策略实现水平集快速演化。结果 在具有不同灰度不均匀性和噪声图像上的分割结果表明,所提方法不但对初始轮廓的位置、灰度不均匀性和各种噪声具有较强的鲁棒性,而且具有高达94.5%的分割精度和较高的分割效率,与传统水平集方法相比分割精度至少提高了20.6%,分割效率是LIC（local intensity clustering）模型的9倍;结论 本文提出一种基于局部区域信息的快速水平集图像分割方法。实验结果表明,与传统水平集方法相比具有较高的分割精度和分割效率,可以很好地应用于具有灰度不均匀和噪声的医学、红外和自然图像等的分割。     

A Modified Fuzzy C-Means Algorithm for Brain MR Image Segmentation and Bias Field Correction

In quantitative brain image analysis, accurate brain tissue segmentation from brain magnetic resonance image (MRI) is a critical step. It is considered to be the most important and difficult issue in the field of medical image processing. The quality of MR images is influenced by partial volume effect, noise, and intensity inhomogeneity, which render the segmentation task extremely challenging. We present a novel fuzzy c-means algorithm (RCLFCM) for segmentation and bias field correction of brain MR images. We employ a new gray-difference coefficient and design a new impact factor to measure the effect of neighbor pixels, so that the robustness of anti-noise can be enhanced. Moreover, we redefine the objective function of FCM (fuzzy c-means) by adding the bias field estimation model to overcome the intensity inhomogeneity in the image and segment the brain MR images simultaneously. We also construct a new spatial function by combining pixel gray value dissimilarity with its membership, and make full use of the space information between pixels to update the membership. Compared with other state-of-the-art approaches by using similarity accuracy on synthetic MR images with different levels of noise and intensity inhomogeneity, the proposed algorithm generates the results with high accuracy and robustness to noise.     

基于二维直方图的图像模糊聚类分割新方法

基于二维直方图的模糊聚类分割算法可以有效地抑制噪声的干扰。但是,FCM算法用于图像数据聚类时的最大缺陷是运算的开销太大,这就限制了这种方法在图像分割中的应用。该文根据FCM算法和灰度图像的特点,提出了一种适用于灰度图像分割的抑制式模糊C-均值聚类算法(S-FCM)。通过调节抑制因子α来提高分割速度和分类的正确率。实验结果表明,新算法对小目标灰度图像的分割效果优于FCM算法。     

Robust spatially constrained fuzzy c-means algorithm for brain MR image segmentation

Objective

Accurate brain tissue segmentation from magnetic resonance (MR) images is an essential step in quantitative brain image analysis, and hence has attracted extensive research attention. However, due to the existence of noise and intensity inhomogeneity in brain MR images, many segmentation algorithms suffer from limited robustness to outliers, over-smoothness for segmentations and limited segmentation accuracy for image details. To further improve the accuracy for brain MR image segmentation, a robust spatially constrained fuzzy c-means (RSCFCM) algorithm is proposed in this paper.

Method

Firstly, a novel spatial factor is proposed to overcome the impact of noise in the images. By incorporating the spatial information amongst neighborhood pixels, the proposed spatial factor is constructed based on the posterior probabilities and prior probabilities, and takes the spatial direction into account. It plays a role as linear filters for smoothing and restoring images corrupted by noise. Therefore, the proposed spatial factor is fast and easy to implement, and can preserve more details. Secondly, the negative log-posterior is utilized as dissimilarity function by taking the prior probabilities into account, which can further improve the ability to identify the class for each pixel. Finally, to overcome the impact of intensity inhomogeneity, we approximate the bias field at the pixel-by-pixel level by using a linear combination of orthogonal polynomials. The fuzzy objective function is then integrated with the bias field estimation model to overcome the intensity inhomogeneity in the image and segment the brain MR images simultaneously.

Results

To demonstrate the performances of the proposed algorithm for the images with/without skull stripping, the first group of experiments is carried out in clinical 3T-weighted brain MR images which contain quite serious intensity inhomogeneity and noise. Then we quantitatively compare our algorithm to state-of-the-art segmentation approaches by using Jaccard similarity on benchmark images obtained from IBSR and BrainWeb with different level of noise and intensity inhomogeneity. The comparison results demonstrate that the proposed algorithm can produce higher accuracy segmentation and has stronger ability of denoising, especially in the area with abundant textures and details.

Conclusion

In this paper, the RSCFCM algorithm is proposed by utilizing the negative log-posterior as the dissimilarity function, introducing a novel factor and integrating the bias field estimation model into the fuzzy objective function. This algorithm successfully overcomes the drawbacks of existing FCM-type clustering schemes and EM-type mixture models. Our statistical results (mean and standard deviation of Jaccard similarity for each tissue) on both synthetic and clinical images show that the proposed algorithm can overcome the difficulties caused by noise and bias fields, and is capable of improving over 5% segmentation accuracy comparing with several state-of-the-art algorithms.     

基于卷积神经网络的偏色光下植物图像分割方法

为了解决传统图像分割算法在植物工厂中偏色光植物图像上分割精确度不高、泛化性能差的问题,提出了一种基于卷积神经网络,并结合深度学习技术,对人工偏色光下植物图像进行精确分割的方法。采用该方法,最终在偏色光植物图像原始测试集上达到了91.89%的分割精确度,远超全卷积网络、聚类、阈值、区域生长等分割算法。此外,在不同色光之下的植物图片上进行测试,该方法也较上述其他分割算法有着更好的分割效果和泛化性能。实验结果表明,所提方法能够显著提高偏色光下植物图像分割的精确度,可以应用于实际的植物工厂工程项目当中。     

基于局部区域拟合模型的磁共振图像分割与偏移估计算法

磁共振(MR)图像的灰度通常是不均匀的,这种不均匀性是由于成像设备的缺陷导致产生了一种光滑的偏移场.一般的基于灰度统计特性的分割算法都是假设目标区域和背景区域图像的灰度分别是一致的,因此该类算法不能很好地应用于磁共振图像的分割.提出一种基于局部拟合模型的磁共振图像分割与偏移估计算法:利用图像的局部区域的灰度特性建立恢复...