[發明專利]一種基于超像素和背景連接先驗的顯著物體分割方法

有效

• 申請號: 201810342791.4
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108537816B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 牛玉貞;蘇超然;郭文忠;陳羽中
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06T7/194
• 分類號: G06T7/194;G06T7/136;G06T5/30
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

1.一種基于超像素和背景連接先驗的顯著物體分割方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：利用簡單線性迭代聚類的超像素分割算法將輸入圖像分割為N個超像素，然后利用顯著性物體檢測算法得到的顯著圖，計算出每個超像素的顯著值；

步驟S2：通過背景連接先驗計算出輸入圖像的偽前景區域，然后利用二次大津法計算出兩個顯著性相關的自適應閾值，從偽前景區域中標記出前景超像素種子點和可能前景超像素種子點，同時在其余的非偽前景區域中，利用固定閾值標記出背景超像素種子點，并將所有其余超像素標記為可能背景超像素種子點；

步驟S3：將標記的四種超像素種子點和原圖得到的所有超像素作為超像素尺度的GrabCut算法的輸入，計算得到原圖中顯著物體的超像素尺度分割結果；

步驟S4：利用超像素尺度分割結果，定位出一個包含顯著物體的矩形區域進行后續處理；在所述矩形區域內，利用超像素尺度分割結果得到一個像素尺度的標記圖，并與原圖像素一同作為像素尺度的GrabCut算法的輸入，計算得到最后的顯著物體分割結果；

所述步驟S1中，對任意輸入圖像I，利用簡單線性迭代聚類的超像素分割算法將輸入圖像分割為N個超像素，得到超像素分割標記集合每一個超像素分割標記l_i對應第i個超像素所包含的所有像素點的集合，i為超像素分割標記l_i的下標；然后利用顯著性物體檢測算法來產生對應于輸入圖像I的顯著圖S，計算出每個超像素的顯著值；基于超像素分割標記，將超像素顯著值的集合定義為對每一個超像素有：

其中S_j表示超像素中第j個像素點的顯著值，j為像素點顯著值的下標，j∈l_i表示j取遍l_i中的所有像素點，i為超像素顯著值向量s_i的下標；

所述步驟S2中，通過背景連接先驗圖計算出偽前景區域，然后利用二次大津法從偽前景區域中標記出前景超像素種子點和可能前景超像素種子點，同時在非偽前景區域中，利用固定閾值標記出背景超像素種子點，并將所有其余超像素標記為可能背景超像素種子點，包括以下步驟：

步驟S21：對步驟S1得到的N個超像素，通過顯著優化算法計算得到其對應的歸一化后的背景連接先驗值集合CIE-Lab顏色空間上每一個超像素的平均顏色值z_i的集合為接著構建一個連接所有相鄰超像素的無向權重圖，并將所述無向權重圖中連接任意兩個相鄰的超像素的邊的權重定義為這兩個超像素顏色值的歐幾里得距離，從而計算得到任意兩個超像素(p_j,p_i)之間的測地距離d_geo(p_j,p_i)，下標j、i取值均為1到N；由背景連接先驗的定義，先假定圖像邊界上的超像素屬于背景區域，在此基礎上定義超像素p_j在顏色空間上的生成區域為Area(p_j)，且所述生成區域在圖像邊界上的邊長為L(p_j)，則定義背景連接先驗值BndCon(p_j)為：

其中σ_clr表示測地距離d_geo(p_j,p_i)所屬標準高斯分布的標準差，Bnd為初始假定的圖像邊界上屬于背景區域的超像素集合，表示超像素p_i不屬于集合Bnd，括號內判別式為真時，表示超像素p_i不屬于集合Bnd，則δ(·)＝0，括號內判別式為假時，則δ(·)＝1；

由于屬于背景區域的超像素的背景連接先驗值在數值上遠大于屬于前景區域的超像素，因此，通過設置閾值t_b，將背景連接先驗值小于閾值的超像素的背景連接先驗值設為0；最后再對所有超像素的背景連接先驗值進行歸一化得到歸一化后的背景連接先驗值集合其中b_i取值在[0,1]；

步驟S22：定義偽前景區域為由背景連接先驗值為0的超像素組成的區域，然后通過后續步驟進一步確定偽前景區域中的前景區域；

步驟S23：利用二次大津法計算得到的閾值來標記出前景區域和偽前景區域；具體方法為：

首先利用大津法對所有超像素求一個自適應閾值t_pf，并將偽前景區域中顯著值s_i小于閾值t_pf的超像素先標記為可能前景區域；接著，基于閾值t_pf，將大津法中的超像素顯著直方圖分為兩部分，再對這兩部分用大津法同樣進行優化求解得到另外兩個自適應閾值t_cf、t_pb，且有t_cf＞t_pf＞t_pb；最后，將可能前景區域中顯著值s_i大于閾值t_cf的超像素，按顯著值進行降序排列，并在可能全景區域中選取顯著值最高的前m個超像素作為前景區域；

步驟S24：對那些還未標記的超像素，設置一個固定閾值t_cb，并將那些背景連接先驗值b_i大于閾值t_cb的超像素標記為背景區域，而其余超像素標記為可能背景區域；從而，標記出四個超像素區域，并將四個區域包含的超像素稱為超像素種子點。