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专利号: 2016106655326
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于显著性的自适应阈值自然目标图像分割抽取算法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、对自然目标图像进行聚类分割和显著信息提取,得到均值显著图像,具体按照下述步骤进行:步骤1.1、创造一个M*N图像矩阵im,将图像矩阵im存储作为输入自然图像,将自然目标图像从RGB色彩空间转换到CIELAB色彩空间,保存为图像矩阵labim;

RGB色彩空间转化到CIELAB色彩空间的过程如下,先将RGB色彩空间根据公式(1)转化为CIEXYZ色彩空间,然后根据公式(2)—(5)将CIEXYZ色彩空间转化到CIELAB色彩空间,公式(1)—(5)中,L*为明度指数,a*,b*为色品指数,X,Y,Z为颜色样品的三刺激值,Xn,Yn,Zn为CIE标准照明体照射到完全漫反射体表面的三刺激值,取Xn=0.9515,Yn=1.0000,Zn=1.0886,t为函数f(t)的变量;

步骤1.2、用SLIC超像素分割算法对图像矩阵labim进行聚类;

根据CIELAB空间图像矩阵labim的测地距离进行K-means聚类,产生尺寸均匀,且保持颜色边界的超像素分割结果图像;

具体为,

首先,将图像矩阵labim划分为K=400个网格,计算每个网格的中心点并在[-2,2]范围内波动,作为K-means聚类的初始聚类中心,初始时所有像素均未归类,此时任何一个像素点归属于类m的距离dis(m)=∞,m为聚类的标签,dis(m)为像素点到类n的距离;

然后,在聚类中心的2S*2S区域内计算每个像素点与该类中心点之间的测地线距离D,S为网格边长度,S根据公式(6)计算得出,公式(6)中,N为图像的像素个数,K=400,

若D

步骤1.3、根据步骤1.2所得的聚类结果,计算聚类中图像矩阵labim颜色和位置,分别为超像素块的颜色和位置;

计算标签m内的平均颜色信息和平均位置信息,以平均颜色信息作为标签m内超像素的颜色信息,平均位置信息作为标签m内超像素的位置信息;

步骤1.4、根据超像素块的颜色和位置信息,计算超像素块颜色独立性信息、空间颜色分布信息;

根据公式(7)计算颜色独立性信息,根据公式(9)计算空间颜色分布信息;

公式(7)中,Ui为颜色独立性,表示超像素在CIELAB空间中与其它超像素j的颜色比值,N为超像素分割结果中的超像素的个数,Pi,Pj为在超像素i,j在分割结果中的位置信息,w(Pj,Pj)为超像素i与超像素j之间的距离权重,采用高斯权函数公式(8)计算超像素间权重,公式(8)中,σP=0.25;

根据公式(9)计算空间颜色分布信息;

公式(9)中, 为超像素i的加权位置信息,公式(10)为超像素i与超像素j之间的颜色权重,表示颜色之间的相似性,

公式(10)中,σc=20;

步骤1.5、根据超像素块颜色独立性信息、空间颜色分布信息,计算超像素块显著信息;

由于空间颜色分布的区分度更大,在显著信息融合的时候将其放在指数位置,最终超像素i的显著信息为Si为公式(11);

Si=Ui·exp(-k·Di)                   (11)公式(11)中,k为常数3,从上式可以看出,当空间分布越广泛时,空间颜色分布Di值越大,显著信息Si越小,反之,颜色空间分布越窄,其显著信就越大;

步骤1.6、将超像素块显著信息转换为像素级,保存为均值显著图像矩阵sal;

图像中每个像素的显著性 为其周围超像素的显著信息Sj的高斯线性加权;

公式(12)其中,权值wij由位置和颜色共同决定;

公式(13)中,α=β=1/30,用以调节颜色和位置信息的比重;

步骤2、根据均值显著图像对自然目标图像进行自适应阈值分割,得到未处理的分割结果二值图像,对未处理的分割结果二值图像进行区域填充,得到完整的目标二值化图像。

2.如权利要求1所述的基于显著性的自适应阈值自然目标图像分割抽取算法,其特征在于,所述步骤2包括以下步骤:步骤2.1、对图像矩阵im采用6*6的高斯滤波,将结果保存为图像矩阵img,将图像矩阵img从RGB转换到HSV色彩空间,计算色彩分布图HSVHist,将高斯滤波结果图像矩阵img从RGB转换到HSV色彩空间,计算色彩分布图HSVHist,根据色彩分布图计算HSVHist中符合条件的有效峰值个数K;

过程如下,

首先,将图像矩阵img按公式(14)—(16)从RGB转换到HSV色彩空间;

V=max                         (16)公式(14)—(16)中,max为R,G,B分别的最大值,min为R,G,B分别的最小值,H∈[0,360]度是角度的色相角,S,V∈[0,1]是饱和亮度;

然后,对HSV三个分量按公式(17)进行归一化,计算L的色彩分布图HSVHist,L(i,j)=H(i,j)*16+S(i,j)*4+V(i,j)         (17)最后,根据色彩分布图HSVHist计算其中中符合条件的峰值个数K,计算色彩分布图HSVHist峰值,取步长step=30,若某个峰值点ki左右30以内有其他峰值点超过该点的峰值,则舍弃ki,从而计算得到有效峰值K;

步骤2.2、根据色彩分布图计算HSVHist中符合条件的有效峰值个数K;将HSV色彩空间矩阵img采用K-means聚类为K+1个类,K为有效峰值个数,聚类结果保存为pixel_labels;

步骤2.3、将聚类分割结果pixel_labels与步骤1.6中的均值显著图像矩阵sal结合,计算每个聚类中的显著信息均值meansm;

若像素点i属于区域R,则

公式(18)中,s为均值显著图像,N表示区域中的像素点个数, 为显著图像显著信息;

步骤2.4、计算meansm的平均值作为阈值,对显著信息均值meansm进行阈值分割,得到未处理的分割结果二值图像;

创建一个M*N的零像素矩阵binarymap,binarymap=zeros(m,n),按公式(19)计算meansm的平均值作为阈值th,若meansm(x,y)≥th,则brinarymap(x,y)=1,最终得到未处理的分割结果二值图像brinarymap;

公式(19)中,s(x,y)为像素点(x,y)在均值显著图像s中的显著信息,X,Y,为显著图像的行数和列数,N为像素点总个数;

步骤2.5、对未处理的分割结果二值图像进行区域填充,得到完整的目标二值化图像;

首先,对brinarymap取反得到 此时,目标区域为黑色,背景区域为白色,其中黑色区域上的较小的白色连通区域将会影响整体提取效果,对 中4连通域进行标注,将面积小于20000的连通区域用黑色填充,得到填充后的二值图像binarymap;

然后,将填充后的二值图像binarymap取反得到 保留 中连最大连通域,其他区域填充为0,结果保存为binarymap,得到最终的输出结果二值图像binarymap,得到完整的目标二值化图像。