EM procedures using mean field-like approximations for Markov model-based image segmentation

Image segmentation using Markov random fields involves parameter estimation in hidden Markov models for which the EM algorithm is widely used. In practice, difficulties arise due to the dependence structure in the models and approximations are required. Using ideas from the mean field approximation principle, we propose a class of EM-like algorithms in which the computation reduces to dealing with systems of independent variables. Within this class, the simulated field algorithm is a new stochastic algorithm which appears to be the most promising for its good performance and speed, on synthetic and real image experiments.     

基于交叉皮质模型的单幅图像阴影检测算法

图像中含有阴影区域对后续处理任务影响较大, 根据阴影特性, 提出基于交叉皮质模型(Intersecting cortical model, ICM)的单幅图像阴影检测算法. 通过在点火连接矩阵构造上考虑邻域像素值依赖关系, 融入局部二值模式(Local binary pattern, LBP)表征的纹理信息形成了Te-ICM模型. 根据阴影检测流程,利用模型迭代特性, 通过设计停止条件自动检测本影, 在本影修复后生成附着半影. 同时优化模型参数, 设计了基于分层聚类直方图划分的阈值下降策略. 仿真结果表明: 对于典型影像集, Te-ICM模型及相应参数设计可以较好地实现阴影检测, 输出阴影掩模准确度高, 为后续阴影去除提供了基础.     

设计降雨特征对城市内涝模拟结果的影响分析

降雨是城市内涝的主要诱因之一,不同降雨特征对于城市内涝风险的影响也有所区别。为了进一步挖掘降雨特征对城市内涝风险的影响,采用综合流域排水模型（InfoWorks ICM）构建了我国南方某城市的内涝模型,系统分析了设计降雨的雨型和历时特征对城市内涝模拟结果的影响。在4个重现期的3种降雨雨型和3个降雨历时条件下,共计36个不同降雨情景对研究区的内涝情况进行模拟。通过对比不同模拟情景下的积水深度、积水面积以及积水量等结果发现：在相同降雨雨型和重现期条件下,降雨历时对积水深度的影响有一定的差别;在不同降雨雨型和降雨历时模拟情景中,积水点的位置基本保持一致,而积水面积受降雨雨型和降雨历时的双重影响;峰值积水量受降雨雨型影响较大,受降雨历时影响较小,而积水总量受降雨历时影响较大,受降雨雨型影响较小。研究中量化分析了不同设计降雨特征对城市内涝模拟结果的影响,旨在为合理地开展城市内涝预警以及应急管理等工作提供依据。     

基于给水管网建模技术对DMA分区的研究

应用InfoWorks WS软件建立某小区给水管网的水力模型.运用模型对该小区管网进行了分析,为该区作为分区装表计量技术的一个独立分区的设计方案提出了建议和意见.为其他区域合理性分区提供参考依据.     

基于独立连续变量和复合指数函数的位移约束平面连续体结构拓扑优化

为了进一步研究连续体结构拓扑优化模型的合理性和可行性,基于独立、连续、映射( independent continuous mapping,ICM)方法,在满足结构位移约束的条件下,通过引入复合指数形式过滤函数对位移约束下质量最小化( minimum weight with a displacement constraint,MWDC)模型进行了改进,建立了基于独立连续变量和复合指数函数的位移约束平面连续体结构拓扑优化模型,并进行了优化求解。同时,利用M语言,基于Matlab软件平台,开发了相应的拓扑优化计算程序,并针对4种典型平面连续体结构进行了数值验证,分别比较分析了体积约束下的柔顺度最小化( minimum compliance with a volume constraint,MCVC)模型、MWDC模型以及改进的MWDC模型所得到的最优拓扑结构。数值结果表明：采用复合指数形式过滤函数改进的MWDC优化模型迭代次数更少,优化求解计算效率更高。     

模糊马尔可夫随机场理论在阴影检测中的应用

阴影的检测是目标检测、目标跟踪、视频监控等领域的一个关键问题。提出了一种基于模糊马尔可夫随机场的阴影检测算法。该算法把阴影检测问题看做是一个求最优化的像素点分类问题。对于输入的视频,提取背景图像,找出阴影和前景目标物体区域。通过计算阴影概率分布,前景概率分布,隶属度函数,建立模糊马尔可夫随机场。应用贝叶斯准则,最大后验(MAP)估计和条件迭代模式(ICM)算法,寻找最优化的模糊马尔可夫随机场,并利用最大隶属度原则消除模糊性,得到阴影检测的结果。实验证明,文中算法具有较好的阴影检测率和目标检测率。     

Face detection and recognition of natural human emotion using Markov random fields

This paper presents an integrated system for emotion detection. In this research effort, we have taken into account the fact that emotions are most widely represented with eye and mouth expressions. The proposed system uses color images and it is consisted of three modules. The first module implements skin detection, using Markov random fields models for image segmentation and skin detection. A set of several colored images with human faces have been considered as the training set. A second module is responsible for eye and mouth detection and extraction. The specific module uses the HLV color space of the specified eye and mouth region. The third module detects the emotions pictured in the eyes and mouth, using edge detection and measuring the gradient of eyes’ and mouth’s region figure. The paper provides results from the system application, along with proposals for further research.     

常州市运北主城区畅流活水方案设计与现场验证

为改善常州市运北主城区水环境,采用数学模型计算和现场试验验证相结合的方法,开展畅流活水水环境提升方案研究。依据常州市区域地形和水系情况,确定主城区引水水源、引排格局和引水水量,结合现状工程条件,提出“利用长江优质水源、打造两条清水通道、新建四座活动溢流堰、形成三级水位差”的畅流活水方案。基于Infoworks ICM构建常州市主城区水动力数学模型,模拟澡港河入口水位3.80~4.00 m多种方案下,运北主城区内部河道流量分配情况,确定最佳入城水位,并结合现场试验验证了活水效果。结果表明,常州市运北主城区畅流活水方案实施后大部分河道流量显著增加,流速达7 cm/s以上,多项水质指标达到Ⅲ类及以上水平。研究成果可为其他平原河网地区水环境提升提供借鉴。     

基于两方法博弈的马尔可夫随机场红外图像分割算法

电路板红外图像芯片提取是电路板红外故障检测系统中的重要环节,已成为红外图像分割领域关注的一个重点。针对红外图像的特性及传统分割算法效率和精度不足的缺陷,提出一种基于两种优化策略博弈的马尔可夫随机场红外图像分割方法。首先通过OTSU算法对图像进行初始分割;然后利用马尔可夫随机场理论建立图像分割模型;最后,通过SA、ICM优化策略间的博弈对图像进行分割,将两种优化策略视为博弈的两个局中人,通过寻找博弈的纳什均衡点来实现分割;实验结果表明,算法能够无人工干预地准确提取电路板红外图像所有芯片发热区域,并且很好地抑制噪声,准确处理边缘信息,具有一定的实用性和鲁棒性。     

光度非均匀彩色序列图像超分辨率重建

为了实现外界光照变化或相机积分时间自动调节等情况下拍摄的彩色序列图像的超分辨率重建,文章首先提取图像感兴趣区域的方向梯度直方图作为匹配特征,以相关系数作为相似性测度进行几何配准;其次建立光度测量模型进行光度配准;最后采用最大后验估计算法求出光度改善的高分辨率图像。文章采用平均梯度、信息熵、图像对比度对重建图像质量进行评估。实验表明,重建后高分辨率图像平均梯度及信息熵均有大幅提高,图像更清晰、信息更丰富。算法能有效减小重建图像间的光度差异,提高彩色图像的对比度,对光度变化具有一定的鲁棒性。