基于改进正余弦优化算法的多阈值图像分割

针对多阈值图像分割方法计算量大、分割精度低的问题,提出了基于改进正余弦算法（improved sine cosine algorithm,ISCA）的多阈值图像分割方法。首先对种群进行混沌初始化来提高初始种群质量;其次根据粒子适应度值的大小自适应地调整参数;最后引入反向学习策略并择优选取粒子。伯克利图像和植物冠层图像分割实验的结果表明,该算法的运行时间较短,而且分割精度较高,具有较强的鲁棒性。     

钢板表面低对比度微小缺陷图像增强和分割

目的 环境干扰及光学元件不稳定等因素往往会造成钢板表面图像照度不均,钢板表面的微小缺陷具有图像灰度不均、对比度低、形态微小等特点,给后续图像分析和缺陷识别带来因难。为此,提出一种钢板表面低对比度微小缺陷图像增强和分割算法,以消除照度不均并突出缺陷信息,从而有效分割缺陷目标。方法 采用小波-同态滤波算法进行图像增强处理,即先利用小波变换对图像进行分解,再基于同态滤波对小波低频系数进行图像灰度修正,同时对高频系数进行高通滤波,然后将处理后的小波低频系数和高频系数进行重构得到增强的图像,从而达到消除照度不均、增强缺陷细节信息的目的。最后利用最大类间方差法（Otsu法）确定自适应阈值提供给Canny算子进行边缘检测。结果 采用本文算法对钢板表面多类型低对比度表面微小缺陷进行研究,有效消除了光照不均;单一的Otsu阈值分割和Canny算子难以有效检测这些缺陷,而本文Otsu-Canny算法的正确检测率达96%。结论 采用小波-同态滤波进行图像增强处理后,再利用Otsu-Canny算法对钢板表面多类型、低对比度的微小缺陷进行边缘检测取得了良好效果。     

结合基因表达式编程与空间模糊聚类的图像分割

目的 针对模糊C-均值聚类图像分割方法存在的对初始值敏感及抗噪性能差的问题,提出一种结合基因表达式编程与空间模糊聚类的图像分割方法。方法 首先,利用基因表达式编程算法对图像进行初次分割,即将聚类中心编码成染色体,通过适应度评价引导搜索获得优化的聚类中心;然后在隶属度计算中引入空间函数,以初次分割结果作为初始值,使用空间模糊聚类对图像进行二次分割。结果 对加噪的合成图像和Berkeley图像的分割实验显示,本文方法在聚类划分系数（VPC）、聚类划分熵（VPE）和峰值信噪比（PSNR）等评价指标上总体性能优于经典的模糊C-均值聚类和空间模糊C-均值聚类分割算法,其中VPC值平均高出0.062 4和0.061 1,VPE值平均降低0.117 0和0.101 1,而PSNR值平均提升了约13.312 1 dB和3.308 4 dB;在对Berkeley图像库中的6幅图片的分割实验显示,本文方法对图像分割的VPC值均在0.93以上,相比两种对比方法平均提高0.157 6和0.013 3,VPE值保持在0.1附近,均低于对比方法,PSNR值平均提高2.896 3 dB和1.934 4 dB;在多目标分割实验上,随着聚类数目增加,3种方法的分割性能均有下降,但本文方法性能曲线最为平缓,受聚类数目的影响最小。虽然本文方法所需的运行时间略有增加,但求解所需的迭代次数却极大地减少。结论 本文提出的图像分割方法具有很强的抗噪性、更高的分割精度和稳定性,适用于需要更精确结果、对时间要求不高的分割场景。     

并行生成网络的红外—可见光图像转换

目的 针对现有图像转换方法的深度学习模型中生成式网络（generator network）结构单一化问题，改进了条件生成式对抗网络（conditional generative adversarial network，CGAN）的结构，提出了一种融合残差网络（ResNet）和稠密网络（DenseNet）两种不同结构的并行生成器网络模型。方法 构建残差、稠密生成器分支网络模型，输入红外图像，分别经过残差、稠密生成器分支网络各自生成可见光转换图像，并提出一种基于图像分割的线性插值算法，将各生成器分支网络的转换图像进行融合，获取最终的可见光转换图像；为防止小样本条件下的训练过程中出现过拟合，在判别器网络结构中插入dropout层；设计最优阈值分割目标函数，在并行生成器网络训练过程中获取最优融合参数。结果 在公共红外-可见光数据集上测试，相较于现有图像转换深度学习模型Pix2Pix和CycleGAN等，本文方法在性能指标均方误差（mean square error，MSE）和结构相似性（structural similarity index，SSIM）上均取得显著提高。结论 并行生成器网络模型有效融合了各分支网络结构的优点，图像转换结果更加准确真实。     

基于水动力学、分数阶微分及Steger算法的线状目标提取

目的 线状目标的检测具有非常广泛的应用领域,如车道线、道路及裂缝的检测等,而裂缝是其中最难检测的线状目标。为避免直接提取线状目标时图像分割难的问题,以裂缝和车道线为例,提出了一种新的跟踪线状目标中线的算法。方法 对图像进行高斯平滑,用一种新的分数阶微分模板增强图像中的模糊及微细线状目标;基于Steger算法提出一种提取线状目标中心线特征点的算法,避免了提取整体目标的困难;根据水动力学思想将裂隙看成溪流,通过最大熵阈值处理后,先进行特征点的连接,再基于线段之间的距离及夹角进行线段之间的连接（溪流之间的融合）。结果 对300幅裂缝图像及4种类别的其他线状目标图像进行试验,并与距离变换、最大熵阈值法+细线化Otsu阈值分割+细线化、谷底边界检测等类似算法进行比较分析,本文算法检测出的线状目标的连续性好、漏检（大间隙少）和误检（毛刺及多余线段少）率均较低。结论 本文算法能够在复杂的线状目标图像中准确快速地提取目标的中心线,一定程度上改善了复杂线状目标图像分割难的问题。     

阈值标记的分水岭彩色图像分割

目的 针对传统分水岭算法中产生的过分割问题,提出一种基于阈值标记的分水岭彩色图像分割算法。方法 该方法将分水岭算法直接应用到原始梯度图像上而不是简化之后的图像,这样做的目的是可以保护边缘信息不受损失;利用不同尺寸结构元求取彩色图像形态学梯度,解决了关于保护边缘和图像简化之间的矛盾。同时算法设计一种阈值自动选取与标记提取方法,从梯度的低频成分中提取与物体相关的局部极小值,用这些极小值构成的二值图像强制标定原始梯度图像,在修改后的梯度上进行分水岭分割。结果 在仿真实验中,利用本文算法针对不同RGB彩色图像进行分割,获得准确、连续封闭的分割边界,与其他同类方法相比,得到符合人类视觉的最小分割区域数,同时在运行效率上也有很大提高。结论 该方法可以自适应提取标记而不需要先验知识,有效解决了分水岭算法的过分割问题,相对于传统的算法,提高了分割性能,有较好的适用性和鲁棒性,可将其应用于机器视觉、生物医学以及高光谱遥感图像分割领域。     

基于2维灰度熵阈值选取快速迭代的图像分割

目的 为了使图像阈值分割的精度和速度进一步提高,提出了一种基于2维灰度熵阈值选取快速迭代的图像分割方法。方法 首先,提出了1维灰度熵阈值选取的快速迭代算法;然后,考虑图像目标和背景的类内灰度均匀性,给出了基于灰度—邻域平均灰度级直方图的灰度熵阈值选取准则;最后,提出了2维灰度熵阈值选取的快速迭代算法,并采用递推方式计算准则函数中的中间变量,避免其重复运算,加快了运算速度,大大减少了运算量。结果 大量实验结果表明,与近年来提出的3种阈值分割法相比,所提出的方法分割性能更优,分割后的图像中目标区域完整,边缘清晰,细节丰富且运行时间短,仅为基于混沌小生境粒子群优化的二维斜分倒数熵分割法运行时间的3%左右。结论 本文方法对不同类型灰度级图像的分割效果及运行速度均有明显优势,是实际系统中可选择的一种快速有效的图像分割方法。     

面向RGBD图像的标记分水岭分割

目的 针对分水岭分割算法中存在的过分割现象及现有基于RGB图像分割方法的局限,提出了一种基于RGB图像和深度图像(RGBD)的标记分水岭分割算法。方法 本文使用物体表面几何信息来辅助进行图像分割,定义了一种深度梯度算子和一种法向量梯度算子来衡量物体表面几何信息的变化。通过生成深度梯度图像和法向量梯度图像,与彩色梯度图像进行融合,实现标记图像的提取。在此基础上,使用极小值标定技术对彩色梯度图像进行修正,然后使用分水岭算法进行图像分割。结果 在纽约大学提供的NYU2数据集上进行实验,本文算法有效抑制了过分割现象,将分割区域从上千个降至数十个,且获得了与人工标定的分割结果更接近的分割效果,分割的准确率也比只使用彩色图像进行分割提高了10%以上。结论 本文算法普遍适用于RGBD图像的分割问题,该算法加入了物体表面几何信息的使用,提高了分割的准确率,且对颜色纹理相似的区域获得了较好的分割结果。     

自适应残差图像的分数阶全变分去噪算法

目的 全变分（TV）去噪模型具有较好的去噪效果,但对于图像的弱边缘和纹理细节的保持不够理想。自适应分数阶全变分（AFTV）模型根据图像局部信息,区分图像的纹理区域和非纹理区域,自适应计算投影算法中的软阈值,可较好地保持图像的弱边缘和纹理细节,但该方法当噪声增大时“阶梯”效应比较明显,弱边缘和纹理细节保持效果不够理想。针对该问题,提出一种改进的分数阶全变分去噪算法。方法 该算法在计算残差图像时,用分数阶全变分模型替代整数一阶全变分模型,并根据较精确的残差图像的局部方差区分图像纹理区域和平坦区域,使保真项参数的自适应选取更加合理,提高了算法的去噪性能。结果 针对3种不同类型的噪声图像,将本文模型与TV模型和AFTV模型进行对比实验,并采用峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）评定去噪效果和纹理保持能力。对于高斯噪声图像,本文算法在PSNR方面比TV模型和AFTV模型分别可平均提高2.72 dB和1.38 dB,SSIM分别可平均提高0.047和0.020。对于椒盐噪声图像,本文算法结合中值滤波算法在PSNR和SSIM方面比传统中值滤波算法分别可平均提高1.308 dB和0.011。对于泊松噪声图像,本文算法在PSNR、SSIM方面与AFTV较接近,比TV分别可提高1.59 dB和0.005。结论 通过对添加不同类型的噪声图像进行实验,结果表明提出的算法在去噪性能上与TV和AFTV相比均有较大提高,尤其对于噪声较大的图像效果更为显著,在去噪效率上与AFTV的时间复杂度相当,时耗接近略有降低。且本文算法普适性较好,能有效去除多种典型类型的噪声。     

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。     

融合多策略的鸟群算法及油层识别ELM模型优化

为了改进鸟群算法易陷入局部最优、收敛速度慢以及种群多样性不足的缺点,提出融合多策略的鸟群算法.引入混沌权重和对称切线混沌加速系数以及高斯扰动策略,增强算法跳出局部最优的能力;引入混合多步选择和自适应步长因子策略,加快算法的收敛速度;引入小波变异策略,丰富算法的种群多样性.实验采用10个基准测试函数,将改进的算法与另外5...     

基于混沌局部搜索的粒子群算法及其应用

为提高混沌优化搜索结果的精度,在以粒子群算法进行全局搜索的基础上,根据全局搜索结果利用混沌优化进行局部搜索,实现在全局范围上搜索最优值。分析局部混沌搜索方法,设计基于混沌局部搜索的粒子群算法的流程,利用混沌优化进行粒子群局部搜索以跳出局部最优搜索区域,避免陷入局部极小值和实现在全局范围上搜索目标函数的最优值。以RMSE误差作为搜索结果精度评价指标,通过Rosenbrock函数算例对基于混沌局部搜索的粒子群算法精度进行分析,并将该算法应用于停车场最优选址实际问题的决策。研究结果表明,该算法搜索结果相较于混沌优化算法搜索结果具有更高的精度,其数值更逼近理论最优值,验证了其提高搜索结果精度的有效性和在解决实际问题上的可行性。     

基于改进蚁群算法和粒子群算法的云计算资源调度

针对云计算资源分配中存在分配不均、分配效果不好的问题,利用改进后的蚁群算法和粒子群算法进行资源分配.首先针对粒子群算法的惯性权值进行改进,设定适应度函数并选择最佳位置的粒子,然后将该粒子的位置转变为蚁群算法的初始信息素的值,通过狼群算法改进蚁群算法的信息素的选择.仿真实验表明,本文算法与蚁群算法、粒子群算法相比在任务完成时间、能量消耗方面都有了明显的改善.     

基于自适应参数与混沌搜索的PSO算法求解柔性作业车间调度问题

针对传统粒子群优化(PSO)算法在求解柔性作业车间调度问题中的不足,提出了基于自适应参数与混沌搜索的粒子群优化算法。对粒子群算法中的惯性系数等参数采用基于迭代搜索而自适应调整的方式,使粒子在初期以较大惯性进行大范围搜索,后期逐渐减小惯性而转入精细搜索。这种方法改变了传统粒子群算法在求解过程中的盲目随机与求解精度不高的问题;同时,通过在局部搜索过程中引入混沌技术,扩大对最优解的寻找范围,以此避免算法陷入局部最优,有效提高算法的全局寻优能力。实验结果表明,基于自适应参数与混沌搜索的粒子群优化算法在求解柔性作业车间调度问题(FJSP)时能够获得更优粒子适应度平均值及更好的优化目标。所提算法对求解柔性作业车间调度问题可行,有效。     

基于黄金分割准则的混沌云粒子群算法

针对传统粒子群算法寻优精度不高、易早熟的缺点,提出了基于黄金分割评判准则的混沌云粒子群（CCGPSO）算法。该算法利用黄金分割评判准则,将粒子群按照适应度大小分为标准粒子、混沌云粒子、云粒子三个子群,分别进行不同的算法操作。黄金分割的引入使整个粒子群可以搜索到全部解空间,解决了标准粒子群算法易陷入局部最优解和寻优精度不高的问题。选取了四种典型函数测试,并与混沌云粒子群算法（CCPSO）比较。仿真结果表明CCGPSO具有较高的寻优精度和收敛速度。     

基于群体适应度方差的自适应混沌粒子群算法*

已有的混沌粒子群算法多使用Logistic混沌映射,但Logistic混沌映射产生的混沌序列不够均匀,影响了混沌粒子群算法的性能。提出在混沌粒子群算法中引入均匀性更好的An混沌映射,利用An混沌映射初始化粒子群的位置和速度,并通过适应度方差的变化来自适应控制部分粒子进行混沌更新,来改善混沌粒子群算法的性能。数值仿真的结果表明,改进算法的收敛性和全局搜索能力都有所提高,能有效避免早熟收敛。     

基于Tent映射的自适应混沌嵌入式粒子群算法

为避免粒子群算法后期出现早熟收敛,提出一种基于Tent映射的自适应混沌嵌入式粒子群算法。将混沌变量嵌入到标准粒子群算法中,且对参数进行自适应调整。算法采用Tent映射生成的混沌序列来取代基本粒子群算法中的随机数,充分利用了混沌运动的随机性、遍历性和规律性;惯性权重和学习因子采用非线性的自适应调整策略;建立平均粒距与适应度方差相结合的早熟收敛判断机制,并且以混沌搜索的方式来跳出局部最优。测试函数仿真结果表明,该算法具有良好的全局搜索能力,寻优精度较高,鲁棒性好。     

面向移动云计算任务调度的改进鸟群算法研究

针对移动云计算环境下的任务调度存在耗时长、设备能耗高的问题,提出了一种基于改进的鸟群算法(improved bird swarm algorithm,IBSA)的任务调度策略。首先,构建了以能耗和时间为主的移动云任务调度模型;其次,提出了自适应感知系数和社会系数,避免了算法陷入局部最优;构建了学习因子优化飞行行为,保证了个体寻优能力;最后,任务调度目标函数作为鸟群个体的适应度函数参与算法的迭代更新。仿真结果表明相比于蚁群算法、粒子群算法、鲸鱼算法等,改进的鸟群算法在移动云计算任务调度方面具有良好的效果,能够有效地节省时间和降低能耗。     

融合螺旋策略的分片混沌群粒振荡搜索算法

针对标准鲸鱼算法(WOA)及部分衍生算法求解某些算例效果不佳的问题进行了研究与实验,证明了WOA"包围"过程存在零点搜索偏好陷阱;而混沌优化算法(COA)不均衡的搜索特性使得部分衍生WOA融合的混沌初始种群与群智能优化过程难以调和.为了改善上述缺陷,选用了两种混沌系统和气泡网捕猎策略,设计了一套融合式优化算法.算法采用基于适应度的基线式自适应振荡群粒划分策略指导群体行为模式,充分发挥混沌系统作用,平衡探索与收敛性能.对通用/改进算例和工程应用案例求解可知,该算法性能相较于对比组算法更优,且不存在搜索偏好.     

粒子群优化算法的收敛性分析及其混沌改进算法

分析了粒子群优化算法的收敛性,指出它在满足收敛性的前提下种群多样性趋于减小,粒子将会因速度降低而失去继续搜索可行解的能力;提出混沌粒子群优化算法,该算法在满足收敛性的条件下利用混沌特性提高种群的多样性和粒子搜索的遍历性,将混沌状态引入到优化变量使粒子获得持续搜索的能力.实验结果表明混沌粒子群优化算法是有效的,与粒子群优化算法、遗传算法、模拟退火相比,特别是针对高维、多模态函数优化问题取得了明显改善.