[發明專利]基于稀疏分解和圖拉普拉斯正則化的圖像前景背景分割方法及系統

在審

• 申請號: 202211317605.4
• 申請日: 2022-10-26
• 公開（公告）號: CN115546245A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 蔣俊正;譚婷芳;錢江
• 申請（專利權）人: 電子科技大學長三角研究院（湖州）
• 主分類號: G06T7/194
• 分類號: G06T7/194;G06T7/168;G06T7/187
• 代理公司: 重慶航圖知識產權代理事務所(普通合伙) 50247
• 代理人: 孫方

1.基于稀疏分解和圖拉普拉斯正則化的圖像前景背景分割方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1)將圖像劃分為若干個非重疊圖像塊；

步驟2)根據圖像塊建立圖像前景背景分割模型：

其中，τ和γ均為正則項參數；||α_r||₀用l0-范數最小化參數α_r的非零項；||s_r||₀用來表示非零分量的數量應較小的前景像素s_r；為圖拉普拉斯正則化項，用來表征前景文本和圖形的連通性；f_r＝P_rα_r+s_r為約束項；f_r和s_r對應于F_r(x,y)和S_r(x,y)的矢量化，P_r是一個大小為l²×M的矩陣，且α_r＝[α_r,1,…,α_r,M]^T；

步驟3)根據前景背景分割模型，使用l1-范數處理凸問題，得到以下問題：

步驟4)根據公式(3)建立的圖像前景背景分割模型，將上述問題劃分為多個子問題，使用迭代的方式分別求解：

步驟5)經過上述步驟的迭代后，得到的解s_r即為問題的解；將得到的解分別矩陣化后整合得到前景圖S，即為整幅圖像的前景圖。

2.權利要求1所述的基于稀疏分解和圖拉普拉斯正則化的圖像前景背景分割方法，其特征在于：所述步驟1)中的非重疊圖像塊按照以下方式建立：

將圖像劃分為r_max個l×l的非重疊圖像塊，則第r個圖像塊表示為：

其中，r＝1,...,r_max；x和y表示水平和垂直坐標；對應于平滑背景區域，P_r,m(x,y)表示圖傅里葉基，α_r,m是模型參數；S_r(x,y)對應于前景像素；

通過將矩陣矢量化為向量，上式被重新描述為：

f_r＝P_rα_r+s_r (2)

其中，f_r和s_r對應于F_r(x,y)和S_r(x,y)的矢量化，P_r是一個大小為l²×M的矩陣，且α_r＝[α_r,1,...,α_r,M]^T。

3.權利要求1所述的基于稀疏分解和圖拉普拉斯正則化的圖像前景背景分割方法，其特征在于：所述步驟4)中的子問題按照以下方式進行：

采用交替方向乘子法對上述問題進行解決，先對上述問題進行等效改寫，如下：

x_r為輔助變量，與等效改寫前的α_r等價；y_r為輔助變量，與等效改寫前的s_r等價，為了便于后續的交替方向乘子法的使用；

采用交替方向乘子法方法，上述問題的增廣拉格朗日函數表示如下：

其中，u_r,v_r,w_r表示對偶變量的拉格朗日乘子；·,·表示內積；ρ為懲罰參數；表示圖拉普拉斯矩陣；

將上述問題劃分為多個子問題，使用迭代的方式對其一一求解：

其中，表示式子*達到最小值時·的取值；k表示第k次迭代；*^(k+1)表示第k+1次迭代后*式的結果；*^(k)表示第k次迭代后*式的結果。