本发明专利技术涉及一种结合邻域信息的快速鲁棒模糊C均值图像分割方法。该方法主要包含两步：首先，根据图像的局部相关性来重塑图像灰度；然后，在灰度重塑图像上，执行快速模糊C均值分割算法。本发明专利技术的主要特色有以下两点：（1）通过图像像素间的灰度相关性和空间相关性设计出相似性度量，并利用该度量达到去除图像噪声和保留图像细节的双重目的；（2）利用灰度值的分布特性把基于像素的分割转变为基于灰度的分割，其相应的时间复杂度由O(NcI1)降至O(QcI2)，其中c为聚类个数，I1和I2分别为像素分割和灰度分割的迭代步数，由于灰度级个数Q远远小于像素个数N，本发明专利技术大大减少了分割阶段的时间复杂度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于图像分割领域，特别涉及基于模糊C均值的图像分割方法。
技术介绍
由于图像分割可以看成是图像像素的聚类过程，所以聚类方法如模糊C均值(Fuzzy C-Means,FCM)可以直接应到图像分割领域。但当图像存在模糊、噪声时,对像素的直接聚类往往无法得到令人满意的效果。为了提高FCM的分割性能，很多研究人员在原始FCM中引入图像的空间位置关系。Tolias和Panas使用Sugeno型规则系统对待分割图像施加空间连续性约束。Pham通过在FCM的目标函数中引入模糊隶属度的空间约束，使得像素的模糊隶属度具有空间平滑性。近些年，Chen等人在KFCM目标函数中分别引入隶属度约束和空间约束，从而进一步提高了算法的有效性和鲁棒性。 通过在FCM的目标函数中引入图像的空间约束项，Ahmed等人提出了空间约束的FCM (FCM_S)。与FCM相比，FCM_S不仅利用像素本身的信息而且还利用邻域像素的信息来确定类标号，因此可以得到优于FCM的分割结果。但也正因为考虑了这种空间约束，FCM_S在其迭代过程中必须对每个像素的所有邻域像素进行操作，导致其计算过程非常耗时。为了降低FCM_S的计算复杂度，Chen和Zhang提出了基于FCM_S的两个变形算法，FCM_S1和FCM_S2。由于这两个算法在目标函数中分别引入了均值滤波图像和中值滤波图像，因此在聚类过程中仅需要对邻域均值或中值进行操作，而无需对图像邻域进行操作，从而节约了聚类过程的时间。最近，Szildgyi等人提出了增强型FCM (Enhanced FCM, EnFCM)来加速图像的分割过程。对灰度图像而言，其像素灰度级的个数Q (通常是256)远远小于图像像素的个数N。利用这个特性，EnFCM设计出快速FCM，其时间复杂度从O(NcI1)降至O(QcI2)，其中IjPI2分别为原始FCM和快速FCM的迭代步数。不同于FCM_S及其变形，EnFCM算法分为两步第一步，利用原图和均值滤波图像构造出一个线性加权图像；第二步，对线性加权图像的灰度直方图而不是像素本身进行聚类。与FCM_S相比，EnFCM在不损害分割性能的前提下，大大降低了 FCM_S型算法的时间复杂度。但上述FCM_S，FCM_S1, FCM_S2和EnFCM都涉及到参数a，而参数a的选择既非常重要又非常困难。其重要性体现在a的取值不仅影响算法对噪声的容忍程度而且影响算法对图像细节信息的保持。其困难性表现在a的取值是噪声依赖的，但现实中噪声的类型和强度往往是未知的，从而导致用户只能用非常繁琐的试错方法来选取a，增加了计算负担。即使噪声的类型和强度已知，a的选取依然是个非常棘手的问题。当图像中存在被噪声污染严重的像素时，a的值要设置的足够大，才能抵御这些噪声点的影响，但对于同幅图像中没有被噪声污染过或轻度污染的像素，过大的a不可避免地导致这些像素的信息丢失或被模糊。所以，在分割过程中，对所有的邻域窗口都设置同样大小的a是不合理的
技术实现思路
为了克服参数a的缺点并进一步提高分割性能，本专利技术提出了一种结合图像邻域信息的快速鲁棒模糊C均值图像分割方法(Fast Generalized Fuzzy C-Meansincorporating local information, FGFCM),能够大大减小图像分割过程的时间复杂性。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案如下一种结合邻域信息的快速鲁棒模糊C均值图像分割方法，包括以下步骤步骤I :对所有的邻域窗口，计算邻居像素与中心像素的相似性度量Su，权利要求1. 一种结合邻域信息的快速鲁棒模糊C均值图像分割方法，包括以下步骤 步骤I:对所有的邻域窗口，计算邻居像素与中心像素的相似性度量Su，全文摘要本专利技术涉及一种结合邻域信息的快速鲁棒模糊C均值图像分割方法。该方法主要包含两步首先，根据图像的局部相关性来重塑图像灰度；然后，在灰度重塑图像上，执行快速模糊C均值分割算法。本专利技术的主要特色有以下两点(1)通过图像像素间的灰度相关性和空间相关性设计出相似性度量，并利用该度量达到去除图像噪声和保留图像细节的双重目的；(2)利用灰度值的分布特性把基于像素的分割转变为基于灰度的分割，其相应的时间复杂度由O(NcI1)降至O(QcI2)，其中c为聚类个数，I1和I2分别为像素分割和灰度分割的迭代步数，由于灰度级个数Q远远小于像素个数N，本专利技术大大减少了分割阶段的时间复杂度。文档编号G06T7/00GK102750700SQ201210193248公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日专利技术者杨明, 蔡维玲 申请人:南京师范大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种结合邻域信息的快速鲁棒模糊C均值图像分割方法，包括以下步骤：步骤1：对所有的邻域窗口，计算邻居像素与中心像素的相似性度量Sij，Sij=Ss_ij×Sg_ijj≠i0j=i---(1)其中，第i个像素表示邻域窗口的中心像素，第j个像素表示邻域窗口的邻居像素，Ss_ij是像素的空间相似性：Ss_ij=exp(-max(|pj-pi|,|qj-qi|)λs)---(2)其中一个像素占一个单位长度，(pi,qi)表示像素i的坐标，λs是空间相似性Ss_ij宽展的伸缩因子，其取值决定空间相似性Ss_ij的变化趋势；Ss_ij是像素的灰度相似性：Sg_ij=exp(-||xi-xj||2λg×σg_i2),---(3)其中σg_i反映邻域窗口的灰度同质性：σg_i=Σj∈Ni||xj-xi||2NR---(4)其中xi表示中心像素的灰度值，xj表示同一个邻域窗口中邻居像素的灰度值，λg是灰度相似性Ss_ij宽展的全局伸缩因子；步骤2：对所有的像素点，利用相似性度量Sij来重塑图像，并用线性加权的方法构造出新图像ξ：ξi=Σj∈NiSijxjΣj∈NiSij---(5)其中ξi表示新图像ξ中第i个像素的灰度值，xj表示原图中环绕在中心像素i周围的邻居像素的灰度值，Ni指落在中心像素i周围的邻居像素的集合；步骤3：针对新图像ξ，在其灰度直方图上执行快速模糊C均值分割方法，相应的目标函数为：Js=Σi=1cΣl=1Qγluilm(ξl-vi)2---(6)其中uil表示具有灰度值l的象素对第i个聚类的隶属度，vi表示第i个聚类的中心点，Q表示给定图像的灰度级的总个数，Quil=(ξl-vi)-2m-1Σj=1c(ξl-vj)-2m-1---(7)vi=Σl=1qγluilmξlΣl=1qγluilm---(8)交替求解隶属度矩阵U和聚类中心V，直到聚类中心不再变化或者达到最大迭代步数，最后输出分割结果。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡维玲，杨明，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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