新的鲁棒模糊C-均值聚类分割算法及其应用

针对Krinidis和公茂果等提出的系列鲁棒模糊局部C-均值聚类算法存在聚类中心迭代公式缺乏严格数学理论基础的不足,于是将其聚类目标函数及其约束条件采用拉格朗日乘子法进行严格数学推导,从而获得最优解逼近的隶属度和聚类中心迭代表达式,并通过多次循环迭代实现图像聚类分割。实验结果表明,本文所建议的鲁棒模糊局部C-均值聚类分割算法是有效的,相比现有鲁棒模糊局部C-均值聚类分割算法更适合复杂遥感等图像的分割需要。     

一种快速鲁棒核空间图形模糊聚类分割算法

针对现有鲁棒图形模糊聚类算法难以满足强噪声干扰下大幅面图像快速分割的需要，提出一种快速鲁棒核空间图形模糊聚类分割算法。该算法将欧氏空间样本通过核函数映射至高维空间；采用待分割图像中像素邻域的灰度和空间等信息构建线性加权滤波图像，对其进行鲁棒核空间图形模糊聚类；并引入当前聚类像素与其邻域像素均值所对应的二维直方图信息，获得鲁棒核空间图形模糊聚类快速迭代表达式。对大幅面图像添加高斯和椒盐噪声进行分割测试，实验结果表明:本文算法相比基于图形模糊聚类等分割算法的分割性能、抗噪鲁棒性和实时性有了显著提高。     

基于改进模糊聚类算法鲁棒的图像分割

对噪声图像提出了一种改进的模糊聚类分割算法。因为模糊C均值聚类(FCM)算法具有对噪声数据敏感的缺点,该算法通过提升意义更趋明晰的模糊隶属度来改变模糊聚类中的目标函数,即通过在标准的FCM算法中使用到类的Voronoi cell的距离来取代到类的原型的欧氏距离,从而增强了聚类结果的鲁棒性。实验结果表明,改进的算法较之于FCM对于噪声图像的分割有更好的鲁棒性。     

基于连通核的鲁棒模糊C-均值聚类算法

提出一种新的鲁棒核模糊C-均值聚类算法.将连通核与AFCM(Alternative fuzzy C-means)聚类算法相结合,给出基于连通核的核AFCM:CRKFCM(Connectivity kernel based robust fuzzy C-means).CRKFCM一方面有效地利用了连通核,可以对任意形状数据聚类,且避免了核参数的选取问题;另一方面在特征空间使用非欧氏距离,可以有效地处理含噪声数据的聚类问题.实验结果表明,与原有的AFCM和连通核硬C-均值(CKHCM,Connectivity kernel based hard C-means)聚类算法相比,新算法在处理噪声环境中的任意形状聚类问题方面更有效.     

鲁棒空间约束的模糊聚类图像分割

目的 为进一步提高分割精度,在模糊聚类的基础上引入统计信息,提出一种鲁棒型空间约束的模糊聚类分割算法。方法 基于局部空间信息的先验概率与后验概率,提出一种新型空间约束项,并通过卷积操作提高运行效率;进而引入负对数联合概率作为测度函数,进一步提高算法对于各像素点所属类别的甄别能力;同时将测度函数与空间约束项整合至目标函数中,通过迭代更新各参数达到最小化目标函数的目的。结果 对于合成图像的实验结果表明,本文算法对于噪声类型和噪声强度具有较强的鲁棒性;对于彩色图像的实验结果表明,在适当的特征描述符的辅助下,本文算法也能够获得令人满意的分割结果和较高的分割精度。结论 本文算法克服了现有算法的缺陷,进一步提升了图像的分割精度。其适用于分割带噪声图像,且在适当纹理特征的辅助下分割彩色图像,与同类算法的比较实验结果验证了本文算法的有效性。     

鲁棒的交叉熵模糊聚类算法

针对模糊C-均值聚类(FCM)算法对噪声敏感、容易收敛到局部极小值的问题,提出一种基于交叉熵的模糊聚类算法。通过引入交叉熵重新定义了传统FCM算法的目标函数,利用交叉熵度量样本隶属度之间的差异性,并采用拉格朗日求解方法和朗伯W函数解决了目标函数的优化问题,此外,分析了样本划分矩阵的分布情况,依据分布特性对噪声样本进行识别。人工数据集合和标准数据集加噪的实验结果表明,该算法提高了传统FCM算法的抗干扰能力,具有更强的鲁棒性,噪声样本识别的准确率较高。     

快速鲁棒核空间模糊聚类分割

目的 传统模糊C-均值聚类应用于图像分割仅考虑像素本身的聚类问题,无法克服噪声干扰对图像分割结果的影响,不利于受到噪声干扰的工业图像、医学影像和高分遥感影像等进行目标提取、识别和解译。嵌入像素空间邻域信息或局部信息的鲁棒模糊C-均值聚类分割算法是近年来图像分割理论研究中的热点课题。为此,针对现有的鲁棒核空间模糊聚类算法非常耗时且抑制噪声能力弱、不适合强噪声干扰下大幅面图像快速分割等问题,提出一种快速鲁棒核空间模糊聚类分割算法。方法 利用待分割图像中像素邻域的灰度信息和空间位置等信息构建线性加权滤波图像,对其进行鲁棒核空间模糊聚类。为了进一步提高算法实时性,引入当前聚类像素与其邻域像素均值所对应的2维直方图信息,构造一种基于2维直方图的鲁棒核空间模糊聚类快速分割最优化数学模型,采用拉格朗日乘子法获得图像分割的像素聚类迭代表达式。结果 对大幅面图像添加一定强度的高斯、椒盐以及混合噪声,以及未加噪标准图像的分割测试结果表明,本文算法比基于邻域空间约束的核模糊C-均值聚类等算法的峰值信噪比至少提高1.5 dB,误分率降低约5%,聚类性能评价的划分系数提高约10%,运行速度比核模糊C-均值聚类和基于邻域空间约束的鲁棒核模糊C-均值聚类算法至少提高30%,与1维直方图核空间模糊C-均值聚类算法具有相当的时间开销,所得分割结果具有较好的主观视觉效果。结论 通过理论分析和实验验证,本文算法相比现有空间邻域信息约束的鲁棒核空间模糊聚类等算法具有更强的抗噪鲁棒性、更优的分割性能和实时性,对大幅面遥感、医学等影像快速解译具有积极的促进作用,能更好地满足实时性要求较高场合的图像分割需要。     

基于图形处理器的模糊C均值聚类分割算法

针对模糊C均值聚类图像分割算法运算量大、难于实时处理的问题,提出了一种基于图形处理器的加速算法。通过分析模糊C均值聚类算法各阶段可以并行处理的运算部分,利用计算统一设备架构软硬件结构,分别将隶属度矩阵计算、聚类中心计算和像素按隶属度归类3个部分改造成适合图形处理器硬件并行运行的形式。实验结果表明,相对于CPU串行算法,基于图形处理器的加速算法效率提升明显。鉴于大多数图像处理算法均具有可并行处理的部分,利用图形处理器进行加速具有普适性。     

基于粒子群的改进模糊聚类图像分割算法

基于粒子群优化的改进模糊聚类图像分割算法将微粒群搜索聚类中心作为图像分割的聚类初值,克服了FCM分割算法对聚类中心初值敏感的缺点,大幅提高了图像分割算法的计算速度。改进的模糊聚类图像分割算法,一方面考虑到像素的空间位置信息和相互邻域之间像素有很大的相关性,在目标函数中引入邻域惩罚函数;另一方面提出聚类在二维方向上进行更新的思想,建立了包含邻域单元熵的新聚类目标函数。实验结果表明,该方法可以使模糊聚类的速度得到明显提高,对初始聚类中心不敏感,抗噪能力强,是一种有效的模糊聚类图像分割方法。     

稳健模糊C-均值聚类算法在图像分割中的应用研究

模糊C-均值聚类是模式识别中的重要算法之一,很早就被应用到图像分割中。由于原始的模糊C-均值聚类算法没有考虑图像的空间信息,算法对图像中的噪音点十分敏感。针对这个问题,很多稳健模糊C-均值聚类算法被提出。通常的做法是在原来模糊C-均值聚类的目标函数中加入空间信息惩罚项。本文讨论这类方法,具体分析不同算法的空间信息加入方式,并指出其优缺点。     

结合空间信息的FCM聚类噪声图像分割方法

标准模糊C均值聚类算法由于没有考虑任何与图像空间连续性有关的信息,对噪声高度敏感,针对这一问题,提出一种基于图像空间信息的FCM聚类分割算法。该算法将图像像素的空间信息引入到相似性度量和隶属度函数中,其中空间信息由像素的相对位置和邻域内像素的特征决定。实验结果证明,该方法能有效地对含有一定噪声的图像进行分割,具有较好的抗噪性能。     

一种改进的基于模糊聚类的图像分割方法

针对亮度不一致的阴影路面的目标分割问题，对使用空间关系约束的模糊聚类算法进行了改进，即首先定义了像素之间以及像素与区域之间的近邻关系，并构造了像素与区域之间的空间关系隶属度矩阵，然后将此矩阵约束到传统的模糊C-均值聚类算法的隶属度矩阵中，最终形成了基于空间关系约束的模糊聚类算法。该算法只需设置很少的参数即可自动完成聚类。该算法在受光照影响导致目标亮度不一致的林荫道道路图像中进行了实验。实验结果表明，该算法对机器人导航中阴影路面的一致性分割方面具有良好的效果。     

基于多属性的空间连续模糊聚类算法的血管分割

血管系统的3维显示对于图像导航神经外科和手术计划非常重要。提出了一种基于多属性的空间连续模糊聚类算法的血管分割算法来提取时飞磁共振血管造影（TOF MRA)图像中的血管,该聚类算法同时利用了图像的灰度信息和几何信息来提取血管,而目前已有算法仅采用灰度信息。在该算法中又提出了一个融合了灰度和几何形状的不相似性度量准则, 由于几何形状的采用,使得该算法可以区分具有相似灰度但位于不同几何形状组织里的像素。为了验证该算法,分别对2维和3维图像进行了分割,实验结果表明,该算法能够获得更好的分割结果。     

图像分割中模糊聚类数目的确定

尽管模糊聚类是一种无监督的分类,但目前的FCM类型的算法却要求聚类原形参数的先验知识(原型数目及类型),否则算法就会产生误导,这就限制了在图像分割中的应用。因此需要对聚类数目给出一个判断算法。通过对图像的灰度直方图中加入它的梯度信息,提出了灰度-梯度的二维直方图。该方法能有效地抑制噪声的干扰,更准确地得到聚类数目,使模糊聚类完全无监督化。     

基于Type-2模糊聚类的图像分割算法

模糊C均值算法是图像分割的常用方法,但该算法对噪声非常敏感。为此,提出一种新算法,在模糊C均值算法基础上引进Type-2模糊理论,以提高算法的分割准确性和鲁棒性。该算法对模糊C均值算法中每一个样本的隶属度进行分段线性拉伸,利用拉伸的结果作为一个新的隶属度函数,并用该函数对图像进行分割。实验结果表明,该算法准确性较高,且具有良好的抗噪能力。     

基于运动轨迹聚类的运动分割

文中提出了一种基于子空间聚类的运动分割算法。针对基于因式分解的运动分割方法对噪声敏感的问题，引入一个基于形状相关矩阵的相似矩阵，然后将特征点映射到一个由相似矩阵决定的低维子空间中。在这个子空间中，可以通过光谱图聚类方法对特征点进行聚类。为提高光谱图聚类方法的分段常数特征向量条件，文中计算了一个相关的概率矩阵的较大特征值相对于边权重变化的敏感度，来切断类之间的连接。通过实验，可以看到文中的方法有较好的鲁棒性。     

基于多维彩色向量空间的火焰图像模糊聚类分割算法

针对火灾探测过程中早期火焰的分割技术研究,提出了一种基于多维彩色向量空间的火焰图像模糊聚类分割算法,该算法以运动目标序列图像之间变化的区域作为聚类模板,提取该聚类模板的RGB多维彩色特征向量,然后将图像的像素与聚类模板通过模糊聚类的方式进行分割。这种分割算法计算简单,时间开销较小,可以较好地获取火焰图像的边缘形态特征,并且能够明显消除不同光线下分割误差,实现快速无监督自动分割。     

改进的PCM聚类算法在图像分割中的应用

可能性C均值聚类算法（PCM）对于噪声显示了良好的鲁棒性,但是它没有考虑到像素的空间信息,在含有大量噪声的情况下,PCM算法的分割性能会大大降低。基于PCM算法,提出了一种改进的PCM算法,该算法改进了隶属度函数,新的像素点隶属度更新为其邻域隶属度的几何均值。实验结果显示新的算法能够更有效的分割图像,并显示出良好的抗噪能力。