[發(fā)明專利]一種融合全局和局部信息水平集的圖像分割方法

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• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN109087309A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡躍明;黃丹
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/194;G06T7/149
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 劉巧霞

本發(fā)明公開了一種融合全局和局部信息水平集的圖像分割方法，該方法提出分割模型，包括全局項、局部項和修型項。全局項基于經(jīng)典的CV模型；局部項基于分段常量假設(shè)，對區(qū)域中的每一點，利用該點區(qū)域的平均灰度值與鄰域內(nèi)其他點灰度值的核函數(shù)度量定義。模型在動態(tài)調(diào)節(jié)過程中，削弱了全局項CV模型基于假設(shè)灰度均勻所帶來的不利影響，也削弱局部項對弱邊緣識別能力弱的不足。修型項由平滑約束項和懲罰項組成，以避免重新初始化，縮短計算時間。水平集方法可以在笛卡爾網(wǎng)格上進行演化曲線的數(shù)值計算，隱式地描述曲線演化，避免參數(shù)化描述曲線所帶來的無法描述多條分離曲線的問題，同時易于計算閉合輪廓線內(nèi)的幾何特征，如曲率、單位法矢量等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像分割研究領(lǐng)域，特別涉及一種融合全局和局部信息水平集的圖像分割方法。

背景技術(shù)

高密度柔性印制電路廣泛應(yīng)用于計算機、醫(yī)療、交通、軍工上。由于導線寬度與間距小，布線密度和精度高，在生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生短路、斷路、空洞、凸起、凹陷等缺陷問題，從而影響高密度柔性印制電路的性能。在高密度柔性印制電路缺陷檢測中，將工業(yè)相機采集到的高密度柔性印制電路圖像作為應(yīng)用對象，在圖像預處理到缺陷檢測算法的環(huán)節(jié)上，需要提供更精準的分割圖像才能更精準的檢測缺陷問題。由此可知，超薄高密度柔性印制電路圖像分割在缺陷檢測中的重要性。

基于能量泛函的分割算法，其基本思想是將圖像分割問題轉(zhuǎn)化為求解能量泛函極小值的數(shù)學問題，通過控制曲線的演化來達到圖像分割的目的。水平集方法是將平面閉合曲線(面)作為零水平集嵌入到高維的水平集的函數(shù)中，通過高維水平集函數(shù)的限制對曲線(面)進行演化，以實現(xiàn)對圖像的分割。由于水平集函數(shù)可在笛卡爾網(wǎng)格中對演化曲線進行數(shù)值求解，而不必對其進行參數(shù)化，并且比較容易處理輪廓曲線的拓撲結(jié)構(gòu)的變化，即分裂或合并。但是在現(xiàn)有的基于全局水平集分割模型中，假定待分割圖像為灰度均勻圖像，而高密度柔性印制電路圖像為灰度不均勻圖像，使得分割效果不準確；基于局部水平集分割模型中，輪廓線容易陷入局部極小，造成過度分割。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的技術(shù)缺點，提供一種針對高密度柔性印制電路的融合全局和局部信息水平集的圖像分割方法。該方法動態(tài)調(diào)節(jié)全局項與局部項權(quán)重，并且對于局部項使用核函數(shù)度量定義，提高水平集高密度柔性印制電路圖像分割精準度；該方法加入平滑項與懲罰項，能夠加快圖像分割；利用水平集方法易于計算高密度柔性印制電路分割圖像曲線的幾何特征，如單位法向量和曲率等，提高水平集高密度柔性印制電路圖像缺陷檢測精準度。

本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：一種融合全局和局部信息水平集的圖像分割方法，包括步驟：

(1)建立分割模型，模型的總能量泛函表示如下：

其中，α為自適應(yīng)函數(shù)，且0＜α＜1；E^G為全局項，E^L為局部項，E^R為修型項；在全局項中x為像素點，I(x)為點x的灰度值，閉合曲線C為圖像域Ω內(nèi)任意活動輪廓線，圖像I被閉合輪廓線C劃分為目標區(qū)域Ω_C＝inside(C)和背景區(qū)域Ω\Ω_C＝outside(C)兩個部分，C1、C2分別為目標區(qū)域和背景區(qū)域的像素平均灰度值，φ(x)水平集函數(shù)；在局部項中，設(shè)任意給定像素點x∈Ω,以x為圓心，ρ為半徑，形成的圓形鄰域記為假設(shè)整個圖像由N個互不相交的子區(qū)間組成，并且滿足下列關(guān)系：I(y)為點x在鄰域O_x內(nèi)點y的灰度值，常數(shù)c_i為子區(qū)間Ω_i內(nèi)的平均灰度值，||Φ(I(y))-Φ(c_i)||²為x點所在區(qū)域的平均灰度值與鄰域內(nèi)其他點像素值I(y)之間的核函數(shù)度量，核函數(shù)G_σ控制鄰域O_x的大小，H(φ)為Heaviside函數(shù)，近似為光滑函數(shù)，ε為常量，且Heaviside函數(shù)H(φ)的導數(shù)為Dirac函數(shù)，修型項由平滑約束項和懲罰項組成，u、v為正值常數(shù)；