[發明專利]基于變形輪廓模型和圖割的彩色圖像快速分割方法

無效

• 申請號: 200910021622.1
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN101504768A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 郭敏;徐秋平
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司
• 代理人: 申忠才

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，具體涉及到結合變形輪廓模型和圖割理論對圖像中感興趣目標進行分割的方法。

背景技術

圖像分割是利用灰度、顏色、紋理、形狀等信息將圖像分割成若干個獨立的有意義的連續區域或對象，在每個區域內部具有同質的特性，分割之后提取出來的物體就是我們所感興趣的目標。圖像分割是圖像工程中目標表達、特征提取和參數測量的基礎，進而使得更高層的圖像分析和理解成為可能。特別地，在醫學圖像分析領域中，圖像分割是組織測量、解剖結構分析和組織定征等應用的前提條件和關鍵步驟。

在缺乏足夠先驗信息的條件下對圖像進行分割處理是一個比較困難的技術問題，由于該問題的重要性和困難性，多年來國內外研究人員一直進行著不懈的努力，人們利用各種數學理論和工具，使用不同的模型，研究出了多種圖像分割方法，形成了一個龐大的體系。但各種方法只能針對各種實際應用領域的需求來設計，有各自的針對性和局限性。到目前為止，還不存在一種通用的圖像分割方法。

圖像的半自動分割是分割方法中人機交互，共同完成分割的一種方法。該方法能提供對分割過程的有效控制，使操作人員能在必要時方便地干預、影響分割過程。半自動分割既充分利用計算機的運算性能，又發揮了人的判斷力，從而使得分割更為準確，在圖像分割實踐中受到越來越多的關注。

變形模板是一種常用的基于邊緣的圖像分割方法。變形模板可以看作是圖像中由一組不同的作用力控制的能量最小化彈性可變曲線(曲面)。變形模板能量函數的定義包括內部能量函數、圖像能量和外部能量函數，內部能量的定義滿足變形模板的平滑性要求，圖像能量吸引變形模板向相應的圖像特征(如邊緣、角點)靠攏，而外部能量是用戶定義的能量，用來滿足一定的要求。變形模板的求解過程是一個在彈性曲線變形和運動過程中尋找最小能量，使之逐漸由圖像上的初始位置向特征位置靠攏的過程。

基于圖割理論的圖像分割是一個以馬爾可夫隨機場作為圖像模型、最大流算法為優化技術的分割方法。圖割理論的核心思想在于構造一個能量函數，然后運用組合優化技術最小化該能量函數。即，將圖像分割問題視為一個把像素標為前景/背景的典型二元標號組合優化問題，繼而通過能量最小化模型、網絡的構造及網絡流理論，把標號問題轉換為用最大流方法來解決。

能量最小化模型。為了計算像素的標號，需要構造一個關于標號的能量函數。計算機視覺中常用的約束有數據約束和光滑約束，數據約束即不同圖像上對應點的亮度應一致；光滑約束即同一圖像上相鄰點的亮度應相似，它體現了區域內部的連續性和邊界的不連續性。

網絡的構造。設G＝(V，E)為一無向圖，V為頂點集，E為邊集。對于連接頂點集V中x，y的一條邊e，可視為從x到y和從y到x兩個不同的方向，分別記為(e，x，y)和(e，y，x)。對于G的每條邊都進行上述操作，所獲得的有向邊集合記為E。在E上定義容量函數c：E→R⁺稱上述圖G及其邊集上定義的容量函數c構成了一個s-t網絡，記作N＝(G，s，t，c)，s，t分別稱為源點和匯點。稱滿足如下條件的函數ψ：E→R為網絡的一個流：對任意(e，x，y)∈E(x≠y)，ψ(e，x，y)＝-ψ(e，y，x)；對任意x∈V/{s，t}，ψ(x,V)=Σ(e,x,y)∈Eψ(e)=0;]]>對任意e∈E，ψ(e)≤c(e)。