一種加權法實現空間限制的混合模型圖像分割方法
2023-08-01 11:45:41
一種加權法實現空間限制的混合模型圖像分割方法
【專利摘要】本發明屬於圖像處理領域，具體涉及一種加權法實現空間限制的混合模型圖像分割方法。本發明包括：讀入一幅自然場景圖像，確定圖像分割的類別數目；採用K-均值聚類算法獲得圖像的初始分割結果；設置每個像素的初始權值；對進行平滑濾波得以上次分割結果作為初始值，開始下一輪的似然加權EM計算；對收斂後的做平滑濾波，做歸一化處理；輸出原圖像的分割結果圖像。由於模型是建立在獨立混合模型基礎上，參數的EM算法可獲得閉式解，同時權值中融合了鄰近像素的位置信息，因此是以較低的代價引入了像素的空間位置限制信息。
【專利說明】一種加權法實現空間限制的混合模型圖像分割方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於圖像處理領域，具體涉及一種加權法實現空間限制的混合模型圖像分割方法。
【背景技術】
[0002]圖像分割是圖像自動語義內容分析的基礎，分割結果的好壞將嚴重影響後續的分類與識別應用的效果。在眾多的分割方法中，基於像素視覺特徵的聚類分割方法因其突出的分割效果而佔有重要地位。混合模型是最為常見的一種模型聚類分割方法，它對分割區域具有良好的概率解釋，為後續的圖像分類與識別提供了方便。常用的高斯混合模型(GMM)就是一種簡單有效的模型聚類方法，GMM的模型參數少，可以採用期望最大化方法(EM算法)進行參數的最大似然估計。但利用GMM進行圖像分割是建立在像素獨立假設基礎上的，在像素的聚類過程中只考慮了像素在視覺空間中的統計分布特性，而沒有考慮到圖像像素的空間位置相關性，這往往會影響分割後圖像區域的平滑性。因為對於一般的圖像而言，記錄同一物質區域內的像素，往往呈現出在視覺上分布的不一致現象。而對於獨立混合模型，這種不利的視覺觀測值會導致本應來源於同一模型的像素，在模型參數的優化過程中，被歸屬為不同的模型，導致分割結果的偏差。
[0003]受像素空間位置限制的混合模型(又可以稱為空間限制的混合模型)，因為很好地考慮了鄰近像素的相關性，可以有效改善獨立混合模型的分割效果。但是，獨立混合模型具有有效的EM參數求解方法，而對於空間限制的混合模型而言，由於模型參數的耦合性，導致EM模型求解的難度過高，直接的結果是EM步驟中採取的迭代或近似方法中將引入過多的運算負擔、以及降低參數的求解精度。
[0004]為了克服用於圖像分割的空間限制的混合模型的上述缺陷，本發明提出了一種似然加權混合模型，可以有效改善空間限制的混合模型的分割效果。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種利用加權法實現空間限制的混合模型圖像分割方法。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:
[0007](1)讀入一幅自然場景圖像，確定圖像分割的類別數目K，K即為混合分量的個數，設置迭代的終止閾值n；
[0008](2)採用K-均值聚類算法獲得圖像的初始分割結果，ID (i)代表第i個像素的聚類類別，ID(i) ∈ [1, K]；
[0009](3)設置每個像素的初始權值WiID(i) = I?像素類別號I Φ ID⑴，則設置wli=0.,
[0010](4)對W進行平滑濾波得[wki]f,並歸一化處理
【權利要求】
1.一種加權法實現空間限制的混合模型圖像分割方法，其特徵在於: (1)讀入一幅自然場景圖像，確定圖像分割的類別數目Κ，κ即為混合分量的個數，設置迭代的終止閾值η; (2)採用K-均值聚類算法獲得圖像的初始分割結果，ID(i)代表第i個像素的聚類類別，ID ⑴ e [I, K]； (3)設置每個像素的初始權值Hfw= I ?像素類別號I Φ ID(i)，則設置g = O:1kY (4)對w丨進行平滑濾波得[HfJ"，並歸一化處理
(5)以上次分割結果作為初始值，開始下一輪的似然加權EM計算: (5.1) E步驟計算每個像素的後驗概率P (k I Xi，Πω, Θω): 對每個模型分量k，
其中，XiS圖像第i個像素點的亮度值；π和O為模型參數向量，n = (JI1，…，JIk),e (O, I)(媯=1,2，…,1)為第k個混合分量的先驗概率，滿足Σ?=1^=1.Θ =(G1，…，θκ)，0k= (yk，2k) (VA.= 12，...，尺)為第k個混合分量的參數，當每個分量服從正態分布時，U k為第k個分量的均值向量，Sk為第k個分量的協方差陣； (5.2)M步驟更新每個混合模型分量的模型參數: 對每個模型分量k:
(6)對收斂後的^做平滑濾波^彳，做歸一化處理
(7)如果則輸出原圖像的分割結果圖像;否則W0U= Wf ,重新執行步驟(5)。
【文檔編號】G06K9/34GK104077771SQ201410276568
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】劉詠梅, 姚愛紅, 張菁 申請人:哈爾濱工程大學