融合各向异性扩散信息的图像分割

目的 图像因各种因素的影响存在一定程度的噪声,而噪声会在图像分割时影响待分割目标的边缘识别,导致分割结果难以达到理想状态。针对以上问题,在距离规则化水平集（DRLSE）演化模型的基础上,提出一种将各向异性扩散散度场信息融合到DRLSE模型中的新模型。方法 将水平集函数初始化为分段常数表达式,设定演化方程中的参数和水平集函数演化过程中的迭代时间步长Δt。随后将常值权系数α替换为融合各项异性扩散散度场信息的变权系数α（I）,对水平集函数的演化方程进行迭代演化,直至收敛到目标边缘。输出最终演化轮廓。结果 对选自Weizmann数据库的图像和经过人为改造的的图像进行图像分割实验,采用迭代时间和评价分割结果相似性的J系数（Jaccard相似性系数）和D系数（Dice相似性系数）等定量指标进行评价。对无噪声图像和噪声图像分割时,本文模型的J系数和D系数均比DRLSE模型的值大,表明本文模型的分割结果与真值图像的相似性较高。在分割时间方面,仅在分割背景简单边缘清晰的无噪声图像时,本文模型较DRLSE模型略长;在分割边缘清晰、背景灰度不均匀和边缘模糊、背景灰度不均匀的无噪声图像以及人为添加噪声的各种情况下,本文模型分割时间均明显短于DRLSE模型。其中,对边缘模糊、背景灰度不均匀的无噪声图像,本文模型分割时间为3.718 s,较DRLSE模型短9.523 s;对存在噪声、待分割目标存在凹区域且边缘模糊背景灰度不均匀图像,本文模型分割时间为4.235 s,较DRLSE模型短35.165 s。结论 实验结果表明,融合了各向异性扩散信息的DRLSE模型在图像分割尤其是噪声图像分割方面,具有明显的有效性、高效性和鲁棒性。     

基于改进DRLSE水平集模型的图像分割

针对 DRLSE 水平集模型对噪声敏感、依赖初始轮廓位置以及演化速度缓慢等不 足,利用小波变换和小波阈值去噪的方法,构造对噪声不敏感的边缘信息刻画矩阵,定义基于 图像信息的边缘停止函数和自适应权重系数,获得了改进的 DRLSE 水平集图像分割模型。利 用有限差分法对模型求解,并采用 Jaccard 相似度作为评价模型的定量分析方法,数值结果显示 改进的模型及算法对图像分割的有效性,克服了 DRLSE 水平集模型分割含噪图像以及定义初 始轮廓位置的局限性,提高了 DRLSE 水平集模型的计算效率和图像分割精度。     

针对弱边缘信息的左心室图像分割算法

基于距离正则水平集模型（DRLSE）的左心室MR图像分割算法对梯度信息有很强的依赖性,在图像弱边缘区域容易陷入局部最优,且对初始轮廓的选取敏感。为降低算法对初始轮廓的敏感程度,提高其在左心室图像弱边缘的分割能力,提出一种适用于弱边缘信息的左心室分割算法。在DRLSE的基础上,该分割算法提出运用拟合方法计算基于变异系数分割模型（PSM）的新局部项,算法依靠梯度与图像局部信息驱动曲线演化,降低了DRLSE对初始轮廓的敏感度;引入形状约束力,克服DRLSE算法在左心室外膜弱边界处出现边界泄露的情况。为验证所提算法分割的准确性,基于多伦多市患病儿童医院影像科提供的数据库,利用DRLSE、保持凸性水平集模型（CPLSE）模型、U-Net网络以及提出的内膜算法对心内膜进行分割;利用DRLSE、引入外膜形状约束力的DRLSE模型（DRLSE-shape）、U-Net网络以及提出的外膜算法对心外膜进行分割。实验结果表明,针对左心室内、外膜,所提算法优于上述算法,能降低DRLSE对初始轮廓的敏感程度,提升对左心室弱边界MR图像分割的精确度。     

马尔可夫随机场约束下的PCM图像分割算法

与模糊c均值（FCM）算法相比较,可能性C均值（PCM）聚类算法具有更好的抗干扰能力。但PCM聚类算法对初始化条件很敏感,在聚类的过程中很容易导致聚类结果一致性,并且没有考虑到像素的空间信息,用在图像分割尤其是多目标图像分割上效果极不稳定。在PCM算法的基础上,利用Markov随机场中的邻域关系属性,引入先验空间约束信息,建立包含灰度信息与空间信息的新聚类目标函数,提出马尔可夫随机场与PCM聚类算法相融合的图像分割新算法（MP．CM算法）。实验结果表明,在多目标图像分割上利用MPCM算法可以取得比PCM更好的分割效果。     

一种嵌入局部信息的快速KFCM聚类分割算法

针对核空间模糊局部C-均值聚类分割算法时间复杂性过大而不适合实时场合图像分割需要的问题,提出了一种核空间局部模糊C-均值聚类分割的快速算法。利用像素与其邻域像素之间的空间距离信息和灰度方差信息构造一种加权共生矩阵;将图像像素的一维直方图以及像素与邻域像素之间的二维共生直方图相结合构造了一种新的核空间模糊C-均值聚类分割目标函数,并对其推导获得隶属度和聚类中心迭代表达式;将图像像素采用该算法聚类所得隶属度进行邻域滤波处理,以便改善该算法的抗噪性能。实验结果表明,该分割算法相比核空间局部模糊C-均值聚类分割更有利于实时场合和大幅面图像分割的需要。     

快速鲁棒核空间模糊聚类分割

目的 传统模糊C-均值聚类应用于图像分割仅考虑像素本身的聚类问题,无法克服噪声干扰对图像分割结果的影响,不利于受到噪声干扰的工业图像、医学影像和高分遥感影像等进行目标提取、识别和解译。嵌入像素空间邻域信息或局部信息的鲁棒模糊C-均值聚类分割算法是近年来图像分割理论研究中的热点课题。为此,针对现有的鲁棒核空间模糊聚类算法非常耗时且抑制噪声能力弱、不适合强噪声干扰下大幅面图像快速分割等问题,提出一种快速鲁棒核空间模糊聚类分割算法。方法 利用待分割图像中像素邻域的灰度信息和空间位置等信息构建线性加权滤波图像,对其进行鲁棒核空间模糊聚类。为了进一步提高算法实时性,引入当前聚类像素与其邻域像素均值所对应的2维直方图信息,构造一种基于2维直方图的鲁棒核空间模糊聚类快速分割最优化数学模型,采用拉格朗日乘子法获得图像分割的像素聚类迭代表达式。结果 对大幅面图像添加一定强度的高斯、椒盐以及混合噪声,以及未加噪标准图像的分割测试结果表明,本文算法比基于邻域空间约束的核模糊C-均值聚类等算法的峰值信噪比至少提高1.5 dB,误分率降低约5%,聚类性能评价的划分系数提高约10%,运行速度比核模糊C-均值聚类和基于邻域空间约束的鲁棒核模糊C-均值聚类算法至少提高30%,与1维直方图核空间模糊C-均值聚类算法具有相当的时间开销,所得分割结果具有较好的主观视觉效果。结论 通过理论分析和实验验证,本文算法相比现有空间邻域信息约束的鲁棒核空间模糊聚类等算法具有更强的抗噪鲁棒性、更优的分割性能和实时性,对大幅面遥感、医学等影像快速解译具有积极的促进作用,能更好地满足实时性要求较高场合的图像分割需要。     

结合FCM和RSF模型的医学图像分割方法

针对现有活动轮廓模型初始化敏感的缺点,提出一种新的基于区域的活动轮廓模型。该模型采用模糊c均值聚类(FCM)算法对图像进行预分割,将预分割结果二值化为种子标记矩阵,作为下一步水平集演化的初始轮廓,解决了初始化敏感问题;引用RSF(Region-Scalable Fitting)模型的局部区域项作为能量项,提高了分割灰度分布不均匀图像能力;使用高斯滤波方法正则化水平集函数,避免了重新初始化过程,提高了分割效率。实验结果表明:该模型避免了初始化,具有分割结果精确、分割效率高的特点。     

基于核模糊聚类的变分水平集医学图像分割方法

针对现有无须重新初始化的变分水平集分割模型, 存在对边缘模糊、对比度差等图像不是很敏感、分割效果不理想的问题, 提出了一种基于核模糊聚类的变分水平集医学图像分割方法。将原始图像进行核模糊C-均值聚类, 把得到的聚类结果带入初始化水平集函数得到初始轮廓, 最后利用李模型的分割方法实现最终的图像分割。实验结果表明, 该方法具有良好的分割质量, 适应性强, 同时可减少迭代次数。     

基于空间约束的模糊C均值聚类肝脏CT图像分割

传统模糊C均值（FCM）聚类算法应用于肝脏CT图像分割时仅考虑像素本身特征,无法解决灰度不均匀造成的影响以及肝脏边界模糊造成的边界泄露的问题。为解决上述问题,提出一种结合空间约束的模糊C均值（SFCM）聚类分割算法。首先,使用二维高斯分布函数构建卷积核,利用该卷积核对源图像进行空间信息提取得到特征矩阵;然后,引入空间约束惩罚项,更新并优化目标函数得到新的迭代方程;最后,通过多次迭代,完成对肝脏CT图像的分割。实验结果表明,SFCM算法分割具有灰度不均匀和边界粘连的肝脏CT图像时得到的肝脏轮廓形状更加规则,准确率达到92.8%,比FCM和直觉模糊C均值（IFCM）算法的分割准确率分别提升了2.3和4.3个百分点,过分割率分别降低了4.9和5.3个百分点。     

一种快速鲁棒核空间图形模糊聚类分割算法

针对现有鲁棒图形模糊聚类算法难以满足强噪声干扰下大幅面图像快速分割的需要，提出一种快速鲁棒核空间图形模糊聚类分割算法。该算法将欧氏空间样本通过核函数映射至高维空间；采用待分割图像中像素邻域的灰度和空间等信息构建线性加权滤波图像，对其进行鲁棒核空间图形模糊聚类；并引入当前聚类像素与其邻域像素均值所对应的二维直方图信息，获得鲁棒核空间图形模糊聚类快速迭代表达式。对大幅面图像添加高斯和椒盐噪声进行分割测试，实验结果表明:本文算法相比基于图形模糊聚类等分割算法的分割性能、抗噪鲁棒性和实时性有了显著提高。     

基于模糊聚类水平集的医学图像分割方法

医学图像分割是图像分割的一个重要应用领域,医学图像普遍存在高噪声、伪影、低对比度、灰度不均匀、不同软组织之间与病灶之间边界模糊等特点,因此运用聚类算法,结合李春明模型(LCM)和两相水平集分割方法(CV),首先选用合适的滤波器对医学图像进行去噪,然后使用模糊C均值算法(FCM)获得图像的先验模型;并对传统的CV模型进行改进,对图像进行细分割。实验表明,该模型可以解决图像高噪声、弱边界问题,并可以有效避免重新初始化,对边缘更加敏感,可提高分割精度,有效的抑制噪声,明显的减少迭代次数和时间,具有一定应用价值。。     

基于自适应蚁群的FCM聚类优化算法研究

模糊C均值聚类算法在算法初始化时需要人为设定聚类类别数、随机初始化聚类中心,致使该算法容易陷入局部最优值.为解决此类问题,在蚁群算法中引入信息素更新机制,使其输出的聚类中心更具全局优化的特征和较强鲁棒性的特点;用蚁群算法得到的聚类中心来初始化FCM算法的聚类中心,解决了FCM算法对初始聚类中心敏感的问题;使用结合熵信息与数据几何结构的聚类有效性评价方法对FCM算法和优化FCM算法进行评价,评价结果表明优化的FCM算法性能更优.在仿真实验中,利用提出的优化算法和FCM算法对自然图像、纹理图像和SAR图像进行分割实验,从图像分割的准确性和算法的实时性做对比实验,验证了优化算法的有效性.     

基于粒子群的改进模糊聚类图像分割算法

基于粒子群优化的改进模糊聚类图像分割算法将微粒群搜索聚类中心作为图像分割的聚类初值,克服了FCM分割算法对聚类中心初值敏感的缺点,大幅提高了图像分割算法的计算速度。改进的模糊聚类图像分割算法,一方面考虑到像素的空间位置信息和相互邻域之间像素有很大的相关性,在目标函数中引入邻域惩罚函数;另一方面提出聚类在二维方向上进行更新的思想,建立了包含邻域单元熵的新聚类目标函数。实验结果表明,该方法可以使模糊聚类的速度得到明显提高,对初始聚类中心不敏感,抗噪能力强,是一种有效的模糊聚类图像分割方法。     

基于核聚类算法和模糊Markov随机场模型的脑部MR图像的分割

为了更有效地对被噪声污染的脑部MR图像进行分割,提出了一种基于模糊核聚类和模糊Markov随机场的脑部MR图像分割算法。该算法在使用高斯径向基函数的核聚类目标函数中,引入了基于Markov随机场的补偿项,作为分割算法的空间约束。这种空间补偿项用Gibbs分布描述,实际上是一种归一化的核函数,其和用来度量灰度特征的核函数的形式是相似的,并且这种空间约束利用了分割结果的模糊信息。这种基于核函数和Markov随机场模型的算法克服了传统聚类以及核聚类算法的缺陷,不仅提出了更加合理的空间约束, 而且改善了原有的分割模型,因此可以得到更加分段光滑的聚类结果。通过对合成图像、模拟MR图像以及临床MR图像进行的分割实验以及和标准分割结果的比较表明,该算法优于相关算法,可以有效地分割被污染的MR图像。     

结合FCMS与变分水平集的图像分割模型

提出了一个结合融合空间约束的模糊C均值（Fuzzy C means with spatial constraints,FCMS）聚类与变分水平集的图像模糊聚类分割模型.在该模型中引入了一个基于图像局部信息和空间信息的外部模糊聚类能量,从而可以获取精确的局部图像的空间特征,使得本文模型对噪声图像的聚类分割具有较强的鲁棒性.采用不同类型的实验图像,将本文模型与10个不同类型的图像分割模型进行了对比实验,实验结果显示本文模型能克服图像中噪声影响并取得较满意的聚类分割结果.     

基于空间距离的快速模糊C均值聚类算法

针对传统的模糊C均值聚类算法在进行图像分割时对孤立点、噪声点敏感性较强,聚类耗时随图像变大而快速增长等缺陷,基于临近元素空间距离的模糊C均值聚类算法即SFGFCM算法,采用核化的空间距离公式,计算出空间临近像素与考察像素的相似度Sij,然后用邻近像素灰度加权和计算出邻近信息制约图像,并进一步在邻近信息制约图像的灰度级统计的基础上进行聚类。该算法考察了临近像素灰度和位置等信息,并且它们之间取得了很好的平衡;不仅表现出较强的鲁棒性且很好地保留了原图像边缘等细节信息,提高了聚类精度,同时大大缩短了大幅图像的聚类时间。通过在合成图像、医学图像及自然图像上的大量实验,与传统算法对比该算法聚类性能明显提高,在图像分割上体现出了较好的分割效果。     

基于变分水平集的图像模糊聚类分割

结合变分水平集方法和模糊聚类,提出了一个基于变分水平集的图像聚类分割模型.该模型引入了一个基于图像局部信息的外部模糊聚类能量和一个新的关于零水平集的正则化能量,使得该模型对噪声图像的聚类分割更具鲁棒性.通过在能量泛函中加入一个内部约束能量约束水平集函数为符号距离函数,可以使水平集演化过程无需重新初始化.进一步提出了一种变分形式的聚类中心更新方法,实现了半监督的图像聚类分割.实验中采用不同类型的图像与FCM聚类模型、CV模型、Samson模型进行了对比实验,实验结果显示,该模型能够克服图像中噪声的影响,取得较满意的聚类分割效果.     

峰值检测 FCM 算法的医学图像分割

为了更好地平衡传统FCM及其相关改进算法的分割效果与分割效率问题,提出了一种基于峰值检测的快速FCM图像分割算法。首先基于峰值检测策略对聚类中心进行初始化;然后在初始化聚类中心的基础上对医学图像进行分割。其本质是运用峰值检测技术指导聚类中心的初始化,以使初始化的聚类中心尽可能靠近最终的聚类中心,从而以提高算法的工作效率。在医学图像上进行的实验表明,算法可以有效地提高图像分割的效率,并能得到很好的分割效果。     

基于改进的直觉模糊核聚类的图像分割方法

针对噪声图像模糊性的本质，提出了基于改进的直觉模糊核聚类的图像分割方法。采用直觉模糊集描述噪声图像包含的不确定性信息，将图像的灰度信息转换到直觉模糊域进行处理；将模糊核聚类拓展为直觉模糊核聚类，在图像的直觉模糊域进行聚类；通过高斯核函数和欧氏距离分别对像素8-邻域的灰度和空间信息进行建模，综合平衡灰度和空间信息对聚类的作用，并将其作为惩罚项加入到直觉模糊核聚类的目标函数中；通过梯度下降法，推导了迭代求解算法；通过典型的合成图像和自然图像分割实例，验证了所提算法的有效性和鲁棒性。     

基于改进像素相关性模型的图像分割算法

图像分割是计算机视觉中的研究热点和难点.基于局部信息的模糊聚类算法(FLICM)在一定程度上提升了模糊聚类算法的鲁棒性,但噪声强度较大时无法获得较好的图像分割效果.针对传统的模糊聚类算法分割精度不佳等问题,提出了改进像素相关性模型的图像分割算法.首先通过分析像素的局部统计特征,设计了一种新型的像素相关性模型,在此基础上...