專利名稱：基于塊相似性的交互式圖像分割方法
技術領域：
本發明屬于圖像處理技術領域，特別是涉及圖像分割方法，可用于國防軍情監控、 環境變化評估、天文影像、醫學影像等領域的自然圖像分割。
背景技術：
圖像分割是人們根據需要將圖像劃分為有意義的若干區域或部分的圖像處理技術，是圖像處理研究的熱點問題。一副圖像往往包含不同的部分，如物體，環境，背景等，這些部分中有人們比較感興趣的區域，因此，把圖像分割成若干部分，利用子圖像的特征及其之間的關系來描述圖像，對于圖像的進一步分析有著很重要的作用。按照在分割過程中用戶是否參與，可將圖像分割分為交互式圖像分割和非交互式圖像分割兩種類型。交互式圖像分割一般針對的是圖像前景與背景的分割，交互式操作帶給了它們分割中所需要的圖像先驗信息，而非交互式圖像分割沒有用戶的參與，它是給定一幅圖像，算法自動完成整個分割，分割效果較差。2007年Alexis Protiere和Guillermo Sapiro提出基于Gabor特征的交互式圖像分割，通過對圖像做Gabor濾波，提取濾波后各個子帶的窗口能量特征，對各個子帶能量特征進行高斯建模，得到各像素點屬于前景和背景的權值概率矩陣，最后，把權值概率矩陣看作有向帶權圖，圖像列化坐標值作為頂點值，權值概率矩陣中對應的權值作為邊的權，將圖像分割問題轉化為所有像素點到前景與背景的標記像素點的最短路徑問題，根據得到的最短路徑將圖像分為兩類。基于Gabor特征的交互式圖像分割，它考慮了圖像各個像素點Gabor特征信息的相似性，對于合成紋理圖像的分割比較準確，自然圖像雖然也有一定的效果，但是對于紋理信息不是很強的自然圖像來說，Gabor特征并不能很好地反映圖像像素點之間的相似信息， 導致分割結果不準確，并且背景的干擾比較大。

發明內容
本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出了基于塊相似性的交互式圖像分割方法，以準確的反映圖像像素點之間的相似信息，提高分割結果的一致性，減小背景干擾。為實現上述目的，本發明包括如下步驟(1)假設輸入待分割圖像服從馬爾科夫分布，構建出待分割圖像中像素點與背景和前景的權值概率公式P (Xi︳Xj )
權利要求
1. 一種基于塊相似性的交互式圖像分割方法，包括如下步驟(1)假設輸入待分割圖像服從馬爾科夫分布，構建出待分割圖像中像素點與背景和前景的權值概率公式P (Xi I Xj)ι Ik-xJ2= —expi-L-^)，xi ~xj xi1其中，Xi為待處理的像素點，\為以Xi為中心的相似窗口內其余各像素點，^~為歸xi~xj一化因子，-X,I為像素點Xi與像素點\之間的歐式距離，、為以像素點Xi為中心的塊方差；(2)輸入待分割圖像的前景與背景標記圖像，在得到的權值概率公式中引入圖像塊的大小，對待分割圖像的亮度信息進行塊信息相似性分析，得到待處理像素點Xi屬于待處理像素點Xi與前景標記點的權值概率Pf (Xi)及背景標記點的權值概率pb (Xi)幽=壬撰)，雨=壬徵)，xI ~xjxI ~xj其中Xi為待處理的像素點，i e 1，2，3…M，M為待分割圖像大小，\為前景或背景標記像素點，j e 1，2，3…C，C為標記的前景或背景像素點個數，σ為以Xi為中心的圖像塊的方差，塊大小為7X7，df(Xi)表示像素點Xi與前景標記塊的最短歐氏距離，db(Xi)表示像素點Xi與背景標記塊的最短歐氏距離，N為塊的大小；pf(x )(3)由公式PF(X1)= pf(^ + pf(x )得到待處理像素點Xi屬于前景的相似性概率PF(Xi)，由公式PBOci) =、得到待處理像素點Xi屬于背景的相似性概率Pf (Xi) + Pb(Xi)PB(Xi)；(4)將I-PF(Xi)作為計算到前景的測地距離df(Xi)的權值，利用狄杰斯特拉求最短路徑的算法得到待處理像素點Xi到前景的測地距離df (Xi)，將I-PB(Xi)作為計算到背景的測地距離db(Xi)的權值，利用狄杰斯特拉求最短路徑的算法得到待處理像素點Xi到背景的測地距離db (Xi)；(5)根據測地距離df(Xi)，db(Xi)，得到待處理像素點屬于前景及屬于背景的概率ΡΒΧιPBx=_遍_‘Cib(Xi)+ Cif(Xi)PF =_df(X·) Cib(Xi)+ Cif(Xi)(6)按照待處理像素點屬于前景的概率^；與背景的概率的大小得到像素點的分割結果若pBxi >pFXl，把待處理像素點Xi判為背景像素點，若<PFXl，則把待處理像素點Xi判為背景像素點；(7)重復步驟0)-(6)，直到輸入待分割圖像中所有像素點全部處理完為止，得到待分割圖像的最終分割結果。
2.根據權利要求1所述的基于塊相似性的測地距離圖像分割的方法，其中步驟(1)所述的構建出待分割圖像中像素點與背景和前景的權值概率公式，按如下步驟進行(2a)在圖像去噪中，根據貝葉斯估計理論框架可知，像素點的估計值i為
3.根據權利要求1所述的基于塊相似性的測地距離圖像分割的方法，其中步驟(4)所述的利用狄杰斯特拉求最短路徑的算法得到待處理像素點Xi到前景的測地距離df(Xi)，按如下步驟進行(3a)將前景標記點到前景的測地距離初始化為0，將背景的測地距離初始化為無窮大，將前景標記點作為樣本點；(3b)根據像素點的8鄰域矩陣，搜索當前樣本的的8連通鄰域像素點，找出這些像素點中權值最小的那個像素點；(3c)把權值最小的像素點添加到測地距離的路徑上，并按照大小進行排序； (3d)對于路徑上的其它像素點，按照新加入像素點的權值進行權值修正，取像素點原來的權值與修正后的權值中較小的作為路徑上其他像素點更新后權重概率；(3e)將新加入的像素點作為新的樣本，重復步驟(3b)-(3d)，直到圖像中所有像素點全部搜索完為止；(3f)將待處理像素點Xi的更新后權重概率作為像素點Xi到前景的測地距離df (Xi)。
4.根據權利要求1所述的基于塊相似性的測地距離圖像分割的方法，其中步驟(4)所述的利用狄杰斯特拉求最短路徑的算法得到待處理像素點Xi到背景的測地距離db(Xi)，按如下步驟進行(4a)將背景標記點到背景的測地距離初始化為0，將前景的測地距離初始化為無窮大，將背景標記點作為樣本點；(4b)根據像素點的8鄰域矩陣，搜索當前樣本的8連通鄰域像素點，找出這些像素點中權值最小的那個像素點；(4c)把權值最小的像素點添加到測地距離的路徑上，并按照大小進行排序； (4d)對于路徑上的其它像素點，按照新加入像素點的權值進行權值修正，取像素點原來的權值與修正后的權值中較小的作為路徑上其他像素點更新后權重概率；(4e)將新加入的像素點作為新的樣本，重復步驟Gb)-(4d)，直到圖像中所有像素點全部搜索完為止；(4f)將待處理像素點Xi的更新后權重概率作為像素點Xi到前景的測地距離db(Xi)。
全文摘要
本發明公開了一種基于塊相似性的交互式圖像分割方法，主要解決現有方法特征相似性分析不準確，性能推廣受限制的問題。其實現步驟為(1)提取圖像背景與前景標記塊的亮度信息，并利用圖像的塊相似性，對圖像進行相似性分析；(2)根據相似性分析得到的權值，計算圖像中每一個像素點分別到前景標記點與背景標記點的測地距離；(3)根據測地距離的結果得到像素點屬于前景與背景的概率；(4)根據概率的大小將圖像分為前景與背景。本發明有效地利用了圖像標記塊的特征信息，利用塊信息進行圖像相似性分析，較傳統的圖像特征相似性分析更為準確，分割結果一致性較好，且背景干擾低，可用于自然圖像分割。
文檔編號G06T5/00GK102542543SQ20121000431
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者焦李成, 王旖蒙, 王桂婷, 王爽, 田小林, 緱水平, 鐘樺 申請人:西安電子科技大學