一种嵌入局部信息的快速KFCM聚类分割算法

针对核空间模糊局部C-均值聚类分割算法时间复杂性过大而不适合实时场合图像分割需要的问题,提出了一种核空间局部模糊C-均值聚类分割的快速算法。利用像素与其邻域像素之间的空间距离信息和灰度方差信息构造一种加权共生矩阵;将图像像素的一维直方图以及像素与邻域像素之间的二维共生直方图相结合构造了一种新的核空间模糊C-均值聚类分割目标函数,并对其推导获得隶属度和聚类中心迭代表达式;将图像像素采用该算法聚类所得隶属度进行邻域滤波处理,以便改善该算法的抗噪性能。实验结果表明,该分割算法相比核空间局部模糊C-均值聚类分割更有利于实时场合和大幅面图像分割的需要。     

一种改进的模糊聚类图像分割算法研究与仿真

针对相似图像分割过程中,输入像素数据在转换空间上存在的不连贯和幅度变化特征差异很小,像素的隶属关系很难准确界定,导致分割阀值设定过程出现较大衰减,分割误差较大的问题,提出一种改进的模糊聚类图像分割算法.分析了传统的模糊C-均值聚类图像分割算法的弊端,对像素模糊划分矩阵和聚类中心进行推导,将迭代过程中像素数据集对聚类隶属的可能性和不确定性关系融入分割目标函数中,依据可能隶属度和不确定隶属度建立改进分割准则函数,同时对像素聚类进行更新,实现图像分割.仿真结果验证了所提算法的有效性,结果表明,改进后的方法在分割检测过程中,图像误差明显减小.     

基于改进模糊核聚类的红外图像分割

针对传统模糊核聚类在红外图像分割方面存在的问题,提出了一种改进的模糊核聚类红外图像分割算法.在模糊核聚类的基础上引入了红外图像像素点的空间约束关系和邻域隶属度相关性,并定义了隶属度约束强度指数修正隶属度函数,可有效抑制红外图像分割结果中的噪声和野值.实验结果表明,与传统的分割结果相比,这种考虑邻域隶属度相关性的空间约束模糊核聚类算法可有效地对红外图像进行分割,准确完整地分割出了目标,达到了令人满意的结果.     

一种快速的模糊局部C-均值聚类分割算法

针对模糊局部C-均值聚类算法计算复杂度高且对大数据样本集进行聚类时极为耗时的特点,提出了快速的模糊局部C-均值聚类分割算法。该算法将目标像素点与其邻域像素点构成的共生矩阵引入模糊局部C-均值算法,得到新的聚类隶属度和聚类中心表达式。对像素分类时,利用邻域像素隶属度进行滤波处理,进一步改善了算法的抗噪性。实验结果表明,该算法满足了图像分割有效性的需求,相较于模糊局部C-均值聚类算法,该算法具有更好的分割性能和实时性,能更好地满足实际场合图像分割的需要。     

结合隶属度与像素交替引导滤波的鲁棒模糊聚类算法

模糊局部信息C-均值（FLICM）聚类算法是目前应用较广泛的图像分割算法,然而仅适用于处理低噪声图像。FLICM算法与像素引导隶属度滤波的结合在一定程度上提高了噪声抑制能力,但仍无法满足强噪声图像的分割需求。联合引导滤波与基于核度量的加权模糊局部信息C-均值（KWFLICM）聚类算法,提出一种隶属度与像素值交替引导的核模糊聚类算法。将像素引导隶属度滤波模块和隶属度引导像素滤波模块引入KWFLICM算法,构造一种引导滤波约束的多目标核模糊聚类优化模型,采用最小二乘法对该模型进行迭代求解。在迭代过程中,通过像素引导隶属度滤波和隶属度引导像素滤波,分别修正输入图像的隶属度和像素值,进一步提高核模糊聚类算法对含噪图像的鲁棒性。实验结果表明,与同类核模糊聚类算法相比,该算法在莱斯噪声干扰下的误分率、精确度、峰值信噪比、Jaccard相似系数等评价指标上表现突出,具有更好的分割性能和更强的鲁棒性。     

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.     

基于多层二部图的高光谱模糊聚类算法

针对传统模糊聚类算法对初始聚类中心非常敏感以及对高光谱图像处理效果不佳的问题,为减少聚类数据的复杂度、降低聚类过程的计算成本以提升聚类性能,提出了一种基于多层二部图的高光谱模糊聚类算法。首先使用SuperPCA预处理方法对超像素分割得到的每个同质区域进行PCA来学习HSI数据不同区域的固有低维特征,从而获得高光谱数据的低维表示;其次,构造一个多层二部图矩阵来描述数据点和锚点之间的关系,降低了计算复杂度;最后,在模糊聚类中加入基于多层二部图的非负正则项来约束模糊隶属度矩阵的解空间。在Indian Pines和Pavia University数据集上进行的实验表明,所提算法能提高聚类效果与性能。     

基于改进FCM聚类算法的火灾图像分割

研究火灾识别问题,火灾图像分割是火灾特征提取和识别的前提,其分割效果直接影响火灾识别的准确率.针对现有分割方法中存在的经验阈值难以确定和因彩色信息丢失导致分割不准确等问题,为了准确识别火灾图像,提出一种改进的FCM聚类的火灾图像分割方法.方法选用符合人眼视觉特性的HSI颜色空间,根据数据分布特点确定色度分量H和亮度分量Ⅰ的初始聚类中心,分别在直方图特征空间进行模糊聚类处理,并利用像素的空间信息对模糊隶属度函数做了改进,最后在由两分量的模糊隶属度组成的二维特征空间上进行火灾图像分割.实验结果表明,算法可排除高亮区域的干扰,准确分割出火焰区域,为后续的火灾识别提供重要依据.     

基于遗传模糊核聚类的图像分割

针对红外图像的特点和模糊聚类算法对噪声、初始聚类中心敏感等问题,提出一种遗传模糊核聚类算法.该算法对红外图像像素灰度值进行全局的聚类分析并计算最优的聚类中心和隶属度矩阵,根据聚类结果和最大隶属度原则进行红外图像分割.通过实验验证,文中算法能较好地分割含高斯噪声、背景简单或复杂的红外图像.     

结合空间信息的模糊C均值聚类图像分割算法

提出一种结合空间信息的模糊C均值聚类图像分割算法.该方法将图像的二维直方图引入传统的模糊C均值聚类算法,并对隶属函数做了改进;依据平方误差和最小准则,来确定模糊分类矩阵及聚类中心;最后,依据最大隶属度原则,划分图像像素的类别归属.实验结果表明,该方法能快速有效地分割图像,并且具有较强的抗噪能力.     

An adaptive spatially constrained fuzzy c-means algorithm for multispectral remotely sensed imagery clustering

This paper presents a novel adaptive spatially constrained fuzzy c-means (ASCFCM) algorithm for multispectral remotely sensed imagery clustering by incorporating accurate local spatial and grey-level information. In this algorithm, a novel weighted factor is introduced considering spatial distance and membership differences between the centred pixel and its neighbours simultaneously. This factor can adaptively estimate the accurate spatial constrains from neighbouring pixels. To further enhance its robustness to noise and outliers, a novel prior probability function is developed by integrating the mutual dependency information in the neighbourhood to obtain accurate spatial contextual information. The proposed algorithm is free of any experimentally adjusted parameters and totally adaptive to the local image content. Not only the neighbourhood but also the centred pixel terms of the objective function are all accurately estimated. Thus, the ASCFCM enhances the conventional fuzzy c-means (FCM) algorithm by producing homogeneous regions and reducing the edge blurring artefact simultaneously. Experimental results using a series of synthetic and real-world images show that the proposed ASCFCM outperforms the competing methodologies, and hence provides an effective unsupervised method for multispectral remotely sensed imagery clustering.     

空间约束层次加权Gamma混合模型的SAR图像分割

目的 合成孔径雷达（SAR）图像中像素强度统计分布呈现出复杂的特性,而传统混合模型难以建模非对称、重尾或多峰等特性的分布。为了准确建模SAR图像统计分布并得到高精度分割结果,本文提出一种利用空间约束层次加权Gamma混合模型（HWGaMM）的SAR图像分割算法。方法 采用Gamma分布的加权和定义混合组份;考虑到同质区域内像素强度的差异性和异质区域间像素强度的相似性,采用混合组份加权和定义HWGaMM结构。采用马尔可夫随机场（MRF）建模像素空间位置关系,利用中心像素及其邻域像素的后验概率定义混合权重以将像素邻域关系引入HWGaMM,构建空间约束HWGaMM,以降低SAR图像内固有斑点噪声的影响。提出算法结合M-H（Metropolis-Hastings）和期望最大化算法（EM）求解模型参数,以实现快速SAR图像分割。该求解方法避免了M-H算法效率低的缺陷,同时克服了EM算法难以求解Gamma分布中形状参数的问题。结果 采用3种传统混合模型分割算法作为对比算法进行分割实验。拟合直方图结果表明本文算法具有准确建模复杂统计分布的能力。在分割精度上,本文算法比基于高斯混合模型（GMM）、Gamma分布和Gamma混合模型（GaMM）分割算法分别提高33%,29%和9%。在分割时间上,本文算法虽然比GMM算法多64 s,但与基于Gamma分布和GaMM算法相比较分别快600 s和420 s。因此,本文算法比传统M-H算法的分割效率有很大的提高。结论 提出一种空间约束HWGaMM的SAR图像分割算法,实验结果表明提出的HWGaMM算法具有准确建模复杂统计分布的能力,且具有较高的精度和效率。     

A study on fuzzy clustering for magnetic resonance brain image segmentation using soft computing approaches

This paper presents a novel idea of intracranial segmentation of magnetic resonance (MR) brain image using pixel intensity values by optimum boundary point detection (OBPD) method. The newly proposed (OBPD) method consists of three steps. Firstly, the brain only portion is extracted from the whole MR brain image. The brain only portion mainly contains three regions–gray matter (GM), white matter (WM) and cerebrospinal fluid (CSF). We need two boundary points to divide the brain pixels into three regions on the basis of their intensity. Secondly, the optimum boundary points are obtained using the newly proposed hybrid GA–BFO algorithm to compute final cluster centres of FCM method. For a comparison, other soft computing techniques GA, PSO and BFO are also used. Finally, FCM algorithm is executed only once to obtain the membership matrix. The brain image is then segmented using this final membership matrix. The key to our success is that we have proposed a technique where the final cluster centres for FCM are obtained using OBPD method. In addition, reformulated objective function for optimization is used. Initial values of boundary points are constrained to be in a range determined from the brain dataset. The boundary points violating imposed constraints are repaired. This method is validated by using simulated T1-weighted MR brain images from IBSR database with manual segmentation results. Further, we have used MR brain images from the Brainweb database with additional noise levels to validate the robustness of our proposed method. It is observed that our proposed method significantly improves segmentation results as compared to other methods.     

Improved fuzzy clustering algorithm with non-local information for image segmentation

Fuzzy C-means(FCM) has been adopted to perform image segmentation due to its simplicity and efficiency. Nevertheless it is sensitive to noise and other image artifacts because of not considering spatial information. Up to now, a series of improved FCM algorithms have been proposed, including fuzzy local information C-means clustering algorithm(FLICM). In FLICM, one fuzzy factor is introduced as a fuzzy local similarity measure, which can control the trade-off between noise and details. However, the fuzzy factor in FLICM cannot estimate the damping extent of neighboring pixels accurately, which will result in poor performance in images of high-level noise. Aiming at solving this problem, this paper proposes an improved fuzzy clustering algorithm, which introduces pixel relevance into the fuzzy factor and could estimate the damping extent accurately. As a result, non-local context information can be utilized in the improved algorithm, which can improve the performance in restraining image artifacts. Experimental results on synthetic, medical and natural images show that the proposed algorithm performs better than current improved algorithms.     

一种面向SAR图像的多窗口道路边缘检测算法

道路作为一种重要地物信息,在城市规划等领域中起着不可替代作用。合成孔径雷达（SAR）具有全天候等成像特点,因此基于SAR图像已有许多道路边缘检测算法。提出一种多窗口道路边缘检测算法,来解决相干斑噪声引起的道路边缘误检率高完整性差等问题。该算法首先以加权局部熵的大小为基础,评估SAR图像中像素点落在道路上的概率,然后以该概率为依据,确定每个像素点多窗口融合的权值。最后,对不同大小窗口的边缘检测结果进行加权融合。通过对不同区域的SAR图像切片进行实验,结果表明加权融合后得到的道路边缘的完整性及对噪声的抑制效果均有所提高。     

基于多目标规划的模糊C均值聚类算法

模糊C均值聚类算法(FCM)是一种非常经典的非监督聚类技术,已被广泛地应用到医学图像分割。由于传统的FCM聚类算法在分割图像时仅利用了图像的灰度信息,未利用图像的空间信息,在分割叠加了噪声的磁共振(MR)图像时分割效果不理想。考虑到脑部MR图像真实的灰度值具有分片为常数的特性,按照合理利用图像空间信息的原则,对传统的FCM聚类算法进行了改进,引入多目标规划的概念,提出了一种新的,更加合理的应用图像空间信息的聚类算法。实验结果表明,应用该算法可以有效地分割含有噪声的图像。     

Image Segmentation Based on Adaptive Cluster Prototype Estimation

An image segmentation algorithm based on adaptive fuzzy c-means (FCM) clustering is presented in this paper. In the conventional FCM clustering algorithm, cluster assignment is based solely on the distribution of pixel attributes in the feature space, and does not take into consideration the spatial distribution of pixels in an image. By introducing a novel dissimilarity index in the modified FCM objective function, the new adaptive fuzzy clustering algorithm is capable of utilizing local contextual information to impose local spatial continuity, thus exploiting the high inter-pixel correlation inherent in most real-world images. The incorporation of local spatial continuity allows the suppression of noise and helps to resolve classification ambiguity. To account for smooth intensity variation within each homogenous region in an image, a multiplicative field is introduced to each of the fixed FCM cluster prototype. The multiplicative field effectively makes the fixed cluster prototype adaptive to slow smooth within-cluster intensity variation, and allows homogenous regions with slow smooth intensity variation to be segmented as a whole. Experimental results with synthetic and real color images have shown the effectiveness of the proposed algorithm.     

P-tile与直方图模糊C-均值聚类相结合的路面图像阈值分割

路面图像裂缝自动检测技术是公路养护技术的重要方向,路面图像的分割是路面图像处理的关键步骤。由于噪声等干扰因素的影响,使得利用传统的模糊C_均值聚类（F（M） 算法进行路面图像分割得不到满意的结果。本文采用Ptile算法和直方图模糊C-均值聚类算法对路面图像进行分割,一方面克服了传统FCM运算量大、计算速度慢的缺点,另一 一方面减少分割算法分析的范围,增强了分割的效果。实验证明,本文算法能较好地分割出路面图像的裂缝。     

一种从高分辨率遥感影像中分割道路的新方法

提出了一种从遥感影像中分割出道路的新策略,其最大的创新之处在于充分考虑了道路的形状特点及沿道路方向的灰度分布特性。比较多个方向上纹理和灰度的一致性,得出一致性最优方向,此方向上的Gabor滤波响应和作为衡量一致性指标的均方差值共同构成本方法的特征矢量。从每一像素出发,沿该点的一致性最优方向绘制一条短线,用短线对应的区域代替现有空间信息FCM模型中的邻域以获取改进的分割模型。实验表明：这一建立在新的特征矢量和分割模型基础上的方法可以更为有效地从高分辨率遥感影像中分割出复杂的道路目标。     

基于隶属度光滑约束的模糊C均值聚类算法

传统的FCM聚类算法未利用图像的空间信息,在分割叠加了噪声的MR图像时分割效果不理想。本文考虑到脑部MR图像真实的灰度值具有分片为常数的特性,按照合理利用图像空间信息的原则,对传统的FCM聚类算法进行了改进,增加了使隶属度趋向于分片光滑的约束项,得到了新的聚类算法。通过对模拟脑部MR图像和临床脑部MR图像的分割实验结果表明,本文提出的新算法比传统的FCM算法等多种图像分割算法有更精确的图像分割能力,并且运算简单、运算速度快、稳健性好。