引入模糊因子的EM图像分割

基于有限高斯混合模型,在采用EM算法对混合模型参数求解的过程中,引入模糊因子,改善图像分割方法.该方法可以降低其对初选值的依赖和像素点值对混合模型分量间参数的干扰.结果表明,对含有高斯噪声影响的图像有较好的分割结果,目标图像的区域形状保持好、相对位置明确.     

有效的SAR图像多尺度分类算法

为提高分类精度,提出一种基于最大期望(EM)与遗传(GA)算法的多尺度SAR图像无监督分类方法.利用多尺度自回归(MAR)模型描述SAR图像中不同尺度之间的统计相依性,提取多尺度特征.应用混合模型描述多尺度特征,并将GA算法与EM算法相结合给出混合模型的参数估计算法,利用最小描述长度(MDL)准则选择模型的分量教.最后使用Bayes分类器实现了图像的分类与分割.该方法集EM算法和GA算法结合后的优点,对设定初值有较少的敏感性,因而避免了局部最优解.应用于SAP图像的实验表明,在分割精度上GA-EM方法优于MAR模型的算法.     

基于高阶CRF模型的图像语义分割

图像语义分割方法大多基于点对条件随机场模型, 不能定位到单个目标, 并且难以利用全局形状特征, 造成误识。针对这些问题, 提出一种新的高阶条件随机场模型, 将基于全局形状特征的目标检测结果和点对条件随机场模型统一在一个概率模型框架中, 同时完成图像分割、目标检测与识别的任务。利用目标检测器和前背景分割算法获取图像中目标区域, 在目标区域上定义新的高阶能量项。新的高阶条件随机场模型就是高阶能量项和点对条件随机场模型的加权混合模型, 其最优解即为图像语义分割结果。在MSRC-21类数据库上进行的实验验证了该模型能够显著提升图像语义分割性能, 并定位到单个目标。     

基于MRF模型的NSCT域SAR图像分割

针对复杂背景下的合成孔径雷达（SAR）图像的分割问题,提出一种基于非降采样Contourlet变换（NSCT）域马尔可夫（MRF）模型的算法。该算法综合利用了MRF模型在影像分割中的优势和图像的多分辨率描述的信息,采用高斯混合模型建模各个尺度的特征场,Potts模型建模各个尺度的标记场,大尺度的分割结果直接投影到小尺度上,作为分割的初始结果。实验部分与经典的阈值分割算法和马尔可夫分割算法进行比较、分析,结果表明该算法可准确地分割目标,同时保留目标的细节信息。     

基于多尺度高阶注意力机制的视网膜血管分割

视网膜血管分割对于辅助医生诊断糖尿病性视网膜病变、黄斑萎缩、青光眼等眼科疾病具有重要意义.注意力机制被广泛用于U-Net及其变体中以提高血管分割模型的性能.为进一步提高视网膜血管的分割精度,挖掘视网膜图像中的高阶及全局上下文信息,本文提出基于多尺度高阶注意力机制的模型(multi-scale high-order attention network, MHA-Net).首先,多尺度高阶注意力(multi-scale high-order attention, MHA)模块从深层特征图中提取多尺度和全局特征计算初始化注意力图,从而改进模型处理医学图像分割时尺度不变的缺陷.接下来,该模块通过图的传递闭包构建注意力图,进而提取高阶的深层特征.通过将多尺度高阶注意力模块应用于编码器-解码器结构中,在彩色眼底图像数据集DRIVE上进行血管分割,实验结果表明,基于多尺度高阶注意力机制的视网膜血管分割方法有效地提高了分割的精度.     

基于高斯混合模型的活动轮廓模型脑MRI分割

传统的活动轮廓模型用于图像分割往往基于目标的边界信息,在图像含有强噪音或目标具有弱边界时很难得到真实解.引入高斯混合模型构造新的约束项,在新的约束项作用下模型可以减少噪音的影响,并防止从弱边界泄漏.高斯混合模型求解通常使用Expectation-maximization(EM)算法,该算法是局部优化算法,且对初值敏感.因此引入粒子群算法,并提出一种改进的算法,利用该算法的全局优化性求解高斯混合模型的参数,以提高参数精度.对脑核磁共振图像(MRI)分割实验表明该模型具有较好的分割效果.     

基于高斯混合模型的人脑MR图像分割新算法研究

有限高斯混合模型是广泛应用于聚类分析与分布估计的概率模型之一,同样在脑部MR图像分割领域获得了广泛应用.利用高斯混合模型可以描述大脑图像,通过期望最大算法求解随机变量的特征值,并用其对图像上的点进行分类,可以在一定程度上解决脑图像分割问题.针对含脉冲噪声的大脑图像,首先利用改进的滤波方法对图像进行滤波,再利用粒子群改进算法的全局优化特性求解高斯混合模型的参数,这样避免了EM算法易陷入局部极值的现象,以提高参数精度,从而进一步提高分割质量.     

基于NSCT和泰勒级数的图像超分辨率重建

结合非下采样Contourlet变换(NSCT)的多尺度、方向特性、各向异性、平移不变性以及泰勒级数高效逼近的优点,提出一种利用泰勒级数插值代替双线性插值的超分辨率图像重建算法.实验结果显示,该算法可以较好地恢复图像的细节信息和纹理特征,有效抵抗高斯噪声的干扰.     

基于MRF模型的遥感图像建筑物分割研究

为了快速有效地从遥感图像中提取目标建筑物,采用小波分析和Markov随机场(MRF)相结合的方法进行遥感图像建筑物目标分割。首先将小波分解得到图像的多尺度序列作为各个尺度特征场的观测值,采用高斯混合模型建模特征场,以MRF模型作为标记场先验概率分布模型,通过EM算法迭代使得参数估计和图像分割交替进行,最后采用模板匹配检测建筑物目标的位置。选择多幅遥感图片进行实验,结果表明,采用分解层数为3的Haar小波,类别数为2,MLL模型势函数β为1时,该方法能够完成复杂背景下的建筑物目标分割并能对规则目标进行检测。     

基于抽样的正交多项式混合模型图像分割

针对有限混合模型中参数估计方法对先验假设存在过分依赖和图像数据量大的问题,提出了一种基于抽样的非参数余弦正交序列的图像混合模型分割方法.首先,基于图像的直方图进行分层随机抽样得到样本数据,根据样本数据构建非参数正交多项式混合模型,对于模型的平滑参数采用最小均方差方法进行估计;其次,采用NEM(Nonparametric Expectation Maximum)算法求解混合模型中正交多项式系数和模型的混合比;最后,根据贝叶斯准则进行图像分割.此方法能够克服参数模型的基本假设与实际的物理模型之间存在的差异,实验表明该方法比GMM和Hermite混合模型分割方法分割质量高,而且分割速度快.     

复小波域混合概率图模型的超声医学图像分割

针对存在大量不规则斑点噪声、目标边缘弱化的超声医学图像分割中较难识别目标的问题, 提出了一种复小波域中混合概率图模型的超声医学图像分割算法.采用具有近似平移不变性和良好方向选择性的双树复小波变换(Dual tree-complex wavelet transform, DT-CWT)提取超声医学图像6个方向的高频特征信息; 其次, 为关联目标的弱特征信息并抑制统计独立的高频噪声, 构建了复小波域混合概率图模型; 尺度间"父—子"节点间标记采用贝叶斯网络进行建模, 尺度内邻域间标记采用马尔科夫随机场(Markov random field, MRF)无向图建模, 对复小波域中同尺度的特征系数采用高斯混合模型建模, 尺度内同标记的观测特征采用高斯模型建模; 最后, 用迭代条件模式(Iterated conditional mode, ICM)实现MRF中误分割率最小的能量函数最优解, 获取标记场, 实现超声医学图像分割.实验结果从视觉效果和定量分析两方面验证表明, 本文算法能有效地提取超声图像的弱目标信息, 较好地定位目标区域, 具有较高的分割精度和鲁棒性.     

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。     

基于Legendre正交多项式非参数混合模型的图像分割

针对有限混合模型中参数估计方法对先验假设存在过分依赖的问题,提出了一种非参数的Legendre正交多项式图像混合模型分割方法。首先,设计了一种基于Legendre正交多项式的图像非参数混合模型,并用最小均方差(MISE)估计每一个模型的平滑参数;其次,利用EM算法求解正交多项式系数和模型的混合比。此方法不需要对模型作任何假设,可以有效克服模型失配问题。通过图像的分割实验表明,该方法比其他非参数混合模型分割效果更好。     

基于小波域层次Markov模型的图像分割

针对两个状态的有限高斯混合模型逼近小波系数的不足和小波域隐马尔可夫树标号场相互独立的缺点,提出了一种基于小波域层次马尔可夫模型的图像分割算法,这种模型用有限通用混合模型逼近小波系数的分布,使有限高斯混合模型只是其一种特殊情况;在标号场的先验模型确定上,利用马尔可夫模型描述标号场的局部作用关系,给出标号场的具体表达式,克服了小波域马尔可夫树模型标号场相互独立的不足,然后利用贝叶斯准则,给出相应的分割因果算法。该模型不仅具有空域马尔可夫模型有效的递归算法的优点,同时具有小波域隐马尔可夫树模型中的马尔可夫参数变尺度行为。最后用真实的图像和合成图像同几种分割方法进行了对比实验,实验结果表明了本文算法的有效性和优异性。     

融合分割先验的多图像目标语义分割

目的 在序列图像或多视角图像的目标分割中，传统的协同分割算法对复杂的多图像分割鲁棒性不强，而现有的深度学习算法在前景和背景存在较大歧义时容易导致目标分割错误和分割不一致。为此，提出一种基于深度特征的融合分割先验的多图像分割算法。方法 首先，为了使模型更好地学习复杂场景下多视角图像的细节特征，通过融合浅层网络高分辨率的细节特征来改进PSPNet-50网络模型，减小随着网络的加深导致空间信息的丢失对分割边缘细节的影响。然后通过交互分割算法获取一至两幅图像的分割先验，将少量分割先验融合到新的模型中，通过网络的再学习来解决前景/背景的分割歧义以及多图像的分割一致性。最后通过构建全连接条件随机场模型，将深度卷积神经网络的识别能力和全连接条件随机场优化的定位精度耦合在一起，更好地处理边界定位问题。结果 本文采用公共数据集的多图像集进行了分割测试。实验结果表明本文算法不但可以更好地分割出经过大量数据预训练过的目标类，而且对于没有预训练过的目标类，也能有效避免歧义的区域分割。本文算法不论是对前景与背景区别明显的较简单图像集，还是对前景与背景颜色相似的较复杂图像集，平均像素准确度（PA）和交并比（IOU）均大于95%。结论 本文算法对各种场景的多图像分割都具有较强的鲁棒性，同时通过融入少量先验，使模型更有效地区分目标与背景，获得了分割目标的一致性。     

多尺度特征融合工件目标语义分割

目的 目标语义特征提取效果直接影响图像语义分割的精度,传统的单尺度特征提取方法对目标的语义分割精度较低,为此,提出一种基于多尺度特征融合的工件目标语义分割方法,利用卷积神经网络提取目标的多尺度局部特征语义信息,并将不同尺度的语义信息进行像素融合,使神经网络充分捕获图像中的上下文信息,获得更好的特征表示,有效实现工件目标的语义分割。方法 使用常用的多类工件图像定义视觉任务,利用残差网络模块获得目标的单尺度语义特征图,再结合本文提出的多尺度特征提取方式获得不同尺度的局部特征语义信息,通过信息融合获得目标分割图。使用上述方法经多次迭代训练后得到与视觉任务相关的工件目标分割模型,并对训练权重与超参数进行保存。结果 将本文方法和传统的单尺度特征提取方法做定性和定量的测试实验,结果表明,获得的分割网络模型对测试集中的目标都具有较精确的分割能力,与单尺度特征提取方法相比,本文方法的平均交并比mIOU（mean intersection over union）指标在验证集上训练精度提高了4.52%,在测试集上分割精度提高了4.84%。当测试样本中包含的目标种类较少且目标边缘清晰时,本文方法能够得到更精准的分割结果。结论 本文提出的语义分割方法,通过多尺度特征融合的方式增强了神经网络模型对目标特征的提取能力,使训练得到的分割网络模型比传统的单尺度特征提取方式在测试集上具有更优秀的性能,从而验证了所提出方法的有效性。     

基于EM算法的混合模型医学图像分割

医学图像分割中的期望最大化(EM)算法在求解混合模型参数时存在局限性。为此,提出一种模糊约束的混合模型图像分割算法。该算法以像素的独立性假设为前提,在采用EM算法对模型参数进行求解的过程中,通过模糊集合论方法,引入像素空间信息。实验结果表明,该算法没有引入新的模型参数,能够保持独立混合模型的简单性,且具有自动模型选择能力,可以获得较理想的分割结果。     

一种新的红外图像快速分割方法研究

研究红外图像目标分割快速优化问题。在高分辨率红外图像的分割中,红外图像存在数据量大、目标的边缘模糊和噪声较大等导致分辨率低和实时性差。为了快速准确分割,提出基于低尺度分割阈值预测的快速红外图像分割方法(LFIRS)。首先建立尺度阶数计算模型以确定保留原始红外图像目标基本信息所需的最小尺度,在分析多尺度过程对具有目标/背景强相关特性的红外图像进行分割阈值,建立多尺度红外图像分割阈值的相关模型(CLM),结合经典二维阈值法得到的最低两个尺度的阈值CLM模型参数,可以通过CLM模型与最小尺度的快速获取原始尺度的分割阈值,实现红外图像的快速分割。实验结果表明,改进方法提高了图像分辨和分割速度,且改善了分割效果。     

结合梯度和区域信息的多尺度水平集图像分割

提出了一种结合梯度和区域信息的多尺度水平集图像分割算法。该算法结合梯度和区域信息构造能量函数,在梯度约束项中,构建了一个基于小波高频分量的边缘检测函数,在区域约束项中,运用经典C-V模型的区域项,得到混合C-V模型,采用变分法求解,并消除了水平集的重初始化。利用小波变换首先在逼近图像中运用混合C-V模型得到粗分辨图像的一个粗尺度分割,再对当前粗尺度下的最终轮廓线作内插操作,将得到的近似轮廓曲线作为初始水平集函数在原图像中运用消除重初始化的C-V模型演化得到最终的分割。实验结果表明,在同样的模型参数条件下,该方法具有比传统方法更高的演化效率和分割质量。     

基于多尺度Markov模型的SAR图像上下文融合分割方法

在多尺度Markov模型的基础上,提出了一种新的用于SAR图像无监督分割的上下文融合分割方法。该方法充分考虑了SAR图像分布的统计特性,用基于混合Rayleigh分布的多尺度Markov模型对待分割图像建模,并直接根据待分割图像用迭代条件估计算法来训练模型的参数。然后以上下文向量的形式提出了四种不同的上下文模型,并用这四种上下文模型分别对待分割图像的多尺度图像信息进行自上而下的融合,最终得到四种不同的分割结果。实验表明,该方法进一步提高了SAR图像分割结果的精度。