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《燕山大学》 2006年
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基于广义模糊集及主动轮廓线模型的图像分割方法研究

李国友  
【摘要】: 图像分割是图像处理中一个基本而关键的环节,图像经过预处理只是得到了原始图像的最佳逼近,在进行特征提取识别之前,进行图像分割必不可少。对图像分割算法的评价主要是分割质量和分割效率,图像分割的准确与否直接影响到后续的图像分析结果,而分割效率则是保证视觉系统能够应用的重要条件。本文在提高图像分割质量和效率方面做了以下几个方面的工作: 基于广义模糊算子(GFO)法的图像边缘检测与其它基于边缘强度依靠导数的边缘检测法明显不同,具有计算量小,检测到的边缘精度高等特点,但是GFO算法中的关键参数需经验、人为确定,影响了该方法的检测效果,限制了其在实际中的推广应用。针对这个问题,本文提出将遗传算法和Otsu法应用于GFO算法的参数确定中,实现了参数的自适应获取。将改进的GFO算法应用到灰度值变化复杂的图像边缘检测中,显著地提高了图像边缘检测效果,使得该方法易于在图像分割中应用。 参数主动轮廓线模型通过定义一个能够反映目标轮廓与灰度等信息的能量函数,引入了高层次处理对低层次轮廓提取的反馈,是近年来图像处理中用于目标轮廓提取的一种主流模型,但是传统参数主动轮廓线模型存在着对初始轮廓要求高,进入凹面域困难及收敛速度慢等缺点。在本文中提出了一种改进的模型,分别改进了模型的能量构造函数和模型的数值迭代方法,提高了参数主动轮廓线模型图像分割的收敛速度和准确性。在很大程度上解决了传统模型搜索区域小,进入凹面域困难及收敛速度慢等问题。 几何主动轮廓线模型克服了参数化模型拓扑结构不容易变化的缺陷,解决了参数主动轮廓线模型难以解决的问题,特别是水平集方法(Level Set Method)极大地推动几何主动轮廓线模型的发展,使得近年来对几何主动轮廓线模型逐渐成为研究热点。然而水平集方法存在着需要对整个图像定义域中所有点的水平集函数值进行更新,计算复杂、耗时等问题。本文在详细分析水平集方法的基础上,提出了将微粒群搜索算法、样条插值及水平集窄带法相结合的具体解决方案,降低计算量,同时避免了噪声影响,提高了分割效果。 基于简化Mumford-Shah图像分割模型的C-V方法同时适用于梯度有意义和无意义的轮廓检测,很好地解决了轮廓线位于弱边缘的情况,防止了“冒顶”现象的发生,但是由于其每次迭代过程都需要对所有图像数据进行计算,因而很费时,同时,该方法不能直接使用窄带法。为此,本文提出了具体的解决方案,使得窄带法能够和简化Mumford-Shah模型的C-V方法进行有效的结合,可极大地减少计算量,提高分割效率。另外,本文还对C-V方法进行了改进,提出了减少迭代计算量算法及相应的迭代终止准则,一定程度上解决了C-V方法计算量大的问题。 为了验证本文所提算法的有效性和促进理论到实际的应用,设计了以MOTOMAN-UP6机器人为实验平台的机器人视觉跟踪系统。在机器人视觉跟踪系统的设计、实现中不仅对计算机视觉领域中不可回避的目标图像识别技术进行了讨论,提出了基于Hough变换的RBF神经网络和不变矩特征的识别方法,而且给出了跟踪预测的详细算法。通过在此机器人上进行的视觉跟踪实验,验证了本文所提的图像分割算法的有效性,证明了课题所设计的视觉跟踪系统软件的正确性、有效性。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TP391.41

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 王雷;叶秀芬;王天;;模糊聚类的侧扫声纳图像分割算法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2012年09期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 林颖;基于水平集方法的图像分割关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 孙正;基于图像的焊接缺陷提取与识别方法研究[D];中国矿业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 欧阳俊;成像面目标跟踪技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 彭宇,彭喜元,刘兆庆;微粒群算法参数效能的统计分析[J];电子学报;2004年02期
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9 郭海涛,王连玉,田坦,张春田,孙鹤泉;利用二维属性直方图的Otsu自动阈值分割方法[J];光电子·激光;2005年06期
10 夏利民,谷士文,罗大庸,樊晓平;基于活动轮廓的机器人视觉伺服控制[J];国防科技大学学报;2000年01期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 张根耀;基于动态图像分析的巡航导弹跟踪软件与算法研究[D];西北大学;2003年
2 杨延西;基于图像的智能机器人视觉伺服系统[D];西安理工大学;2003年
3 杨莉;图像特征检测与运动目标分割算法的研究和实现[D];西安电子科技大学;2004年
4 周则明;可形变模型分析及在心脏核磁共振图像处理中的应用研究[D];南京理工大学;2004年
5 王洪元;图像动态分析中的若干智能化方法研究[D];南京理工大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 程一斌,汪松,任彬;利用弹簧模型提取物体轮廓[J];安徽大学学报(自然科学版);2001年02期
2 张坤,罗立民,舒华忠,杨芳;基于Level Set方法的Visible Human Being虚拟人图像处理[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年04期
3 陈兴杰;柴晓冬;;一种基于简化PCNN的红外图像分割方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年01期
4 张崚,路威;基于小波尺度共生矩阵的分割算法在地物提取中的应用[J];安徽工程科技学院学报;2002年02期
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6 叶明全,伍长荣;基于RBF神经网络的冠心病识别模型[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2005年01期
7 伍长荣;叶明全;胡学钢;;基于PCA的RBF神经网络预测方法研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2007年01期
8 张雪飞;;基于GVF模型的蔬果图像快速分割方法[J];安徽农业科学;2010年05期
9 孙鑫;常建民;;边界追踪法在针叶材细胞轮廓提取中的应用研究[J];安徽农业科学;2010年16期
10 欧阳鑫玉,赵楠楠,宋蕾,谢元旦;图像分割技术的发展[J];鞍山钢铁学院学报;2002年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谭守标;霍剑青;郝建;王晓蒲;赵永飞;谢行恕;;高分辨率软X射线显微成像下细胞的自动提取?[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
2 刘羿彤;付梦印;高宏斌;;一种改进的PSO算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 苗广祥;牛玉广;陈向阳;张海萍;;基于微粒群优化算法模型的改进策略的研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 李国友;;基于图像引力和优化贪婪算法的新型Snake模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 闫茂德;伯绍波;李雪;贺昱曜;;一种自适应模糊的局部区域图像增强算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 李曙光;;粒子群算法在高速公路多路径费用拆分方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 ;A Hardware-Accelerated Segmentation Algorithm for Moving Object Generation[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 周佳男;;一种拓扑纹理图像的相位场模型分割算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 范业坤;梁新荣;;基于粒子群优化的高速公路匝道PI控制器[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 丛亮;胡成全;郭宗鹏;姜宇;沙丽华;;基于模拟退火思想的基本粒子群算法改进[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 林颖;基于水平集方法的图像分割关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 毛宇峰;水下机器人系统体系结构及避障控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 乔小燕;基于生物形态学的赤潮藻显微图像分割与特征提取研究[D];中国海洋大学;2010年
5 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
6 韩守东;纹理建模与图切分优化方法研究[D];华中科技大学;2010年
7 莫堃;基于隐式函数的曲面重构方法及其应用[D];华中科技大学;2010年
8 涂虬;智能视觉监视中目标检测与跟踪算法研究[D];华中科技大学;2010年
9 徐萧萧;基于特征学习与特征联想的视觉跟踪算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
10 王义文;钢球表面缺陷检测关键技术研究及样机研制[D];哈尔滨理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 沈昊;基于DSP图像处理的鸡蛋新鲜度实时无损检测研究[D];华中农业大学;2010年
2 孙涛;基于DR骨密度分析系统的研究[D];南京医科大学;2010年
3 余亮;基于DSP的注射器针头合格检测方法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 廖甜甜;白细胞图像语义识别分类的研究[D];南昌航空大学;2010年
5 田冰;基于SOM网的多目标图像轮廓提取技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
6 赵永刚;图像检索中形状描述和匹配算法研究[D];南昌航空大学;2010年
7 魏巍;医学超声图像的三维重建技术研究[D];山东科技大学;2010年
8 齐晓飞;基于路径识别的机器人视觉导航技术的研究[D];长春理工大学;2010年
9 孙琛琛;大幅面丝网疵点的图像识别算法研究[D];浙江理工大学;2010年
10 王捷;数字图像边缘检测方法的若干改进与应用研究[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘晨晨,桑恩方;基于数学形态学的水声图像处理[J];吉林大学学报(信息科学版);2003年S1期
2 董凯宁;胡蓉;;基于水平集及主动轮廓线模型的图像分割研究[J];成都电子机械高等专科学校学报;2008年01期
3 李岚,邓峰,彭海良;合成孔径雷达图像的恒虚警率目标检测[J];测试技术学报;2002年01期
4 杨桄;张柏;王宗明;刘岩鹤;;基于阴影搜索法的飞机目标遥感图像分割研究[J];地理与地理信息科学;2006年01期
5 张秀英;冯学智;刘伟;;基于多分类器结合的IKONOS影像城市植被类型识别[J];东南大学学报(自然科学版);2007年03期
6 周彦博,张志广;可变形物体的轮廓的提取[J];电子学报;1998年07期
7 安平,张兆扬,马然;应用分层MRF/GRF模型的立体图像视差估计及分割[J];电子学报;2003年04期
8 汪西莉,刘芳,焦李成;基于不完全分层MRF的非监督图象分割[J];电子学报;2004年07期
9 胡正平;张晔;;基于SVM能量模型的改进主动轮廓图像分割算法研究[J];电子学报;2006年05期
10 郑罡;王惠南;李远禄;;基于Chan-Vese模型的树形结构多相水平集图像分割算法[J];电子学报;2006年08期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 林克正;基于小波分析的焊缝图象处理与识别的研究[D];哈尔滨工程大学;2001年
2 杨健;线性投影分析的理论与算法及其在特征抽取中的应用研究[D];南京理工大学;2002年
3 林亚忠;基于Gibbs随机场模型的医学图像分割新算法研究[D];第一军医大学;2004年
4 王洪元;图像动态分析中的若干智能化方法研究[D];南京理工大学;2004年
5 葛宏立;面向类的图像分割方法研究[D];北京林业大学;2004年
6 贾迪野;基于偏微分方程的图像平滑与分割研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
7 余秋星;水下目标识别的相关技术研究[D];西北工业大学;2004年
8 付信际;合成孔径雷达图像分类与目标检测技术研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2005年
9 曹建农;基于可分解马尔科夫网的图像分割方法研究[D];武汉大学;2005年
10 唐发明;基于统计学习理论的支持向量机算法研究[D];华中科技大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 章万锋;基于PCA与LDA的说话人识别研究[D];浙江大学;2004年
2 王彪;声纳图像的处理及目标识别技术研究[D];西北师范大学;2005年
3 王震;主动轮廓模型在人脸人耳检测方面的应用[D];哈尔滨工业大学;2006年
4 陈金男;基于水平集方法的图像分割研究[D];燕山大学;2007年
5 马梅真;水下目标识别技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
6 董世晓;基于Vese-Chan多相水平集方法的医学图像分割[D];青岛大学;2007年
7 刘锦峰;图像模板匹配快速算法研究[D];中南大学;2007年
8 车娜;基于局部模糊聚类的脑组织核磁共振图像分割方法[D];东北师范大学;2008年
9 金东晖;基于水平集的股骨头核磁共振图片分割方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 潘晓雯;人体运动捕捉数据的检索[D];大连理工大学;2009年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 汪传忠;李文辉;武海燕;;水平集在盐水白带细胞显微图像分割中的应用[J];测试技术学报;2012年05期
2 杨欣欣;黄少滨;;基于可能性C-均值的鲁棒多视角聚类算法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2014年03期
3 黄谊;程耀瑜;任毅;;基于X射线焊缝图像缺陷特征提取的研究[J];电子测试;2012年07期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 方江雄;基于变分水平集的图像分割方法研究[D];上海交通大学;2012年
2 李传龙;基于水平集和模糊聚类方法的图像分割技术研究[D];大连海事大学;2012年
3 于纯妍;基于偏微分方程的生物信息图像处理方法研究[D];大连海事大学;2012年
4 王雷;侧扫声纳图像分割算法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 李晨光;管道焊缝无损检测的综合方法结合及图像处理[D];中国石油大学;2011年
2 曹贺;车轴探伤系统缺陷判伤算法研究[D];西南交通大学;2012年
3 朱燕平;基于活动感兴趣区域的脑组织自动提取方法[D];南昌航空大学;2012年
4 刘玮;脑MRI图像分割方法的研究与实现[D];华南理工大学;2012年
5 武正彬;焊缝射线检测缺陷图像的计算机提取与自动识别研究[D];兰州理工大学;2013年
6 刘辰龙;基于遗传算法的水声图像分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
7 徐莹;焊缝图像缺陷无损检测系统研究[D];西安工业大学;2014年
8 邱金红;图像读数技术及应用研究[D];广东工业大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨东凯,吴今培,张其善;智能交通系统及其信息化模型[J];北京航空航天大学学报;2000年03期
2 邱力为,宋子善,沈为群;直线参数检测的快速哈夫变换[J];北京航空航天大学学报;2003年08期
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4 高鑫,刘来福;基于水平集曲率的图像滤噪与增强[J];北京师范大学学报(自然科学版);2001年01期
5 李迎春,陈贺新,杨建波,林林;基于矩不变的飞机识别算法[J];吉林大学学报(信息科学版);2002年03期
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李培华,张田文;一种新的B样条主动轮廓线模型[J];计算机学报;2002年12期
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3 王蓓,张立明;基于推广的长程外力场的库仑Snake算法应用于MR心室图像的分割[J];复旦学报(自然科学版);2004年01期
4 何乔;李二森;罗继文;张华;;基于主动轮廓线模型的配准方法[J];海洋测绘;2007年04期
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6 马波,张田文,李培华;基于HMM的卡尔曼蛇跟踪[J];计算机辅助设计与图形学学报;2003年10期
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8 李惠光;李国友;石磊;吴惕华;;基于Fuzzy的隐马尔可夫模型主动轮廓线模型[J];测试技术学报;2006年02期
9 张明杰;李翠华;刘明业;;基于主动轮廓线模型的海面运动目标跟踪[J];计算机工程;2006年06期
10 冯知凡;方康玲;张裕;熊志明;苏志祁;;基于主动轮廓线模型的棒材自动计数方法的实现[J];机械与电子;2009年11期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 陈会勇;陈宗海;;主动轮廓线模型的算法综述[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
2 李国友;;基于图像引力和优化贪婪算法的新型Snake模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 胡帆;廖斌;薛巧平;;基于轮廓的形状特征提取方法[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
4 赵建;刘伟宁;;基于主动轮廓模型的海天线检测算法[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 张宁;心脏磁共振图像左心室分割算法研究[D];南方医科大学;2009年
2 李国友;基于广义模糊集及主动轮廓线模型的图像分割方法研究[D];燕山大学;2006年
3 曾鹏鑫;动态场景下多运动目标检测及跟踪方法研究[D];东北大学;2005年
4 李灿飞;基于偏微分方程的医学图像增强与分割方法研究[D];湖南大学;2012年
5 马力;基于整体优先性的遥感影像道路信息提取研究[D];武汉大学;2011年
6 尚岩峰;基于主动轮廓模型的医学图像中目标提取研究[D];上海交通大学;2010年
7 朱景福;基于小波收缩与各向异性扩散及其等价性的图像去噪与分割[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王超;基于物理的可变形模型在医学图像分割中的应用[D];浙江大学;2006年
2 金婷婷(Khin Thuzar Myint);应用主动轮廓模型的视频船舶监控系统运动目标跟踪[D];上海海事大学;2007年
3 王奇;基于Snake模型的肺结节图像处理[D];苏州大学;2013年
4 魏青;智能监控系统物品安全检测关键技术研究和实现[D];西安电子科技大学;2010年
5 梁君婷;医学图像分割与配准技术研究[D];中北大学;2011年
6 王振侠;实时视频监控系统中运动目标检测与异常行为识别[D];西安电子科技大学;2009年
7 国凯;CT影像中主动脉血管钙化的分割与重建[D];青岛大学;2013年
8 侯志鹏;基于双snake模型的人体头骨厚度测量的研究[D];天津科技大学;2011年
9 黄斌;分布匹配蛇模型中的距离学习问题研究[D];北京理工大学;2010年
10 郭晓洁;基于非参数模型的图像分割方法研究[D];云南大学;2010年
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