一種基於分水嶺變換的無監督彩色圖像分割方法
2023-05-18 23:08:56
一種基於分水嶺變換的無監督彩色圖像分割方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於分水嶺變換的無監督彩色圖像分割方法，依次執行以下步驟：(1)初始化，給定程序的運行參數，輸入彩色圖像；(2)利用矢量梯度計算方法獲取彩色圖像的梯度；(3)利用形態學重建理論對梯度圖像進行自適應梯度重建，通過建立大小可變的結構元素以適應不同的梯度值，從而有效去除梯度值較小的圖像結構保留大的梯度值不變；(4)利用分割區域的穩定性對圖像進行無參數分割；(5)輸出分割結果。本發明可用於彩色圖像分割，不需要設定任何參數就可以得到穩定、準確的分割結果。
【專利說明】一種基於分水嶺變換的無監督彩色圖像分割方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於圖像處理【技術領域】，涉及到形態學分水嶺理論和彩色圖像分割，該發 明可應用於彩色圖像的快速分割，為後續的目標分類和識別奠定基礎。
【背景技術】
[0002] 圖像分割是計算機視覺的關鍵步驟，在圖像分析和模式識別中有著重要應用。目 前，學者們已經提出了諸多圖像分割方法，在這些方法中，基於數學形態學的分水嶺變換是 一種有效的分割工具。基於分水嶺方法的圖像分割結果具有封閉的分割區域，然而，由於單 一的分水嶺變換往往對非規則細節和噪聲非常敏感，易導致過分割現象。針對該問題，近年 來學者們已經做了大量的研究工作，提出了許多改進的分水嶺分割方法。目前，基於分水 嶺變換的圖像分割方法大致可以分為兩類：一類是基於先驗知識表達的監督分水嶺分割方 法；另一類是基於區域的無監督分水嶺分割方法。
[0003] 在第一類分水嶺分割方法中，先驗知識主要是待分割物體的大小、形狀、顏色等特 徵。Levner首先構建了拓撲函數，並分類驅動目標和背景區域，將驅動種子用於分水嶺變 換，以實現圖像分割。然而，該方法硬性地將拓撲表面分成兩部分，對於較複雜或帶噪聲 圖像，往往無法正確區分圖像的前景和背景，得到錯誤的標記種子，從而導致錯誤的分割結 果。為了改善圖像分割結果，Richard提出一種局部約束的分水嶺變換，該方法通過修改底 層分水嶺變換所依賴的路徑來定義邊界的約束條件，保留了許多可取的分水嶺變換性質， 如明確的停止條件和高效的實現，同時能夠在噪聲或邊界不完整情況下，提供更穩定的分 割。
[0004] 針對第二類無監督分水嶺分割方法，學者們利用數學形態學在分析圖像和信號的 測地結構等非線性方法中的優勢，通過利用形態學重建運算修正梯度圖像，以解決過分割 問題。文獻"一種參數化的形態學分水嶺圖像分割方法，鐵道學報，2013, V〇135 (I)，P66-70" 公開了一種參數化的形態學分水嶺圖像分割方法，該方法針對一些改進的分水嶺分割方法 在平滑圖像時導致分割後的區域輪廓發生位置偏移的問題，利用黏性形態學流溢模型，建 立梯度等級與結構元素之間的函數關係，利用大小不同的結構元素對梯度圖像進行參數化 修正，最後在修正的梯度圖像基礎上，採用標準分水嶺實現圖像分割。該方法的優點在於 建立了結構元素和梯度圖像之間的函數關係，使得基於形態學分水嶺的圖像分割方法參數 化。然而，該方法沒有實現圖像的無監督分割，其中參數的確定是個問題；其次，該方法僅適 用於灰度圖像分割，難以應用到彩色圖像分割中。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基於分水嶺變換的無監督彩色圖像分 割方法，利用矢量梯度計算方法計算彩色圖像的梯度，利用形態學重建運算有效減少導致 過分割的局部極小值點，並利用自適應結構元素使分割達到穩定，從而使新的分割方法不 需設定任何參數就可以得到穩定的分割結果，本發明具有方法簡單、易於實現等優點，且具 有廣泛的應用前景。
[0006] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：首先利用矢量梯度計算方法得到彩 色圖像的梯度，然後利用形態學自適應梯度重建優化梯度圖像，最後利用分割區域穩定性 得到最終的分割結果。具體實現步驟如下：
[0007] (1)輸入彩色圖像f，定義起始變量i = 1，i表示圓盤型結構元素 Bi的半徑，1 = 2表示將梯度圖像初始劃分為2個等級；
[0008] (2)利用矢量梯度方法計算彩色圖像f的梯度圖像g ;
[0009] (3)對梯度圖像g進行開重建運算，得到第一次修正後的梯度圖像g_(l);
[0010] (4)對梯度圖像g_(l)進行標準分水嶺變換，統計分割後的區域數目為Num⑴；
[0011] (5)自適應梯度重建，得到修正後的梯度圖像gm，包括以下步驟：
[0012] (a)i加 1，圓盤型結構元素&為尺寸（2i+l) X (2i+l)的圓形結構，對gMe(i-l)進 行開重建，得到修正後的梯度圖像g^(i);
[0013] (b)修正梯度圖售
【權利要求】
1. 一種基於分水嶺變換的無監督彩色圖像分割方法，其特徵在於包括下述步驟： (1) 輸入彩色圖像f，定義起始變量i = 1，i表示圓盤型結構元素 Bi的半徑，1 = 2表 示將梯度圖像初始劃分為2個等級； (2) 利用矢量梯度方法計算彩色圖像f?的梯度圖像g ; (3) 對梯度圖像g進行開重建運算，得到第一次修正後的梯度圖像g_(l); (4) 對梯度圖像g_(l)進行標準分水嶺變換，統計分割後的區域數目為Num⑴； (5) 自適應梯度重建，得到修正後的梯度圖像gm，包括以下步驟： (a)i加1，圓盤型結構元素&為尺寸（2i+l) X (2i+l)的圓形結構，對gMC;(i-l)進行開 重建，得到修正後的梯度圖像g^(i);
(c)若i<l，返回步驟（a)，否則進入下一步； (6) 對gm進行標準分水嶺變換，得到分割後的結果為L2,統計分割後的區域數目為 Num(I)； (7) 判斷分割後的區域數目變化，如果Num⑴=Num(I-I)，則輸出最終的分割結果L2 ; 否則，1加1，返回步驟（5)。
【文檔編號】G06T7/40GK104361612SQ201410625139
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】雷濤, 加小紅, 羅維薇, 王履程 申請人:蘭州交通大學