一种基于马尔可夫链的交互式三分图优化方法技术

本发明专利技术涉及图像处理技术领域，具体地，涉及一种基于马尔可夫链的交互式三分图优化方法。本发明专利技术的目的是提供一种基于马尔可夫链的交互式三分图优化方法，通过超像素将原始图像划分成块状，块内图像的纹理特征中高度相似。而对于由智能算法得来的三分图，需要人工简单地标识出有错误的地方，本方法会根据马尔可夫链来将标志区域扩大，从而减少用户的交互。从而减少用户的交互。

【技术实现步骤摘要】
一种基于马尔可夫链的交互式三分图优化方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，具体地，涉及一种基于马尔可夫链的交互式三分图优化方法。

技术介绍

[0002]抠图任务中需要用到的三分图。三分图指将图片中的每个像素划分为三种区域：前景、背景和待确认区域，通常是人工标注得来的。常用的抠图算法会利用已知的三分图生成精确的阿尔法遮罩。阿法遮罩，是代表对于图像前景透明度的遮罩，大小和图像相同，遮罩中每个像素的值为相应的影像像素的阿法值。阿法值为1代表该像素属于前景，0则代表该像素属于背景。阿法值介于0～1之间，表示对应到的影像像素为半透明。目前，许多三分图由人工智能算法得出，但是会出现偏差，需要人工修正和优化。现有的优化三分图只强调人工修正，方法操作繁琐、效率低下，且忽略了图像像素间的关系。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于马尔可夫链的交互式三分图优化方法，通过超像素将原始图像划分成块状，块内图像的纹理特征中高度相似。而对于由智能算法得来的三分图，需要人工简单地标识出有错误的地方，本方法会根据马尔可夫链来将标志区域扩大，从而减少用户的交互。
[0004]1.模块设计概述
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0006]一种基于马尔可夫链的交互式三分图优化方法，包括以下三个模块：
[0007]超像素分割模块：对输入的原始图像进行过分割，得到超像素分割图。
[0008]交互模块：用户对三分图进行涂鸦，并得到反馈结果；
>[0009]算法模块：针对用户输入，使用马尔可夫链优化三分图；
[0010]优选地，所述超像素分割模块执行包括：
[0011]初始化种子：按照设定的超像素个数，在原始图像内随机分配种子点；
[0012]重新选择：计算各个种子点的第一邻域内所有像素点的梯度值，将种子点移动到对应第一邻域内梯度最小处；
[0013]标签分配：在每个种子点的第二邻域内为每个像素点分配类标签，以区分像素点所对应的种子点；
[0014]距离度量：对第二邻域内搜索到的每个像素点，分别计算所述像素点与对应种子点的颜色距离和空间距离；
[0015]迭代优化：迭代执行重新选择、标签分配和距离度量；
[0016]优选地，所述交互模块：
[0017]在用户界面上显示一个实心圆，能够响应鼠标输入事件中对所述实心圆的点击和/或移动，得到用户输入区域。该实心圆可随用户选择改变直径和颜色。
[0018]优选地，所述算法模块：
[0019]保存超像素分割模块和交互模块的结果，并根据马尔可夫链将三分图优化。
[0020]2.方法概述
[0021]进一步地，一种基于马尔可夫链的交互式三分图优化方法步骤如下：
[0022]超像素分割：根据用户设定的超像素个数，在原始图像内随机分配种子点。计算各个种子点的第一邻域内所有像素点的梯度值，将种子点移动到对应第一邻域内梯度最小处。在每个种子点的第二邻域内为每个像素点分配类标签，以区分像素点所对应的种子点。对第二邻域内搜索到的各个像素点，分别计算所述像素点于对应种子点的颜色距离和空间距离。迭代执行以上步骤；
[0023]用户交互：用户使用鼠标作为画笔输入，系统可响应鼠标的点击和移动事件。用户依据原图和三分图对比，对三分图进行简单修正。可选地，鼠标所代表的画笔可调节直径和颜色(三种颜色可选)，直径代表画笔绘出的涂鸦大小，三种颜色分别指代三分图中前景、背景和待确定区域；
[0024]马尔可夫链算法：马尔可夫链是概率论和数理统计中具有马尔可夫性质且存在于离散的指数集和状态空间内的随机过程。适用于连续指数集的马尔可夫链被称为马尔可夫过程，但有时也被视为马尔可夫链的子集，即连续时间马尔可夫链，与离散时间马尔可夫链相对应，因此马尔可夫链是一个较为宽泛的概念。根据超像素分割得到的超像素分割图得到各个超像素块的邻接矩阵M
con
。根据颜色和纹理信息评估超像素块之间的相似度，得到相似度矩阵M
aff
。根据用户交互步骤得到三分图前景、背景和待确定区域的标识，确定三分图中部分超像素块的类别(前景、背景或待确定区域)，分别记为Set
f
、Set
b
、Set
u
。由Set
f
、Set
b
、Set
u
、M
con
和M
aff
可以得到概率矩阵M
pr
。把像素块认为是一个结点，用户标识过的结点(像素块)是吸收态，其他未标注结点是转移态。得到M
pr
后可根据马尔可夫链，将已确定的标识传播至周围的像素块。
[0025]与现有技术相比，本专利技术可以显著减少用户交互过程，生成的三分图具有高可用性，能较大程度提升抠图精确度。
附图说明
[0026]图1是本专利技术基于马尔可夫链的交互式三分图优化方法流程图。
具体实施方式
[0027]如图1所示，一种基于马尔可夫链的交互式三分图优化方法，包括以下步骤：
[0028]S1、对输入原始图像进行超分辨率跟个，得到超分辨率分割图像；
[0029]S2、用户通过交互界面绘制涂鸦，修正原始图像对应三分图的错误分类区域；
[0030]S3、对S1得到的超像素分割图中的超像素块建立邻接矩阵M
con
；
[0031]S4、根据颜色和纹理特征对S1得到的超像素分割图中的超像素块建立相似度矩阵M
aff
；
[0032]S5、对S2中用户涂鸦对相应区域的超像素块进行标识；
[0033]S6、由S3
‑
S5得到的邻接矩阵M
con
、相似度矩阵M
aff
、和用户像素块标识计算出概率矩阵M
pr
；
[0034]S7、根据马尔可夫链将用户标识传到未标识的像素块。
[0035]步骤S1中，根据用户设定的超像素个数，在原始图像内随机分配种子点。计算各个种子点的第一邻域内所有像素点的梯度值，将种子点移动到对应第一邻域内梯度最小处。在每个种子点的第二邻域内为每个像素点分配类标签，以区分像素点所对应的种子点。对第二邻域内搜索到的各个像素点，分别计算所述像素点于对应种子点的颜色距离和空间距离。迭代执行以上步骤。
[0036]步骤S2中，用户使用鼠标作为画笔输入，系统可响应鼠标的点击和移动事件。用户依据原图和三分图对比，对三分图进行简单修正。可选地，鼠标所代表的画笔可调节直径和颜色(三种颜色可选)，直径代表画笔绘出的涂鸦大小，三种颜色分别指代三分图中前景、背景和待确定区域。
[0037]步骤S3中，对S1所得到的超像素分割图建立邻接矩阵M
con
。将超像素分割图中的每个超分辨率块视作结点，超像素块之间有空间位置关系。把空间上相邻两个像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于马尔可夫链的交互式三分图优化方法，包括以下步骤：S1、对输入原始图像进行超分辨率跟个，得到超分辨率分割图像；S2、用户通过交互界面绘制涂鸦，修正原始图像对应三分图的错误分类区域；S3、对S1得到的超像素分割图中的超像素块建立邻接矩阵M
con
；S4、根据颜色和纹理特征对S1得到的超像素分割图中的超像素块建立相似度矩阵M
aff
；S5、对S2中用户涂鸦对相应区域的超像素块进行标识；S6、由S3
‑
S5得到的邻接矩阵M
con
、相似度矩阵M
aff
、和用户像素块标识计算出概率矩阵M
pr
；S7、根据马尔可夫链将用户标识传到未标识的像素块。步骤S1中，根据用户设定的超像素个数，在原始图像内随机分配种子点。计算各个种子点的第一邻域内所有像素点的梯度值，将种子点移动到对应第一邻域内梯度最小处。在每个种子点的第二邻域内为每个像素点分配类标签，以区分像素点所对应的种子点。对第二邻域内搜索到的各个像素点，分别计算所述像素点于对应种子点的颜色距离和空间距离。迭代执行以上步骤。步骤S2中，用户使用鼠标作为画笔输入，系统可响应鼠标的点击和移动事件。用户依据原图和三分图对比，对三分图进行简单修正。可选地，鼠标所代表的画笔可调节直径和颜色(三种颜色可选)，直径代表画笔绘出的涂鸦大小，三种颜色分别指代三分图中前景、背景和待确定区域。步骤S3中，对S1所得到的超像素分割图建立邻接矩阵M
con
。将超像素分割图中的每个超分辨率块视作结点，超像素块之间有空间位置关系。把空间上相邻两个像素块之间的关系记作1，则其他情况记作0，则构成了由0
‑
1组成的临界矩阵M
con
。假设超像素分割图共有n个超像素分割块，则M
con
为n
×
n的对称矩阵。步骤S4中，对S1中超像素分割图中的超分辨率块建立相似度矩阵M
aff
。超像素分割图中的各个超像素块都是一个个尺寸略小的图像，有自己的特征。本方法以颜色特征和纹理特征来判定各个像素块之间的相似度。具体地，针...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛平，王治坤，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：