[發明專利]基于幾何塊間隔共生特征和語義信息的圖像分割方法

有效

• 申請號: 201410068947.6
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN103903257B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 劉芳;李玲玲;鄭瑩;焦李成;郝紅俠;戚玉濤;武杰;段一平;馬晶晶;尚榮華;于昕
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 西安智萃知識產權代理有限公司61221
• 代理人: 李東京

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，涉及一種基于幾何塊間隔共生特征和語義信息的圖像分割方法，可用于圖像的處理和識別檢測，特別是包含有斑馬、老虎等斑紋目標的圖像。

背景技術

圖像分割是將圖像劃分成多個具有相似特征區域的技術與過程，是從圖像處理到圖像理解的關鍵步驟，是進行目標識別、數據壓縮、傳遞等進一步處理的最基本且關鍵的技術，所以高質量的分割方法對自然圖像處理非常重要。在包含斑馬和老虎等目標的圖像中，斑馬和老虎身上的斑紋具有兩種不同的顏色交替重復出現的特點，這一特點使得要把斑馬作為一個整體區域分割出來變得比較困難。

現有方法對這類圖像的分割，一般是從紋理分割的角度，通過提取圖像不同方向和尺度的Gabor紋理特征，結合原圖像的顏色信息，組成圖像的紋理-顏色特征，根據紋理-顏色特征，利用現有的數學模型建模計算特征間的相似性，通過鄰域間的相似性度量進行分割。

但是現有方法在對圖像提取紋理特征時需要基于一定的鄰域窗口和方向，而自然動物的紋理其大小、方向是隨機變化的。因此固定的鄰域大小和方向明顯是不合適的，如何確定鄰域大小和方向是一個需要解決的問題。

發明內容

本發明的從另一種思路出發，解決包含老虎、斑馬等目標的自然圖像的分割問題。本發明從視覺計算理論出發，提出一種基于幾何塊間隔共生特征和語義信息的圖像分割方法。對于使用初始素描模型得到素描圖，素描線刻畫了在什么位置和方向上圖像出現了奇異，在我們要處理的圖像中，主要表示了圖像中的斑紋的變化和傳統意義的邊界變化。利用素描線段的蘊含的語義信息指導超像素合并，達到對圖像分割的目的。

為實現上述目的，本發明的技術方案是，提出一種基于幾何塊間隔共生特征和語義信息的圖像分割方法，包括下列步驟，

（1）使用初始素描模型得到自然圖像的初始素描圖，該初始素描圖包括線段集合{S_i,i＝1,2,…,n}，n為線段總數；

（2）在初始素描圖中，以線段為單位構建幾何塊；

（3）將線段幾何塊映射至原圖對應位置，計算線段基于幾何塊的間隔共生特征，得到線段的特征集合{F₁,F₂,…,F_n}；

（4）根據步驟（3）得到的線段特征集合{F₁,F₂,…,F_n}，利用kmeans方法對特征進行聚類，設定聚類類別數為兩類，根據特征聚類的結果，將線段分為一般邊界線段和斑紋線段兩類，并根據線段分類的結果將素描線分為一般邊界素描線和斑紋素描線；

（5）利用過分割方法對原圖進行超像素分割，得到超像素集合；根據得到的兩類素描線語義信息分別指導超像素合并，得到新的超像素集合；

（6）對于得到的新超像素集合，統計由斑紋素描線指導合并的超像素的顏色均值，并根據直方圖統計特性計算這些超像素與其相鄰超像素在顏色上的共生統計關系，合并具有共生關系的超像素。

上述步驟（2）包括下列步驟：

2a）構建幾何塊過程：對于素描圖中的任意一條線段S_l，由len_l個點組成，以該素描線段為對稱軸，沿線段方向為長，垂直于線段方向為寬，取長為len_l寬為2m+1的矩形區域作為該線段的幾何塊；

2b）m的值的確定方法：對于素描圖中任意一條線段S_l，將線段上的點與圖中其他線段的最小距離d_l稱為線段的最小距離，若線段的最小距離小于閾值T₁，則m＝d_l，否則m＝T₁；

2c）閾值T₁的確定方法：計算圖中每條線段的最小距離，對最小距離進行直方圖統計，將直方圖的最高峰值點對應的距離作為閾值T₁的值。

上述步驟（3）包括下列步驟：

3a）對于素描圖中任意一條線段S_l，其基于線段的共生矩陣記為H_l，H_l是一個G×G維的矩陣，其中，G代表圖像中像素值的量化級數，H_l(i,j)代表像素灰度分別為i和j的一對像素出現的次數；