图像分割(水平集方法)

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融合Ratio边缘信息的水平集SAR图像分割方法

融合Ｒａｉ缘信息的水平集Ｓｔｏ边ＡＲ图像分割方法
吕雁，冯大政
７０７）１０１
（安电子科技大学电子工程学院，西西安西陕
摘要：提出了一种融合边缘和区域信息的变分水平集合成孔径雷达图像分割方法．方法不需要去除该相干斑噪声的预处理过程，用具有恒虚警特性的Ｒｔ利ａｉ子提取合成孔径雷达图像的边缘信息，与ｏ算并无边缘活动轮廓模型结合建立合成孔径雷达图像分割能量泛函模型，过最小化能量泛函得到曲线演通
２１００年６月第３卷第３期７
西安电子科技大学学报（自然科学版）
ＪＯＵＲＮＡＬ０ＦＸＩＩＤＡＮＵＮＩＶＥＲ NhomakorabeaＩＴＹ
Ｊｎ２１ｕ．００
Ｖｏ．７Ｎｏ３１３．
ｄｉ１．９９ｊｉｓ１０ — ４０２１．３．１ｏ：０３６／．ｓｎ．０１２０．００００９
ｏｂｔｎｅｉｍｉａｉｆｔｅｅｒｕｎｃｉｎａ．Ｔｏｉｐｌｍｅｔｉａｅｍｅａｉａｉｄｂｙｍｎｉｚｔｏｎｏｈｎｅｇｙｆｔｏ１ｍｅｎｍｇｅｓｇｎｔｔｏｎ，ｔｅｓｌｔｏｎｏｈｅｈｏｕｉｆｔＰＤＥｓｂｙａｖａｉｔｏｎａｅｅｅｐｐｏｃｓａｒａｉｌｌｖｌｓｔａｒａｈｉｐｐｌｄ．ＴｈｅｐｅｆｒａｃｈｅｍｅｈｏｓｖｒｆｅｏｔｉｅｒｏｍｎｅｏｆｔｔｄｉｅｉｉｄｂｙｂｈｓｎｔｔｃａｄｒａｙｈｅｉｎｅｌＳＡＲｍａｓ．ＩｓｓｗｎｔｔｔｅｈｏａｃｕｒｔｌｘｒｃａｇｔｒｉｇｅｔｉｈｏｈａｈｅｍｔｄｃｎａｃａｅｙｅｔａｔｔｒｅｓｆｏｍｈｅＳＡＲｔｉａｔｗｉｈｏｎｙｄｓｃｅｓｅｍｇｅｂｕｔｕｔａｅｐｅｋｌｔｐ，ｗｈｃｓｅｓｓａｐｒｆｒｌｄｇｃｕａｙ．ｉｈｐｏｓｓｅｅｅａｂｅｅｅａｃｒｃ

基于声纳图像的水平集分割算法研究

集分割。进行仿真对比实验，实验结果显示：ＬＦ能量模型相比，与Ｂ改进的水平集分割方法更加适应于背景不均匀的声纳图像分割。
关键词：声纳图像分割；ＬＦ能量模型；Ｂ水平集；态学运算形
中图分类号：Ｔ１．３Ｎ９１７文献标识码：Ａ文章编号：１０－７７２１）１０２－３００９８（０２０－０９－０
（．１哈尔滨工程大学水声工程学院。黑龙江哈尔滨１００：５０１
２总装备部，京１００）．北０００
ห้องสมุดไป่ตู้
摘
要：针对现有的图像分割方法无法准确地分割声纳图像的问题，提出了一种改进的水平集声纳图像
分割方法。介绍了ＬＦ能量模型，鉴其无重初始化的水平集演化思想。为克服声纳图像中复杂背景带Ｂ借来的负面效应，利用形态学顶帽一底帽变换对声纳图像进行预处理，并在此基础上进行无需初始化的水平
ｅｆｃｓｃｕｅｙｔｅｃｍｐｅａｋｒｕｄｉｏａｍａｅｓｎｒｉｇｓｐｅｒｃｓｅｙｍｏｐｏｏｉａｏ－ａｆｔａｓｄｂｈｏｌｘｂｃｇｏｎｎｓｎｒｉｇ，ｏａｍａｅｉｒｐｏｅｓｄｂｒｈｌｇｃｌｐｈｔｅｔ
ａｄｂｔｍ— ａｒｎｆｒｔｎ，ｎｎｔｅｅｂｓ，ｈｖｌｅｅｍｅｔｔｎｗｔｏｔｒ — ｉａｉａｉｎｉａｒｄｕ．ｎｏｔｈｔｔｓｏｍａｉａｄｏｈｓａｉｔｅｌｅｔｇｎａｉｉｕｅｉｔｌｔｓｃｒｅｐｏａｏｓｅｓｓｏｈｎｉｚｏｉ

融合区域和边界信息的水平集SAR图像分割方法

ｓｇｎｔｏｎｗｉｏｅｒｅｓｇｓｅｏｆｌｅｐｃｌｉｅｅｍｅｔｉｔｕｔａｈｐｒｐｏｃｓｉｔｐｓｔｉｔｒｓｅｋｅｎｏｓ．ｎ
Ｋｅｒｓｅｇｒｄｅｔｉａｅｓｇｎａｉｎｌｖｌｅ；ｓｔｔａｈａｔｒｓｉｓｓｎｅｉｐｒｕｅｙｗｏｄｄｅｇａｉｎ；ｍｇｅｍｅｔｔｏ；ｅｅｔｓａｓｃｃｒｔｉｉｌａｃｅｉｔ；ｙｔｔａｅｔｒｃｈｃ
Ｖｌ７ＮＯ３０３ｌ－．Ｍａ０８ｙ２０
融合区域和边界信息的水平集ＳＡＲ图像分割方法
曹宗杰，庞伶俐，皮亦鸣
（电子科技大学电子工程学院成都６０５）１区域和边界信息的水平集ＳＲ图像分割方法．该方法根据ＳＲ图像的区域统计特征和边界梯度ＡＡ信息，建立Ｓ图像分割能量泛函模型；通过最小化能量泛函得到曲线演化偏微分方程；采用水平集方法求解演化方程，实ＡＲ
ＣｏｇｉＰＡＯＺｎ－ｅＡＮＧＬｎ—，ｎＩ — ｎｇｊ，ｉｇｌａｄｍｉｉＰＹｉ
（ｃｏｌｆｌｔｎｃｎｉｅｒｇＵｉｅｓｙｏＥｅｔｎｃｃｅｃｎｅｈｏｏｙｏＣｉａｈｎｄ６０５）ＳｈｏＥｅｒｉＥｇｎｅｉ，ｎｖｒｉｌｒｉＳｉｅａｄＴｃｎｌｇｆｈｎＣｅｇｕ１０４ｏｃｏｎｔｆｃｏｎ
ｏｒｇｏｎｄｅｉｆｒｔｎｉｒｐｓｄＡｎｅｅｇｎｔｏａｉｈｉｄｐｅｏＡＲａｅｓｇｅｔｔｎｎｅｉｎａｄｅｇｏｍａｉｐｏｏｅ．ｎｒｙｆｃｉｎｌｎｏｓｕｗｈｃａａｔｄｆｒＳｓｍｉｇｅｍｎａｉｏｉｄｆｄＴｅｅｅｇｎｔｎｌｏｓｓｓｏｇｏ．ａｅｒｅｉｅｒｍｘｍｕ．ｋｌｏｄｅｔａｉｎｏＳｅｍｅ．ｈｎｒｆｃｉａｎｉｔｆｒｉｎｂｓｄｔｍｄｒｄｆｏｍａｉｍ１ｅｉｏｓｉｔｆａｙｕｏｃａｅｅｖｉｈｍｏｍ ’ｅａｘｄＧｍｍａｍｏｅｄａｂｕｄｒ．ａｅｅｅｉｅｒｍｅｄｓｃａｔｅｃｎｏｒｏｅ．ａｔｌｉｅｅｔｌｄｌｎａｏｎａｙｂｓｄｔｒｄｒｖｄｆｏｇｏｅｉｃｉｏｔｕｄ１Ｐｒｉｆｒｎｉｍｖｍａｄａ

图像分割综述

摘要图像分割是把图像划分为有意义的若干区域的图像处理技术，分割技术在辅助医学诊断及运动分析、结构分析等领域都有着重要的研究价值和广泛的应用发展前景。

在阅读大量文献的基础上，本文对图像分割技术的理论基础、发展历程及图像分割方法的热点、难点问题进行了分类综述，对不同分割算法优缺点进行了总结和归纳，并对图像分割的发展趋势进行了初步的展望和预测。

在此基础上，为了对图像分割理论有更直观的认识，本文选取并行边界算法和分水岭算法这两种方法，用MATLAB软件进行了基础的仿真，并对结果进行了分析和总结，本文重点对一些近年来新兴的算法，比如水平集（Level-set）算法、马尔科夫随机场算法（Markov）、模糊算法、遗传算法、数学形态学算法等进行了概略性的探讨，对这些新兴算法的特点、原理、研究动态进行了分析和总结。

关键词：图像分割；边界；区域；水平集；马尔科夫AbstractImage segmentation is an image processing technology that divides the image into a number of regions. Image segmentation has very important significance in supporting medical diagnosis, motion analysis, structural analysis and other fields.Based on recent research, a survey on the theory and development of image segmentation, hot and difficult issues in image segmentation is given in this article. And describes the characteristics of each method as well as their respective advantages and disadvantages in image segmentation .This article introduces and analyzes some basic imaging and image segmentation methods in theory and describes the development trends of medical image segmentation. To have a better understanding of image segmentation, I use MATLAB software to stimulate on images about the parallel edge algorithms and watershed algorithm. And the analysis of the segmentation results is given in the article.This article introduces and analyzes the new algorithms in recent years such as Level-set algorithm, Markov algorithm, Fuzzy algorithm, Genetic algorithm and Morphological algorithm. In this paper, the features, theory and research trends of these algorithms are analyzed and summarized.Keywords: Image segmentation; Border; Area；Level-set；Markov第1章引言1.1 图像分割的背景和重要作用图像是传达信息的一种方式，图像中含有大量的有用信息，理解图像并从图像中抽取信息以用来完成其他工作是数字图像技术中一个重要的应用领域，而理解图像的第一步就是图像的分割。

邻域变换的名词解释

邻域变换的名词解释邻域变换，又称局部变换或局部操作，是一种图像处理中常见的操作方法。

它通过对图像中的每个像素及其周围一定范围内的像素进行处理，从而改变图像的外观或特征。

邻域变换广泛应用于图像增强、去噪、分割以及特征提取等领域，具有重要的理论和实际意义。

一、邻域变换的基本原理和方法邻域变换的基本原理是基于图像的空间域，通过对像素的局部环境进行处理，以实现对整个图像的改变。

邻域变换的方法有很多种，常见的包括均值滤波、中值滤波、高斯滤波等。

1. 均值滤波均值滤波是一种简单而有效的邻域变换方法，它通过计算邻域内像素的平均值来替代中心像素的灰度值。

均值滤波主要用于图像去噪的应用，能够减少图像中的噪声，平滑图像的细节和纹理。

2. 中值滤波中值滤波是一种非线性的邻域变换方法，它通过计算邻域内像素的中值来替代中心像素的灰度值。

相对于均值滤波，中值滤波能够更好地保留图像的边缘和细节信息，常用于去除图像中的椒盐噪声。

3. 高斯滤波高斯滤波是一种基于高斯函数的邻域变换方法，它通过对邻域内的像素赋予权重来计算中心像素的灰度值。

高斯滤波能够产生平滑的效果，常用于图像增强和去噪的处理。

二、邻域变换在图像增强中的应用邻域变换在图像增强中具有重要作用，能够改善图像的质量和视觉效果。

以下介绍几种常见的邻域变换方法在图像增强中的应用。

1. 直方图均衡化直方图均衡化是一种常用的邻域变换方法，通过对图像的灰度值进行重新分配，增强图像的对比度和亮度。

直方图均衡化能够使图像整体变得更加清晰明亮，常被应用于图像显示和图像识别等领域。

2. 锐化滤波锐化滤波是一种通过对图像进行邻域变换来增强图像细节的方法。

它通过对图像进行高通滤波，使得图像中的边缘和纹理更加清晰和突出。

锐化滤波常用于图像增强和特征提取等任务中。

3. 维纳滤波维纳滤波是一种理想的、最优的邻域变换方法。

它基于统计模型，能够在去除图像噪声的同时保持图像的细节信息。

维纳滤波广泛应用于图像去噪和图像复原等领域，但对于复杂的噪声情况和模糊图像可能效果有限。

基于改进水平集的医学图像分割

摘要：针对ＣＶ法的水平集图像分割法缺少局部控制能力等问题，提出了基于物体边界梯度的指数级加速因子模．
型，通过使用局部图像信息，该模型可以在较少的迭代次数内分割灰度不均匀图像。在规则化项中引入能量惩罚项，
消除了传统Ｃａ－ｅｈｎＶｓｅ模型的重新初始化操作。此外，给出了一个基于演化曲线长度变化的水平集演化终止准则。实
水平集方法已经成为图像分割领域的一个研究热
因此，对水平集方法进行研究是非常有必要的。同时，
２１年１０卷１月第６第１期
中国科技论文在线
ＳＥＣＥＡＥＬＮＣｌＮＰＰＲＯＮＩＥ
、１Ｏ，６．０Ｎ１．
Ｊｎ．ａ２０ｌｌ
基于改进水平集的医学图像分割
王明泉，梁君婷，冯晓夏
（中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原００５）３０１
ｆｗｅｔｒｔｎ．ｄｔｅｐｎｌｉｇｅｅｇｅｍｌｎｔｓｔｅｔｅｃｎｕｉｇｒ — ｉａｉｔｎｐｏｅｓｅｒｉａｉｓＡｎｅａｉｎｎｒｙｔｒｅｉａｅｉ－ｏｓｍｎｅｉｔｌａｏｒｃｓ．Ｗｈｔｒ，ａｅｏｈｚｍｉｈｍｎｉｚｉａ＇ｍｏｅｓｔｒｉａｏｒｔｒｏａｅｎｔｅｌｎｔｈｎｅｏｈｅｅｏｖｇｃｒｅｉｒｐｓｄｔｎｕｅｔａｅｅｏｖｇｃｒｅｃｅｍｎｔｎｃｉｉｎｂｄｏｅｇｈｃａｇｆｔｖｌｉｕｖｓｐｏｉｅｓｈｎｏｅｏｅｓｒｔｔｖｌｉｕｖａｈｈｎｎ

基于hsi空间彩色差的快速水平集分割方法

基于hsi空间彩色差的快速水平集分割方法在图像分割领域，很多研究者使用不同的算法来提高图像分割的准确度和效率。

水平集分割（Horizontal Segmentation）技术是一种有效的分割技术，它能够根据像素的垂直灰度梯度来快速分割图像。

但是，传统的水平集分割方法很难应用于彩色图像，因为其灰度变化不明显。

因此，为了在彩色图像上实现高效的分割，研究者提出了基于HSI空间彩色差的快速水平集分割（Fast HSI-Based Horizontal Segmentation）方法。

HSI空间是一种颜色空间，它是根据空间位置，像素灰度和色度变化组成的RGB空间，其把图像颜色分解为色彩（hue），饱和度（saturation）和亮度（intensity）三个因素。

随着HSI颜色空间的不断发展，研究人员开始开发基于该空间的图像处理算法，以解决图像分割等计算机视觉问题。

基于HSI空间彩色差的快速水平集分割方法将像素的颜色分为两个类别：一个类的颜色是彩色的，一个类的颜色是灰度的。

利用这种分类，基于HSI空间彩色差的快速水平集分割方法能够利用HSI空间的彩色差来检测图像的水平线。

根据检测的水平线，可以实现快速的图像分割。

基于HSI空间彩色差的快速水平集分割法的具体实现步骤如下：首先，将图像转换为HSI空间，然后，对每个像素的HSI空间进行彩色差分析，以检测图像的水平线。

最后，通过检测的水平线实现快速的图像分割。

与传统的水平集分割方法相比，基于HSI空间彩色差的快速水平集分割方法具有若干优点：首先，它可以提高图像分割的准确性，可以帮助更好地提取图像轮廓；其次，它可以有效减少图像分割消耗的时间，更快地实现分割；最后，它可以有效应用于彩色图像，从而更好地提取特征。

因此，基于HSI空间彩色差的快速水平集分割方法是一种有效的图像分割方法，它可以提高图像分割的准确性和效率，有效地处理彩色图像，并减少分割消耗的时间。

另外，在实现该方法时，还可以结合其他图像分割算法，如K-Means聚类算法，以进一步提高图像分割的性能。

一种基于边缘与区域信息的先验水平集图像分割方法

引
图像分割作为图像工程、式识别以及计算机模
义在高维空间中的水平集函数的零水平集来表示平
面中的演化曲线，将参数主动轮廓模型（ａａｔｉＰｒｍｅｒｃＡｃｉｅｏｔｕ，ＡＣ［５中曲线的演化转化为水平ｔｎｏｒＰ）４ｖＣ－３集函数的演化．这种曲线的隐式表示法允许曲线在
先将图像的区域信息融人基于边缘的水平集方法，然后将其与形状先验结合．比实验表明该文方法由于综合考对
虑了多种信息，够更好地完成被遮盖目标的分割，于与背景灰度相近的目标也能达到更好的效果．能对关键词形状先验；平集；水主动轮廓模型；曲线演化；图像分割
第３卷５
第５期
计
算
机
学
报
Ｖｏ．３Ｎｏ１５．５Ｍａ０２ｙ２１
Байду номын сангаас
２１０２年５月
ＣＨＩＮＥＳＪＥＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＴＥＲＳＵ
一
种基于边缘与区域信息的先验水平集图像分割方法
王斌李洁高新波
（西安电子科技大学电子工程学院西安７０７）１０１
｛ｌＩ目
摘
要
传统的水平集图像分割方法仅考虑了图像的数据信息，此对被遮盖的目标以及与背景灰度相近的目标因

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11
❖ 在传统的水平集方法中，初始水平集函数通常取为由初始曲线生成的符号距离函数。
d ((x, y),C)inside (C),
0,onC,
非连续性分割：首先检测局部不连续性，然后将它们连接起来形成边界，这些边界把图像分以不同的区域。这种基于不连续性原理检测出物体边缘的方法称为基于点 (边界)相关的分割技术
两种方法是互补的。有时将它们地结合起来，以求得到更好的分割效果。
5
❖ 分类—连续性与处理策略
连续性：不连续性：边界相似性：区域
❖ 图像分割在很多方面，如医学图像分析、交通监控等，都有着重要的应用。
❖ 意义
分割的结果用于图像分析，如不同形式图像的配准和融合、结构的测量、图像重建及运动跟踪等。
用于系统仿真、效果评估及三维定位等可视化系统中。可在不丢失有用信息的情况下进行数据压缩。分割后的图像与噪声的关系减弱，具有降噪功能，便于
图像分割
❖图像分割定义
按照一定的规则将一幅图像分成各具特性的区域，并提取出感兴趣目标的技术和过程
其它名称：
❖ 目标轮廓技术（object delineation ） ❖ 目标检测（target detection） ❖ 阈值化技术（thresholding）图像处理到图像分析的关键步骤
1
图像分割的应用
3
❖ 地位
图像处理着重强调图像之间进行变换以改善图像的效果图像分析则主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测
量，以获得它们的客观信息从而建立对图像的描述图像理解的重点是在图像分析的基础上，进一步研究图
像中各目标的性质和它们之间的相互关系，并分割：将相似灰度级的像素聚集在一起。形成图像中的不同区域。这种基于相似性原理的方法也称为基于区域相关的分割技术
图像的理解。
2
❖ 形式化定义
令集合R代表整个图像区域，对R的分割可看作将R分成若干个满足以下条件的非空子集（子区域） R1， R2， R3，… Rn:
n
(1) Ri
i 1
(2)对所有的i和j, i j, 有Ri Rj
(3)对i 1,2,...,n, 有P(Ri ) true (4)对i j, 有P(Ri Rj ) false (5)对i 1,2,...,n, Ri是连通的区域
Journal of Computational Physics. 1988,79(1):12-49
[2]M.Kass,A.Witkin,D.Terzopoulos.
“Snakes:active contour models” International Journal of Computer Vision. 1995,17(2):158-174
C
v
V (k)N
t
10
水平集方法
❖ 由 (C(t),t，) 对0 t进行全微分，得而内向法向量 N ，整理得到
gC 0
t t
gV (k)N gV (k) V (k)
t
这就是用水平集进行曲线演化的方程。 ❖ 用水平集方法实现主动轮廓线模型有如下优点：
演化曲线可以随φ的演化自然地改变拓扑结构，可以分裂、合并、形成尖角等。由于φ在演化过程中始终保持为一个完整的函数，因此容易实现近似数值计算。水平集方法可以扩展到高维曲面的演化，简化了三维分割理论和应用的复杂性。
处理策略：早期处理结果是否影响后面的处理并行：不串行：结果被其后的处理利用
四种方法并行边界；串行边界；并行区域；串行区域
6
❖ 问题
不同种类的图像、不同的应用需求所要求提取的区域是不相同的。分割方法也不同，目前没有普遍适用的最优方法。
人的视觉系统对图像分割是相当有效的，但十分复杂，且分割方法原理和模型都未搞清楚。这是一个很值得研究的问题。
[3]Tony F.Chan,Luminita A.Vese. “Active Contours Without Edges”
IEEE Transactions on Image Processing. 2001,10(2):266~276
[4]Li C M, Xu C Y, Gui C F, et al. “ Level Set Evolution Without Re-initialization: A New Variational Formulation”
❖ 研究层次
图像分割算法图像分割算法的评价和比较对分割算法的评价方法和评价准则的系统研究
7
所用到的文献
[1]S.Osher,J.A.Sethian.
“Fronts propagating with curvature-dependent speed:algorithms based on HamiltonJacobi formulations”
Computer Vision and Pattern Recognition. 2005:1,430~436
8
水平集方法
❖ Level Set方法是由Sethian和Osher于1988年提出，最近十几年得到广泛的推广与应用。简单的说来，Level Set方法把低维的一些计算上升到更高一维，把N维的描述看成是N＋1 维的一个水平。举个例子来说，一个二维平面的圆，如 x^2+y^2=1可以看成是二元函数f(x,y)=x^2+y^2的1水平，因此，计算这个圆的变化时就可以先求f(x,y)的变化，再求其 1水平集。
9
水平集方法
❖ 水平集方法将平面闭合曲线隐含的表达为连续函数曲面(x, y,t) 的一个具有相同函数值的同值曲线。通常将目标曲线隐含表示在零水平集函数 {(x, y,t) 中0，} 即t时刻,对应于的零水平集
C( p, 0) {(x, y) | (x, y, 0) 0}, 设用于演化C(的p,平t) 面{(闭x,合y)曲| (线x,为y,tC) (p0,t}).=(x(p,t),y(p,t)),p为任意的参数化变量，t为时间。设曲线的内向法向量为，曲率为k,则曲线沿其法向量方向的演化可以用下面的偏微分N 方程表示：