基于上下文分析的无监督分层迭代算法用于SAR图像分割

基于聚类的分割算法能够有效地分析目标特征在特征域的分布结构,进而准确判断目标的所属类别,但难以利用图像的空间和边缘信息,而基于区域增长的分割算法能够在空间域利用多种图像信息计算目标之间的相似性,但缺乏对特征结构本身的深层挖掘,容易出现欠分割或过分割的结果. 本文结合这两种算法各自的优势,针对合成孔径雷达（Synthetic aperture radar,SAR）图像的特点,提出了一种基于上下文分析的无监督分层迭代算法. 该算法使用过分割区域作为操作单元,以提高分割速度,降低SAR图像相干斑噪声的影响. 在合并过分割区域时,该算法采用了分层迭代的策略:首先,设计了一种改进的模糊C均值聚类算法,对过分割区域的外观特征进行聚类分析,获得其类别标记,该类别标记包含了特征的分布结构信息. 然后,利用多种SAR图像特征对同类区域的空域上下文进行分析,使用区域迭代增长算法对全局范围内的相似区域进行合并,直到不存在满足合并条件的过分割区域对为止,再重新执行聚类算法. 这两种子算法分层交替迭代,扬长避短,实现了一种有效的方法来组织和利用多种信息对SAR图像进行分割. 对模拟和真实SAR图像的实验表明,本文提出的算法能够在区域一致性和细节保留之间做到很好的平衡,准确地分割出各类目标区域,对相干斑噪声具有很强的鲁棒性.     

基于边缘保持的区域能量最小化SAR海冰图像分割

提出了一种基于边缘保持的区域能量最小化的SAR海冰图像分割算法。首先对图像进行SRAD滤波,然后进行分水岭初始分割和区域能量最小化分割,从而得到最终分割结果。将该算法用于SAR海冰图像的分割中,实验结果表明,该分割方法有效、准确性好。     

IRGS: image segmentation using edge penalties and region growing

This paper proposes an image segmentation method named iterative region growing using semantics (IRGS), which is characterized by two aspects. First, it uses graduated increased edge penalty (GIEP) functions within the traditional Markov random field (MRF) context model in formulating the objective functions. Second, IRGS uses a region growing technique in searching for the solutions to these objective functions. The proposed IRGS is an improvement over traditional MRF based approaches in that the edge strength information is utilized and a more stable estimation of model parameters is achieved. Moreover, the IRGS method provides the possibility of building a hierarchical representation of the image content, and allows various region features and even domain knowledge to be incorporated in the segmentation process. The algorithm has been successfully tested on several artificial images and synthetic aperture radar (SAR) images.     

综合边界和纹理信息的合成孔径雷达图像目标分割

目的 针对传统Grab Cut算法需要人工交互操作,无法实现合成孔径雷达（SAR）图像的自动分割,且方式单一（仅利用边界或纹理信息中的一种）的问题,提出一种综合利用边界和纹理信息的改进Grab Cut算法,实现对SAR图像目标的自动分割。方法 首先将其他格式的彩色或灰度SAR图像转化为24 bit的位图,采用图形理论对整幅SAR图像建模,根据最大流算法找到描述图的能量函数最小的割集,从而分割出目标区域;然后采用中值滤波抑制相干噪声;最后通过邻域生长算法滤除图像斑点和小目标的干扰,从而达到目标边界的连接,实现自动对SAR图像中的目标进行分割。结果 在64位Window 7环境下采用MATLAB R2014处理平台,对楼房、车库、大树、汽车群等4幅分辨率不同的SAR图像进行目标分割实验,特征目标被自动分割出来,耗时分别为1.69 s、1.58 s、1.84 s和3.09 s,相比Mean-shift和Otsu算法,平均计算效率分别提升150%和3%,并且图像中的背景杂波、目标阴影和干扰小目标均被有效去除。结论 综合利用边界和纹理信息能够有效抑制相干噪声,去除图像斑点和小目标的干扰,从而达到目标边界的连接,实现对SAR图像目标的自动分割。实验结果表明,本文算法可以满足工程化应用要求,自适应性强,分割精度高,且具有较好的鲁棒性。     

基于边缘强度特征和线性谱聚类的 SAR 图像超像素生成方法

面对高分辨合成孔径雷达(SAR)图像的海量数据,学界广泛通过基于超像素的方法 简化图像处理过程。一般适用于光学图像的超像素分割算法对存在斑噪的 SAR 图像分割性能均 不够理想。面向 SAR 图像改进现有超像素生成算法是目前的研究热点之一。在探讨了将边缘强 度特征引入超像素分割算法的可行性的基础上,结合边缘强度特征和线性谱聚类方法,提出了 一种新的 SAR 图像超像素生成方法(e-LSC)。通过仿真 SAR 图像和实测 SAR 图像的比较实验, 证实了 e-LSC 算法与其他几种典型超像素生成算法相比,生成的超像素在边缘贴合度和匀质区 域的规则化上都有所提高。     

Automated delineation of coastline from polarimetric SAR imagery

In this paper we present a new diffusion-based method for the delineation of coastlines from space-borne polarimetric SAR imagery of coastal urban areas. Both polarimetric filtering and speckle reducing anisotropic diffusion (SRAD) are exploited to generate a base image where speckle is reduced and edges are enhanced. The primary edge information is then derived from the base image using the instantaneous coefficient of variation edge detector. Next, the resulting edge image is parsed by a watershed transform, which partitions the image into disjoint segments where the division lines between segments are collocated with detected edges. The over-segmentation problem associated with the watershed transform is solved by a region merging technique that combines neighbouring segments with similar radar brightness. As a result, undesired boundary segments are eliminated and true coastlines are correctly delineated. The proposed algorithm has been applied to a space-borne polarimetric SAR dataset, demonstrating a good visual match between the detected coastline and the manually contoured coastline. The performance of the proposed algorithm is compared with those of two polarimetric SAR classification algorithms and two edge-based shoreline detection methods that are tailored to single polarization SAR images. Experimental results are shown using polarimetric SAR data from Hong Kong.     

一种改进的桥梁图像分水岭分割算法

针对传统分水岭分割方法存在的过分割问题,提出了一种改进的桥梁图像分水岭分割算法。该算法首先对桥梁裂缝图像进行高低帽形态学滤波,并运用多尺度梯度算子提取梯度图像,在分水岭变换之前使用自适应的标记提取方法对区域极小值进行标定,然后对初步分水岭分割的过分割区域使用改进fisher距离的区域合并算法进行合并,取散度作为停止度量。实验表明,该算法减少了分水岭算法的过分割现象,提高了桥梁图像分割的精确性,具有很好的鲁棒性和适应性。     

基于边缘检测的SAR图像自适应区域分割

受相干斑噪声影响,合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）图像成像质量低,目标判读困难。针对传统方法对SAR图像分割存在噪声敏感、细节缺失、过度分割等问题,提出一种基于边缘检测的SAR图像自适应区域分割方法。首先引入双边滤波构建级联滤波器,对SAR图像进行保边抑噪;然后建立基于纹理复杂度的阈值估算模型,实现阈值自适应目标SAR图像边缘检测;最后提出基于边缘特征的自适应区域生长分割方法,较好解决了传统区域生长算法对SAR图像分割时出现的过度生长和过度分割之间的矛盾问题。该方法综合利用了SAR图像二维熵、边缘灰度信息、区域灰度信息,实现了对单极化目标SAR图像的自动分割。实验表明,相较于其他传统分割方法,该方法保边抑噪能力更强,目标细节检测更准确,较好解决了SAR图像过分割问题。     

结合距离变换与边缘梯度的分水岭血细胞分割

目的 针对医学图像中细胞提取和粘连细胞分割问题,提出一种结合距离变换利用边缘梯度的分水岭血细胞显微图像分割方法。方法 首先,通过距离变换由细胞二值图生成距离地形图,取其局部极值点或点集作为前景标记,进行第1次距离分水岭变换;接着将第一步骤所得的分水岭脊线作为背景区域的标记,前景标记不变,视梯度幅度图为地形图,再一次进行梯度分水岭变换,得到细胞分割结果。两次分水岭变换前,均采用强制极小值的方法修改地形图,来控制地形图只在选取的标记处存在局部极小值。结果 该方法由距离图提取前景标记,将距离分水岭变换所得的脊线作为梯度分水岭变换的背景标记,能有效地分离粘连目标。相比于基于距离图分水岭变换,本文方法不过多依赖二值图像信息,保留了基于梯度图像的分水岭变换边缘定位准确的优点,又解决了其无法分割粘连目标和过分割的问题。结论 经多幅临床细胞图像分割实验验证,该方法可以实现图像中细胞的提取以及粘连细胞的自动分割,满足医学图像分割的要求。     

A multiscale gradient algorithm for image segmentation using watershelds

Watershed transformation is a powerful tool for image segmentation. However, the effectiveness of the image segmentation methods based on watershed transformation is limited by the quality of the gradient image used in the methods. In this paper we present a multiscale algorithm for computing gradient images, with effective handling of both step and blurred edges. We also present an algorithm for eliminating irrelevant minima in the resulting gradient images. Experimental results indicate that watershed transformation with the algorithms proposed in this paper produces meaningful segmentations, even without a region merging step. The proposed algorithms can efficiently improve segmentation accuracy and significantly reduce the computational cost of watershed-based image segmentation methods.     

结合分水岭的纹理梯度各向异性图像分割

目的 目前,许多图像分割算法对含有丰富纹理信息的图像的分割效果并不理想,尤其是在不同纹理的边缘信息的保持方面。为了解决这一问题,提出一种基于连续纹理梯度信息的各向异性图像分割算法。方法 在分水岭算法的基础上,引入纹理梯度各向异性算法,能够在避免纹理信息影响分割效果的前提下,最大限度地保证纹理边缘信息的完整。针对纹理特征数据敏感的特性,本文将离散的图像高度信息映射到连续的纹理梯度空间,能够有效减少由细小差异造成的过分割现象。结果 本文方法在BSD500 Dataset和Stanford Background Dataset中选择了大量的纹理信息丰富的图片与最新的分割算法进行了实验与对比。本文方法在分割效果（降低过分割现象）、保持边缘信息和分割准确率等方面均获得明显改进,并在图像分割的平均准确率方面与最新算法进行比较发现,本文算法的平均分割准确率达到90.9%,明显超过了其他最新算法,验证了本文方法的有效性。结论 本文提出的基于分水岭的纹理梯度各向异性算法对纹理图像的分割具有保边和准确的特点,采用连续梯度空间的方法能够有效地减少传统分水岭算法的过分割现象。本文方法主要适用于纹理信息丰富（自然纹理和人工纹理）的图片。     

一种针对复杂背景下高分辨率SAR图像河道检测算法

针对复杂背景下高分辨率SAR图像中河道轮廓提取问题,在分析前人已有成果的基础上,提出一种基于分块直方图及区域特征的河道信息检测方法。首先通过小波变换技术在保持图像边缘特性的同时对图像去噪处理,进而对图像分块后利用统计直方图初步确定河道标记点位置。在此基础上采用基于标记点的分水岭变换进行初始分割,最后利用区域邻接图(RAG)的区域合并策略得到河道检测结果。实验结果表明:与戴光照等提出的采用直方图阈值快速分割提取算法相比,该算法在完整提取河道轮廓的同时显著提高了提取精度,同时可进一步用于河道桥梁提取,具有良好的可用性与有效性。     

梯度分层重构的彩色图像分水岭分割

目的 现实生活中的彩色图像往往因噪声、色彩不均匀、有较多弱边界等问题的存在导致难以准确分割,结合分水岭变换与形态学重构的优势,提出了一种基于同态滤波与形态学分层重构的分水岭分割算法。方法 首先提取彩色图像的梯度图,接着对该梯度图采用同态滤波修正梯度图。然后利用形态学开闭重构的方法,对滤波后的梯度图进行分层重构。根据梯度图像的累积分布函数及滤波后的梯度像素直方图的分布信息,给出了梯度分层数的计算公式,同时确定了形态学结构元素尺寸。最后对修正后的梯度图像应用标准分水岭变换实现了图像分割。结果 对不同类型的4幅彩色图像进行分割实验,采用区域一致性与差异性相结合的综合指标对分割结果进行无监督评价。这4幅图像的综合评价指标分别为0.6333、0.6656、0.6293、0.6484,均高于文献中两种现有分水岭算法的指标值：0.6295、0.6641、0.6230、0.6454与0.5861、0.5907、0.5704、0.5852,分割性能较好。结论 提出一种新的彩色图像分割算法,应用同态滤波保留了图像的弱边界,采用自适应形态学重构,抑制了分水岭变换中过分割。算法的分割结果更加接近人眼对图像的感知,无论从评价指标还是分割性能看,均表现出色。算法对噪声不敏感,鲁棒性较好,可广泛应用于计算机视觉、交通控制、生物医学等方面的目标分割。     

Multi-objective evolutionary for synthetic aperture radar image segmentation with non-local means denoising

Synthetic aperture radar (SAR) image segmentation is an important problem of the realm of image segmentation. In this study, a novel SAR image segmentation algorithm using a multi-objective evolutionary algorithm based on decomposition with non-local means denoising (MISD) is proposed. The novelty of MISD lies in the following issues: (1) an effective multi-objective method with decomposition to solve SAR image segmentation; (2) in order to denoise the SAR images and retain the details, we employ non-local means to remove the noise. The multi-objective decomposition method makes MISD have lower computational complexity. In order to evaluate the performance of the new method, we compared the results with three other popular segmentation approaches on four simulated and two real SAR images. In our experiments, the new method can always find better results, which means MISD is a promising SAR image segmentation method.     

结合位图切割和区域合并的彩色图像分割

就经典分水岭图像分割算法中存在的过分割问题，提出一种结合位图切割和区域合并的彩色图像分割算法。对原始彩色图像通过空域梯度算子求其梯度图像，并利用位图切割重建梯度图像；对新梯度图像进行分水岭预分割；对预分割图像基于异质性最小原则进行区域合并，并获得最终分割结果。相比于现有的同类方法，该算法引入位图切割，抑制噪声对分割结果的影响，在边缘模糊处分割准确，得到符合人类视觉的较小分割区域数目，同时在运行效率上提高。     

相对颜色空间下梯度分层重构的分水岭分割

为了改善传统分水岭算法中的过分割现象,考虑到反射亮光对图像的干扰,提出了一种相对颜色空间下的梯度分层重构的分水岭分割算法。首先将彩色图像由RGB空间转换到与反射亮光无关的相对颜色空间;其次结合图像信息熵获得彩色图像的梯度图像;然后根据梯度直方图的分布信息,对梯度图像进行分层重构;随后采用形态学极小值标定技术对合并后的梯度图像进行强制标定;最后对修正后的图像进行分水岭分割。对不同类型的图像进行分割实验,实验结果显示该算法相比其他3种典型的分水岭算法在分割区域个数、运行时间及区域间差异性指标(DIR)上的表现都较为突出。该算法更符合人眼对图像的感知,分割效果和性能较好,具有较高的鲁棒性和实用性。     

Parallel watershed transformation algorithms for image segmentation

The watershed transformation is a mid-level operation used in morphological image segmentation. Techniques applied on large images, which must often complete fast, are usually computationally expensive and complex entailing efficient parallel algorithms. Two distributed approaches of the watershed transformation are introduced in this paper. The algorithms survey in a Single Program Multiple Data (SPMD) model both local and global connectivity properties of the morphological gradient of a gray-scale image to label connected components. The sequentiality of the serial algorithm is broken in the parallel versions by exploiting the ordering relation between two neighboring pixels successively incorporated in the same region. Thus, a path is traced, for every unlabeled pixel, down to its region of inclusion (whose label is then propagated backwards); in the second algorithm, regions grow independently around their seeds. In both cases only pixels which satisfy the ordering relation are incorporated in any region. This way, not only different regions are explored in a parallel fashion, but also different parts of the same region, when the latter extends to neighboring subdomains, are treated likewise. Running time and relative speedup evaluated on a Cray T3D parallel computer are used to appreciate the performance of both algorithms.     

基于多尺度随机模型的SAR图像无监督分割

合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）是一种基于相干原理的成像系统,在SAR图像中存在严重影响图像质量的斑点噪声,使得SAR图像的可靠分割非常困难。〖BP）〗根据SAR图像的成像机理,利用两种多尺度随机模型,即多尺度自回归（Multiscale Autoregressive,MAR）模型和多尺度自回归滑动平均（Multiscale Aautoregressive Moving Average, MARMA）模型,分别来描述同一场景不同分辨率SAR图像像素间的统计相关性,并构造了相应的多分辨混合算法实现SAR图像的无监督分割。试验结果表明,提出的两种无监督分割方法是可行的,且MARMA模型比MAR模型能够更精确地捕捉SAR图像多尺度序列中不同类型地形的统计信息,使分割质量具有明显的改进。     

基于层次Gamma混合模型的高分辨率SAR影像分割方法

为了准确地对高分辨率合成孔径雷达(SAR)影像内像素强度统计分布建模并得到高精度的分割结果,提出基于层次Gamma混合模型(HGaMM)的高分辨率SAR影像分割方法.HGaMM由多个Gamma混合模型构成,用于对非对称、重尾和多峰等复杂的像素强度统计分布建模.为了减少影像噪声对分割的影响,采用马尔科夫随机场建模像素标号场,将像素邻域位置关系引入HGaMM.根据贝叶斯理论,利用后验分布构建影像分割模型.马尔科夫链蒙特卡罗算法用于模拟影像分割模型.在模拟和真实SAR影像上的分割实验表明,文中方法可得到较高精度的分割结果.     

一种新的基于区域和边界的图象分割方法

用分水岭方法进行图象分割时,容易造成图象的过度分割,从而使得物体的轮廓线掩埋在杂乱的分水岭线中,为了克服这种过度分割问题,提出了一种保持边界的非线性扩散方法,该方法就是先对图象进行平滑,在去噪声的同时,即减少了梯度图象中区域最小值的数目,而分水岭分割后的图象区域数目与它相同;然后,根据初始分水岭分割的结果,使用区域灰度相似性和边界强度相结合的准则,进行由底向上的层次融合,从而较好地解决了过度分割的问题。实验结果表明,该方法可提供精确且封闭的区域轮廓线。