基于Ncut的圖像分割算法研究.pdf

1、圖像分割是指將圖像分成互不交疊的有意義的區(qū)域，它是后期圖像處理、分析以及應(yīng)用的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的重要技術(shù)，并且已在工業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)圖像以及機(jī)器人視覺(jué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。到目前為止，已經(jīng)有許多的基于圖論的圖像分割算法，其中歸一化割（Normalized cut，Ncut）算法的應(yīng)用十分廣泛。該算法準(zhǔn)則是一個(gè)全局優(yōu)化的準(zhǔn)則，對(duì)它的研究主要是將其直接應(yīng)用于像素上來(lái)進(jìn)行圖像分割，計(jì)算量比較大，不利于實(shí)時(shí)圖像處理。均值漂移（

2、Mean-Shift）算法是一種非監(jiān)督的聚類圖像分割算法，該算法的優(yōu)點(diǎn)是收斂速度快、對(duì)噪聲具有魯棒性。然而，它的不足之處在于容易產(chǎn)生過(guò)分割現(xiàn)象。本文針對(duì)上述算法各自特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于Mean-Shift與Ncut方法的圖像分割算法，該算法首先利用Mean-Shift對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后再利用Ncut算法進(jìn)行區(qū)域聚類。這種算法可以減少計(jì)算量以及噪聲的干擾，有利于實(shí)時(shí)圖像處理。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 ⑴介紹了均值漂移的算法原理

3、，其中包括了它的基本形式、擴(kuò)展形式以及算法步驟，討論了算法的收斂性，分析了基于Mean-Shift的圖像分割算法。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明該算法的三個(gè)參數(shù)（hr，hs，M）的選擇對(duì)分割結(jié)果影響比較大。
　　 ⑵介紹了圖譜的相關(guān)基礎(chǔ)理論，基于圖論的兩種圖像分割準(zhǔn)則（cut與Ncut），歸一化割算法（Ncut）的求解。隨后介紹了基于圖論的2-way Ncut和K-way Ncut算法。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了K-way Ncut算法中對(duì)參

4、數(shù)K以及權(quán)值矩陣w中（σ1，σx）的選擇非常重要。
　　 ⑶在分析Mean-Shift和Ncut這兩種算法的基礎(chǔ)上，為了提高Ncut算法的分割效果以及速度，本文設(shè)計(jì)了一種基于區(qū)域的Ncut分割算法，在算法設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們首先利用Mean-Shift算法對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，由于Mean-Shift算法處理后的圖像會(huì)被分成很多過(guò)分割區(qū)域，我們將這些分割區(qū)域利用一些具有代表性的點(diǎn)來(lái)代替，構(gòu)造一幅無(wú)向加權(quán)圖來(lái)描述這些點(diǎn)之間的關(guān)系，再利用N

5、cut算法直接應(yīng)用于這些區(qū)域來(lái)進(jìn)行區(qū)域聚類，而不像傳統(tǒng)的Ncut算法應(yīng)用于圖像像素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了算法的可行性和優(yōu)越性。
　　 ⑷對(duì)權(quán)值矩陣W做了改進(jìn)，傳統(tǒng)的Ncut算法中權(quán)值矩陣W有兩個(gè)控制節(jié)點(diǎn)值域差異及空域差異的敏感程度的參數(shù)（σ1，σx）。這兩個(gè)參數(shù)的選取非常重要，需要人工手動(dòng)調(diào)整才能得到很好的分割效果，因此限制了算法的通用性。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種新的自適應(yīng)權(quán)值矩陣，提高了算法的通用性，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了利用該權(quán)