[發明專利]一種基于切比雪夫距離的半監督多目標聚類圖像分割方法

有效

• 申請號: 201710577141.3
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107392921B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 趙鳳;王俊;劉漢強;韓文超
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/194;G06K9/62;G06N3/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種基于切比雪夫距離的半監督多目標聚類圖像分割方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：輸入待分割的彩色圖像；

步驟2：設置基于切比雪夫距離的半監督多目標聚類的參數；

步驟3：標記數據樣本點；

步驟4：計算步驟3中標記數據樣本點的相應類均值，并對彩色圖像數據進行基于切比雪夫距離的半監督多目標進化聚類，得到一個近似帕累托最優的非支配解集；采用閔可夫斯基得分指標從近似帕累托最優的非支配解集中選擇一個最優個體；

其中，步驟4中對輸入的待分割的彩色圖像數據進行基于切比雪夫距離的半監督多目標進化聚類，得到一個近似帕累托最優的非支配解集的具體過程如下：

4a)染色體表示與種群初始化：對各個聚類中心進行實數編碼，每個染色體是由C個3維的聚類中心組成，其中染色體的前M個聚類中心是由步驟3得到數據樣本點的相應類均值與0～1之間的隨機數相加得到，當M小于C時，剩下的C-M個聚類中心則從輸入的圖像數據集中隨機選取，此時代數計數器G＝1；

4b)根據適應度函數，計算初始化后的種群中每個染色體的適應度函數值，其中適應度函數中數據間的距離測度是依據切比雪夫距離函數進行計算的；

其中適應度函數為兩個：一個為基于監督信息的類內緊致性函數F，另一個為類間分離度函數S；計算初始化后的種群中每個染色體的適應度函數值的具體過程如下：先對染色體解碼，得到聚類中心v₁,v₂,…,v_C，根據得到的聚類中心計算結合了監督信息的隸屬度h_ij：

其中，

這里，X＝{x₁,x₂,...,x_n}表示圖像；v_i為聚類中心，D(v_i,x_j)表示第i個聚類中心與第j個像素的切比雪夫距離,即D(v_i,x_j)＝m_wax(|x_jw-v_iw|),w＝1,2,…,W，w表示第i個聚類中心與第j個像素的維數；m為模糊指數，取2；u_ij是模糊隸屬度；f_ij表示標記樣本點x_j與聚類i的隸屬度，且b_j為布爾變量，參數α是樣本總數與標記樣本個數的比值；

使用下面公式對聚類中心v_i進行更新:

利用更新的之后聚類中心重新計算隸屬度h_ij，再根據下式對基于監督信息的類內緊致性函數F進行計算：

另一個類間分離度函數S計算的過程如下：第k個聚類中心v_k對第i個聚類中心v_i的隸屬度μ_ik定義為：

這里，D(v_k,v_i)是第k個聚類中心和第i個聚類中心的切比雪夫距離；根據下式對類間分離度函數S進行計算：

根據類內距離準則和類間距離準則可知，類內距離越小越好，類間距離越大越好；為了獲得最優聚類中心，在F最小化的同時最大化S；因此，同時對F和1/S優化，使其均為最小化；

4c)根據種群的支配關系和得到的每個染色體適應度函數值，對染色體采用快速非支配排序方法分級并計算分級后染色體的擁擠距離；

4d)采用錦標賽選擇方法，根據個體的非支配等級和擁擠距離從種群中選出一半數量的個體；

4e)對步驟4d)中得到的個體進行交叉和變異操作產生新的個體，計算新個體的適應度函數值；

4f)將種群與步驟4e)產生的新個體進行合并，然后執行排序和刪減處理，獲得與初始種群規模相同的新一代種群；

4g)如果代數計數器G＝60時，則執行步驟4h)；否則，G＝G+1，進行步驟4c)；

4h)對步驟4f)產生的新種群中的個體進行一次更新操作，得到一個近似帕累托最優的非支配解集；

所述的步驟4h)中對步驟4f)產生的新種群個體進行一次更新操作的具體過程為：先從染色體中解碼得到聚類中心v₁,v₂,…,v_C，根據得到的聚類中心計算結合了監督信息的隸屬度h_ij，然后根據聚類中心v_i的更新公式重新計算聚類中心；

步驟5：根據最優個體對彩色圖像中的像素進行類別劃分，得到圖像的最終分割結果。