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《上海交通大学》 2007年
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基于图论的图像分割及其嵌入式应用研究

谭志明  
【摘要】: 图像分割是一种底层的图像处理技术,它根据特定的特征将图像分离为连通的有意义区域,可以广泛应用在图像及视频的高级处理任务中。图像分割技术经过几十年的发展,形成了众多的方法、繁杂的类别和海量的文献,但是与人眼视觉特征相一致的全局分割问题一直得不到解决。在这些方法中,基于图论最小生成树的方法利用区域比较准则和最小生成树算法分割图像,具有获取全局特征的能力,计算速度快,是一种可以作为应用研究的分割方法之一。本文的工作主要基于此算法。为了提高此算法应用的可能性,我们需要更改算法及优化程序,提高其全局分割效果和计算速度。本文在分析基于最小生成树分割算法概念、原理、数据结构和实现方式的基础上,发现其运算瓶颈为边的数目,也就是图中实际计算的节点数目。因此本文利用图像局部特征相似的特性,使用N×N, N=1,2,3大小的自适应像素块映射为单个计算节点,大大降低了实际计算的节点和边的数目,从而降低了核心算法的计算复杂度。 为了适应块结构,本文更改了邻域系统,提出了基本连接和超连接的层次。基本连接保证了相邻区域的邻近性,而超连接提供了区域之间的连续性。这种两层的连接方式提高了算法获取全局特征的能力,获得了既不过分割也不欠分割的效果,接近图像对象的数目,减少了原算法分割区域的数目。另外,为了分析基于最小生成树算法的结构,本文将其分为三个阶段:前处理、核心算法和后处理。原算法大部分的计算负担集中在核心算法上,算法结构极不均衡。因此,本文在保证三个阶段接口不变的基础上,将构造图的过程从核心算法阶段转移到前处理阶段,均衡了计算量,增加了算法并行处理的能力。 图像进行分层分析和表达由来已久,具有在不同分辨率下表现图像内容的优势。金字塔图像分割方法是一种分层的分析方法,其突出优点是可以累积局部特征,从而表现全局特征。金字塔分为规则金字塔和非规则金字塔,后者可以克服前者的刚性特点,与图像内容相适应,成为金字塔图像分割算法的主要实现形式。人们提出了不同的非规则金字塔数据结构和缩减方法,但是大多数比较复杂。本文利用基于最小生成树分割算法计算速度快、结构简单、有效进行区域比较的优势,将其作为缩减核应用到非规则金字塔结构中,形成一种快速有效的块嵌入非规则金字塔分割算法。为了将金字塔高度控制在合理范围内,提高缩减因子,本文在第零层使用块结构加快其收敛速度,并提出了一种快速的邻近区域搜索方法以有效地构造高一层的边。试验结果表明,新的算法具有良好的分割效果和计算速度。 块嵌入非规则金字塔分割算法使用区域的特征平均值代替父节点的特征值,降低了噪声对算法的影响,从而无需额外的去噪方法,消除了原算法的高斯滤波参数。本文使用权重的最大最小差值代替原算法抑制小区域的参数,可以在每层上自动适应图像的特征。另外,在构造块结构的过程中,本文使用图像的标准差作为比较准则,从而无需输入块构造参数。金字塔累积局部特征的本质可以去除合并小区域的步骤,从而消除了最小区域参数。本文的这些工作使块嵌入非规则金字塔分割算法成为一个参数独立的自动分割算法,有利于实际应用。 良好的分割效果与快速计算速度使分割算法进行实时应用成为可能。本文在高清数字电视解码器片上系统平台软硬件工作的基础上,分析了基于MIPS处理器的嵌入式平台在时间和空间上的运算资源优化,尝试将基于最小生成树的图像分割算法进行嵌入式移植。在回顾算法改进的基础上,本文对程序代码进行运行时间和空间上的优化,包括运行时间剖析、缓存优化、调用关系优化和动态内存分析等,以软件IP的形式移植到基于MIPS开发平台Malta板上。分割程序建立在一个嵌入式软件系统上,包括启动程序、Linux操作系统、API和库等,以主机控制目标板的方式运行,通过网络远程读写图像文件。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP391.41

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 门洪;于加学;秦蕾;;基于CA和OTSU的电气设备红外图像分割方法[J];电力自动化设备;2011年09期
2 张俊珍;;图像分割方法综述[J];科技信息;2012年06期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 贺锦鹏;基于图论的彩色纹理图像分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 程伟;基于机器视觉的旋切单板检测系统研究[D];南京林业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李棉;红外图像目标分割方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 田沙沙;基于图论的图像分割算法研究[D];重庆大学;2011年
3 李海燕;基于二次分水岭和归一化割的彩色图像分割技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 王刚;基于分割的医学图像检索技术研究与实现[D];吉林大学;2008年
5 李金枝;基于RWR的图像分割算法研究[D];重庆大学;2010年
6 于佳丽;基于随机游走理论的图像分割方法研究[D];陕西师范大学;2010年
7 王建青;基于图割理论的图像分割方法研究[D];陕西师范大学;2010年
8 王晓飞;基于图割与水平集的图像分割研究[D];陕西师范大学;2010年
9 王薇薇;多源数据融合的建筑物三维模型重建[D];中国地质大学(北京);2012年
10 王倩;自然场景图像分割关键技术研究[D];天津理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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4 闫成新;桑农;张天序;;基于图论的图像分割研究进展[J];计算机工程与应用;2006年05期
5 闫成新,桑农,张天序;基于图划分的图像直方图聚类分割[J];计算机应用;2005年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张彬;袁丛鑫;司璇;金飞;;基于图论的数字图像边缘检测算法[J];中国传媒大学学报(自然科学版);2011年03期
2 艾海明;吴水才;高宏建;赵磊;曾毅;;基于图论的肝肿瘤CT图像自动分割方法[J];北京工业大学学报;2010年04期
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8 杨帆;廖庆敏;;基于图论的图像分割算法的分析与研究[J];电视技术;2006年07期
9 关宇东;韩媞;徐枭宇;杨琳;张晔;翟川莹;;复杂背景下基于分割逼近法的抠像技术研究[J];电视技术;2007年07期
10 江岩;张文俊;赵锟;吴瑞敏;;运用多级对象语义框架的彩色图像分割[J];电视技术;2011年11期
中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 张学习;杨宜民;;对光照变化具有较好鲁棒性的彩色图像混合分割方法研究[A];中国自动化学会中南六省(区)2010年第28届年会·论文集[C];2010年
2 ;Image-based Exploration Obstacle Avoidance for Mobile Robot[A];2009中国控制与决策会议论文集(2)[C];2009年
3 左森;郭晓松;万敬;郭君斌;;Graph Cuts及其在立体匹配中的应用[A];立体图象技术及其应用研讨会论文集[C];2005年
4 聂一鸣;吴涛;安向京;叶磊;;基于学习分类的障碍检测方法[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年
5 卢兴敬;刘秉权;张德园;;基于内容的服装图像检索技术研究[A];第四届全国信息检索与内容安全学术会议论文集(上)[C];2008年
6 连晓峰;窦丽华;陈杰;;基于图割算法的全景图像立体匹配[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年
7 朱欣欣;张大志;田金文;张钧;;一种与图论Normalized Cut方法相结合的双阈值图像分割[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(D 光电信息处理技术专题)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 沈郑燕;声纳图像去噪与分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 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
3 鹿瑞;自然图像的颜色恒常性计算研究[D];北京交通大学;2010年
4 陈仁杰;内容敏感的图像重映射算法研究[D];浙江大学;2010年
5 崔卫红;基于图论的面向对象的高分辨率影像分割方法研究[D];武汉大学;2010年
6 郑庆庆;纹理特征提取及其在图像分割中的应用研究[D];华中科技大学;2011年
7 田彦;基于视频的人体姿势预测与跟踪[D];北京邮电大学;2011年
8 李燕;视觉感知中的闭合轮廓提取方法研究[D];北京交通大学;2011年
9 王斌;图像分割的提升水平集方法[D];西安电子科技大学;2010年
10 侯叶;基于图论的图像分割技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘奎凤;基于图论的图像谱分割技术[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 孔令卫;基于内容的图像皮肤区域特征研究[D];华南理工大学;2010年
3 陈剑辉;内容敏感的图像缩放[D];浙江大学;2011年
4 郝攀;连通区域加权的CVT模型在图像分割中的应用[D];浙江大学;2010年
5 陈乘;基于模式聚类的道路检测方法研究及传输接口的硬件实现[D];浙江大学;2011年
6 黄晓军;二维转三维视频技术研究[D];浙江大学;2011年
7 王银玲;MRI颅脑图像分割算法研究[D];沈阳大学;2010年
8 王晶;基于CT图像的肺实质分割算法研究[D];沈阳大学;2010年
9 洪一帆;三维成像声纳图像后处理技术研究[D];浙江大学;2011年
10 崔希鹏;特定对象的发现与分割方法研究[D];电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李夕海,刘代志,张斌,赵克;序优化在核爆地震特征选择中的应用研究[J];兵工学报;2005年04期
2 付旻;黄祥林;高芸;;文档图像分割技术研究[J];中国传媒大学学报(自然科学版);2006年04期
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4 蔡岷,李来水,张宏建;皮料自动分类中纹理分析方法的研究[J];北京轻工业学院学报;1995年02期
5 卢京晶;方中华;孙胜利;;一种自适应的加权均值滤波器[J];传感技术学报;2005年04期
6 蒙印,李成名,林宗坚,刘召芹;基于无人驾驶飞行器的三维数字城市建筑物建模技术[J];测绘科学;2004年03期
7 曹建农;方丹霞;;基于图论的图像分割方法及其局限性研究[J];测绘技术装备;2006年02期
8 崔丽丽,黄涛;“数字城市”及其关键技术[J];测绘软科学研究;2001年04期
9 徐进军;张民伟;;地面3维激光扫描仪:现状与发展[J];测绘通报;2007年01期
10 程亮;龚健雅;李满春;刘永学;宋小刚;;集成多视航空影像与LiDAR数据重建3维建筑物模型[J];测绘学报;2009年06期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈海燕;图上随机游动的若干问题[D];厦门大学;2004年
2 韩晓微;彩色图像处理关键技术研究[D];东北大学;2005年
3 王年;三维重构中关键算法研究[D];安徽大学;2005年
4 朱胜利;Mean Shift及相关算法在视频跟踪中的研究[D];浙江大学;2006年
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7 刘明辉;基于GMM和SVM的文本无关的说话人确认方法研究[D];中国科学技术大学;2007年
8 张鑫;图像对象的组合式分割方法研究[D];国防科学技术大学;2006年
9 夏勇;基于特征的纹理图像分割技术研究[D];西北工业大学;2006年
10 刘锁兰;基于模糊理论的图像分割区域法研究[D];南京理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 包立;基于照片序列的三维建筑模型制作[D];浙江大学;2010年
2 赵江;随机徘徊与电路的一些关系[D];浙江大学;2003年
3 陶剑锋;基于灰色系统理论的数字图像处理算法研究[D];武汉理工大学;2004年
4 毕英伟;医学超声图像分割新方法的研究[D];大连理工大学;2005年
5 杨佳颖;基于内容的医学图像检索系统[D];吉林大学;2005年
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9 何京芮;图像检索中的统计学习方法研究[D];清华大学;2005年
10 董自信;基于二维小波变换的虹膜识别算法研究[D];电子科技大学;2006年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王阿川;基于变分PDE的单板缺陷图像检测及修补关键技术研究[D];东北林业大学;2011年
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1 王小燕;基于纹理和形状的医学图像检索技术研究[D];河南理工大学;2010年
2 朱蕾;木材表面缺陷图像识别的算法研究[D];南京林业大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 王泽兵,杨朝晖;彩色图像分割技术研究[J];电视技术;2005年04期
2 钱云涛,赵荣椿,谢维信;鲁棒聚类──基于图论和目标函数的方法[J];电子学报;1998年02期
3 叶齐祥,高文,王伟强,黄铁军;一种融合颜色和空间信息的彩色图像分割算法[J];软件学报;2004年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱彦廷;;用遗传算法求最小生成树[J];河池学院学报;2010年02期
2 张炎强;吴晓红;何小海;王正勇;;基于图论Isoperimetric算法的岩心图像分割[J];计算机工程与应用;2009年22期
3 牟涛,陈文斌,沈一帆;一种融合区域生长与图论的图像分割方法[J];计算机工程与应用;2005年19期
4 丁国强;吕治国;;基于Prim算法最小生成树优化的研究[J];甘肃联合大学学报(自然科学版);2009年05期
5 王年;周梅菊;张江;梁栋;;基于最小生成树的LAPLACE谱图像匹配算法[J];系统仿真学报;2009年17期
6 宁爱兵;熊小华;马良;;最小生成树灵敏度分析算法研究[J];小型微型计算机系统;2011年04期
7 闫成新,桑农,张天序;基于图划分的图像直方图聚类分割[J];计算机应用;2005年03期
8 张爱华;;基于遗传算法的图论聚类方法[J];武汉大学学报(理学版);2005年S2期
9 程伟;;基于图论的旋切单板缺陷图像分割方法[J];木材加工机械;2009年06期
10 杨本胜;;基于最短路径的分水岭分割算法的研究[J];电脑知识与技术;2011年13期
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1 胡玲娜;蒋铃鸽;何晨;;基于支持向量机的LSB数字水印盲检测算法[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
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4 周晖;赵珂;王润生;;基于数据属性驱动的高分辨率遥感图像自适应融合分割算法[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
5 韩立强;;基于图像分割技术的汽车发动机缸体表面缺陷检测[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
6 曹永锋;孙洪;徐新;;基于盆地动力学的图像多级阈值化方法[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
7 陈明;;一种指纹图像分割方法[A];全国第16届计算机科学与技术应用(CACIS)学术会议论文集[C];2004年
8 饶洪辉;姬长英;;基于分水岭算法的绿色作物和背景分割[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第三分册[C];2005年
9 闫成新;范波涛;;基于梯度门限的图像过渡区提取与分割[A];中国图学新进展2007——第一届中国图学大会暨第十届华东六省一市工程图学学术年会论文集[C];2007年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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4 本报记者 张九陆;“够用”取代“优化”[N];中国计算机报;2001年
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6 安徽日报社 汪家驷;以思想的解放促环境的优化[N];安徽日报;2002年
7 卢军;“优化行政”何以出现“恶化结果”[N];发展导报;2001年
8 钟明善;《秦汉瓦当图论》序[N];陕西日报;2002年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 谭志明;基于图论的图像分割及其嵌入式应用研究[D];上海交通大学;2007年
2 侯叶;基于图论的图像分割技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
3 张印辉;多尺度马尔可夫随机场图像分割方法研究[D];昆明理工大学;2010年
4 白小晶;基于偏微分方程的图像分割与配准研究[D];南京理工大学;2010年
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6 高浩;粒子群算法及其在图像分割中的应用与研究[D];江南大学;2009年
7 周鲜成;基于微粒群算法的数字图像处理方法研究[D];中南大学;2008年
8 付晓薇;基于量子力学的图像处理方法研究[D];华中科技大学;2010年
9 李旭超;小波变换和马尔可夫随机场在图像降噪与分割中的应用研究[D];浙江大学;2006年
10 侯格贤;遗传算法及其在跟踪系统中的应用研究[D];西安电子科技大学;1998年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙亮;基于图论的文档图像分割应用研究[D];山东师范大学;2009年
2 管慧娟;基于区域的图像分割方法[D];大连理工大学;2006年
3 王丽;图论在算法设计中的应用[D];西安电子科技大学;2010年
4 严灵毓;基于半监督学习的图像分割系统的设计与实现[D];华中科技大学;2010年
5 宋晓峰;基于贝叶斯置信传播的图像分割方法研究[D];西安电子科技大学;2009年
6 葛秘蕾;基于云理论的图像分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 康朝红;基于支持向量机的X线图像分割技术研究[D];河北大学;2009年
8 萧湘;骨髓细胞图像分割方法研究[D];中南林业科技大学;2010年
9 尚金奎;基于粗糙集理论的图像分割方法研究[D];东北大学;2008年
10 冉玉梅;基于最小生成树的图像分割方法研究[D];山东师范大学;2010年
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