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《中南大学》 2008年
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基于微粒群算法的数字图像处理方法研究

周鲜成  
【摘要】: 随着数字图像处理技术在军事、医学、遥感、工业生产等领域越来越广泛的应用,图像信息呈现出复杂性和多样性特征,普遍存在着图像信息处理的不完整性、不确定性以及建模困难等问题。因此,智能优化算法在图像处理领域得到了广泛应用,并在某些方面取得了比传统方法更好的效果。近年来,将微粒群算法应用于图像处理领域的研究已取得一定成绩,但在图像分割、图像增强和图像复原等方面仍存在值得进一步深入研究探讨的问题。 本文在研究微粒群算法基本理论的基础上,提出了微粒群算法的改进形式,并将微粒群算法和模糊理论、模拟退火算法结合应用于图像处理领域,研究基于微粒群算法的图像模糊阈值分割、图像聚类分割、图像增强和图像复原方法。主要研究工作包括以下几个方面。 1.研究了基于微粒群算法的多峰函数寻优问题,提出一种基于峰谷函数的小生镜微粒群算法。算法通过峰谷函数判断小生境子微粒群的生成和合并,产生新的小生境微粒群。该算法克服了初始化参数选取依赖于求解问题先验知识、算法收敛速度慢等缺陷,提高了小生境微粒群算法的多峰函数寻优能力,避免了计算资源的浪费,使算法的寻优效率和收敛速度均有明显改善。 2.提出了基于微粒群算法的最大模糊熵阈值分割算法。该算法利用微粒群算法的全局优化能力,依据最大模糊熵原理,搜索模糊参数的最优组合,自适应地确定分割阈值,能应用于单目标、多目标以及信噪比较低图像的分割,具有较强的适应性和较好的图像分割效果,并能大大降低计算的复杂度。 3.提出了基于微粒群算法的图像模糊聚类分割算法。根据不同的应用对象,对传统FCM算法的目标函数进行修改,设计了不同的适应度函数,利用捕食者-食饵微粒群算法寻找最优聚类中心,能应用于普通图像、噪声污染图像和彩色图像的分割。提出的算法能克服模糊C均值聚类算法对初始聚类中心敏感易陷入局部最优的不足,提高FCM算法的计算速度。特别是当应用于噪声图像分割时,提出的算法由于既考虑了图像所具有的模糊性,又利用了图像的空间信息,对噪声不敏感,具有抗噪性能好、鲁棒性强等特点。 4.提出了基于微粒群算法的图像增强算法。该算法利用Tubbs提出的规则化Beta函数拟合对比度变换曲线,自动寻找Beta函数的最优参数,实现灰度图像对比度的自适应变换;针对彩色图像滤波,通过自适应地获得滤波器窗口的最优权值,体现滤波器窗口内像素之间的空间距离对滤波效果的影响,实现彩色图像脉冲噪声的自适应滤波,其性能明显优于现有的彩色图像滤波方法。 5.提出了基于微粒群和模拟退火算法的图像复原算法。该算法利用微粒群算法的快速搜索能力和模拟退火算法良好的全局收敛性能寻找最佳复原图像,克服了传统的图像复原方法存在较多约束条件、依赖先验知识、计算求解复杂和对噪声十分敏感等不足,能应用于不同类型退化图像的复原,并能有效地解决经典维纳滤波算法噪信功率比难以确定的问题。 最后,对论文进行了总结,并提出了一些有待于今后进一步研究的问题。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP391.41

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 马彩虹;戴芹;刘士彬;;一种融合PSO和Isodata的遥感图像分割新方法[J];武汉大学学报(信息科学版);2012年01期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 谭枫;介入式文化算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 吴德烽;计算智能在三维表面扫描机器人系统中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
3 朱莉;短毫米波近程主被动阵列探测及成像技术研究[D];南京理工大学;2010年
4 孙越泓;基于粒子群优化算法的图像分割研究[D];南京理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 武翠霞;基于粒子群的图像分割算法及其应用[D];河北工业大学;2011年
2 于明远;基于反锐化掩模CR影像增强方法研究[D];长春理工大学;2012年
3 倪秀敏;基于Graph Cuts和粒子群模糊聚类的图像分割研究[D];华南理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吕振肃,侯志荣;自适应变异的粒子群优化算法[J];电子学报;2004年03期
2 余锦华;汪源源;施心陵;;基于空间邻域信息的二维模糊聚类图像分割[J];光电工程;2007年04期
3 彭华;许录平;;用于彩色图像分割的改进遗传FCM算法[J];光电工程;2007年07期
4 陶文兵,田金文,柳健,娄越;基于遗传算法和模糊熵的前视红外图像分割[J];红外与毫米波学报;2003年06期
5 陈允杰;张建伟;韦志辉;夏德深;王平安;;基于高斯混合模型的活动轮廓模型脑MRI分割[J];计算机研究与发展;2007年09期
6 丁震,胡钟山,杨静宇,唐振民,邬永革;一种基于模糊聚类的图象分割方法[J];计算机研究与发展;1997年07期
7 高鹰,谢胜利;免疫粒子群优化算法[J];计算机工程与应用;2004年06期
8 王丽芳;曾建潮;;以模拟退火算法为收敛判据的混合微粒群算法[J];计算机工程与科学;2006年05期
9 周激流,吕航;一种基于新型遗传算法的图像自适应增强算法的研究[J];计算机学报;2001年09期
10 周鲜成;申群太;;基于微粒群和最大模糊熵的图像分割[J];计算机仿真;2008年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何广杰;;克隆选择算法及其在路基工程中的应用[J];四川建筑科学研究;2009年01期
2 焦俊;陈无畏;李绍稳;王继先;;基于改进PSO的智能车辆转向自适应PID控制[J];安徽大学学报(自然科学版);2008年06期
3 赵淑晶;夏冬雪;结硕;;基于模糊Tsallis熵和混沌蛙跳算法的快速红外目标分割[J];安徽农业科学;2012年07期
4 刘开云;刘保国;徐冲;;基于PSO-BP算法的隧道非线性位移分析模型[J];地下空间与工程学报;2009年02期
5 王亮;胡静涛;;基于神经网络的CMP过程智能R2R预测控制[J];半导体技术;2012年04期
6 王亮;胡静涛;;基于LS-SVM的光刻过程R2R预测控制方法[J];半导体技术;2012年06期
7 谭乐祖;任东彦;温巧林;;基于杂交粒子群算法的弹炮混编防空群火力优化模型[J];兵工自动化;2010年02期
8 丁铸;马大为;于存贵;张学锋;;基于禁忌搜索与微粒群优化算法的混合优化策略算法在目标分配问题上的应用[J];兵工学报;2007年09期
9 郭臻;陈远知;;图像阈值分割算法研究[J];中国传媒大学学报(自然科学版);2008年02期
10 董跃;田雨波;;基于PSO-BP算法的微带天线谐振频率神经网络建模[J];中国传媒大学学报(自然科学版);2009年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 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
2 洪露;穆志纯;;一种新的克隆混沌调节算法的研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 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
4 崔志华;蔡星娟;曾建潮;孙国基;;基于预测速度的改进微粒群算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 杨光友;张道德;;基于PSO和L-M优化方法的奇偶问题学习算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 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
7 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
8 常俊林;梁君燕;魏巍;;解决流水车间双目标调度问题的免疫粒子群算法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
9 袁少强;徐发洋;;基于CPSO的有限反馈增益系统设计[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
10 洪露;;一种改进克隆选择算法的收敛速度方法研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张杏莉;几何约束求解关键问题研究[D];山东科技大学;2010年
2 谭枫;介入式文化算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 吴德烽;计算智能在三维表面扫描机器人系统中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
7 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
8 曲建华;基于群体智能的聚类分析[D];山东师范大学;2010年
9 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
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘奇;基于混合粒子群算法的ZnO镀膜光纤传感器的参数优化[D];南昌航空大学;2010年
2 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
3 肖小城;粒子群算法求解作业车间调度问题的研究[D];郑州大学;2010年
4 赵乐乐;在役桥梁结构健康诊断与寿命预测技术研究[D];郑州大学;2010年
5 杨书显;基于PSO算法的氧乐果合成过程建模与控制研究[D];郑州大学;2010年
6 邱晶晶;多功能导盲装置的若干问题研究[D];郑州大学;2010年
7 姜婵娟;遥控式水下机器人PID运动控制算法优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 杨立标;基于混合优化策略的粒子群算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 沈力华;基于智能优化算法的案例推理方法研究[D];大连理工大学;2010年
10 刘平刚;超大图像分割技术及在医学图像中应用研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李伟;国外反恐科技现状及趋势研究[J];中国安防产品信息;2005年03期
2 吴玲艳,沈庭芝,方子文,王飞;基于直方图熵和遗传算法的图像分割法[J];兵工学报;1999年03期
3 涂建平,彭应宁;飞机目标红外图像序列双阈值分割方法[J];兵工学报;2004年01期
4 肖泽龙;许建中;彭树生;牟善祥;;弹载双通道毫米波辐射计研究[J];兵工学报;2007年08期
5 王本庆;李兴国;;近程毫米波合成孔径辐射计成像系统分析[J];兵工学报;2009年03期
6 侯光明,王健,郭巧,闫绪娴;全国降雨率累积分布R_1(0.01)的研究[J];北京理工大学学报;2002年02期
7 王锋;黎胜;赵德有;;采用双互易边界元法进行三维声场特征值分析的近似函数研究[J];船舶力学;2009年01期
8 肖小玲;张翔;王昌臻;;基于非线性反锐化掩模的成像测井图像增强[J];长江大学学报(自然科学版)理工卷;2008年04期
9 章屹,陆明泉,李国栋,冯振明,尹旭明;伪码测距中精确估计测距误差的一种解决方案[J];电讯技术;2005年01期
10 石星;;毫米波雷达的应用和发展[J];电讯技术;2006年01期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 范九伦;模糊聚类新算法与聚类有效性问题研究[D];西安电子科技大学;1998年
2 李卫国;逆向工程中的曲面重构技术研究及基于Web的应用系统开发[D];南京航空航天大学;2001年
3 杨词银;基于人眼视觉特性的数字X线医学图像增强方法的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
4 单东日;反求工程CAD建模中点云数据区域分割及特征约束重构技术研究[D];浙江大学;2003年
5 刘静;协同进化算法及其应用研究[D];西安电子科技大学;2004年
6 李应乐;电磁波在雨介质中的传输特性及其中椭球类目标的散射特性研究[D];西安电子科技大学;2005年
7 王东署;工业机器人标定技术研究[D];东北大学;2006年
8 张明慧;数字CR医学图像自适应增强方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
9 王彦臣;基于多尺度数字X光图像增强方法的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
10 慈瑞梅;基于CMM测量数据的曲面重构关键技术研究与实现[D];南京理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘春燕;图像分割评价方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 陈树民;基于快速原型制造的逆向工程数据处理关键技术的研究[D];辽宁工程技术大学;2002年
3 谭昌柏;结构件反求建模中的数据处理技术[D];南京航空航天大学;2003年
4 任朴林;基于散乱数据的截面线生成及模型重构技术研究[D];南京航空航天大学;2003年
5 冯衍秋;基于Gibbs随机场理论的脑部MR图像分割新算法研究[D];中国人民解放军第一军医大学;2003年
6 赵宏庆;逆向工程中关于散乱点曲面重构问题的研究[D];西北工业大学;2003年
7 何锦平;基于小波多分辨分析的图像增强及其应用研究[D];西北工业大学;2003年
8 许晓兰;逆向工程中的NURBS曲面重构研究[D];南京理工大学;2003年
9 戴静;逆向工程数据处理关键技术研究[D];南京理工大学;2003年
10 魏华;逆向工程曲面重构技术研究[D];西北工业大学;2002年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 孙越泓;魏建香;夏德深;;基于互信息与类距离测度最优的图像聚类[J];计算机工程与应用;2011年34期
2 赵越;李晶皎;徐鑫;陈超;白鑫;;基于自适应CPSO算法的二维模糊熵图像阈值分割[J];计算机科学;2013年05期
3 杨锋;柴毅;;基于改进谱聚类与粒子群优化的图像分割算法[J];微电子学与计算机;2013年07期
4 付梦印;靳璐;王美玲;杨毅;;一种改进的PSO-MBCV算法的车底阴影分割[J];系统工程与电子技术;2014年07期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 汪洋;基于视觉测量的铁路列车钩舌检测流水线关键技术研究[D];大连海事大学;2011年
2 李鹏;加工中心在机复合式检测系统的关键技术研究[D];大连海事大学;2012年
3 杨勇;基于多尺度结构张量的无监督彩色纹理图像分割方法研究[D];华中科技大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪丽娜;文化智能优化算法及其在约束优化问题中的应用研究[D];华东理工大学;2012年
2 蔡威;模糊聚类算法在数据挖掘中的应用研究[D];兰州交通大学;2012年
3 张秋菊;基于文化算法的图像分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
4 朱子先;基于高光谱遥感影像的扎龙湿地植被分类研究[D];哈尔滨师范大学;2012年
5 张亚坤;多目标三层文化智能优化算法及其在德士古气化炉操作优化中的应用[D];华东理工大学;2013年
6 周丽娟;毫米波主被动阵列探测系统信号处理算法[D];南京理工大学;2013年
7 向腾勇;泡沫宽频干扰技术对坦克防护仿真模拟研究[D];南京理工大学;2012年
8 白旭;红外图像预处理与空中目标自动识别方法研究[D];国防科学技术大学;2012年
9 孙研;基于智能优化算法的多阈值图像分割技术及其并行加速[D];南京理工大学;2014年
10 周游;毫米波主被动复合探测系统信号处理研究[D];南京理工大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 丁震,胡钟山,杨静宇,唐振民;FCM算法用于灰度图象分割的研究[J];电子学报;1997年05期
2 高新波,裴继红,谢维信;模糊c-均值聚类算法中加权指数m的研究[J];电子学报;2000年04期
3 王磊,潘进,焦李成;免疫算法[J];电子学报;2000年07期
4 刘健庄,谢维信,黄建军,李文化;聚类分析的遗传算法方法[J];电子学报;1995年11期
5 金立左,袁晓辉,赵一凡,夏良正;二维模糊划分最大熵图像分割算法[J];电子与信息学报;2002年08期
6 陈虎,王守尊,周朝辉;基于数学形态学的图像边缘检测方法研究[J];工程图学学报;2004年02期
7 谈新权,金顺哲,陈筱倩;消除图像脉冲噪声的模糊结合滤波器[J];光电工程;2004年08期
8 杜峰,施文康,邓勇,朱振幅;红外序列图像的支持向量机分割方法[J];光电工程;2005年03期
9 郑毅;刘上乾;;基于最大模糊熵和遗传算法的图像分割[J];光学技术;2006年04期
10 马慧民;叶春明;张爽;;二进制改进粒子群算法在背包问题中的应用[J];上海理工大学学报;2006年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曾建潮;王丽芳;;一种广义微粒群算法模型[J];模式识别与人工智能;2005年06期
2 熊鹰;周树民;祁辉;;一种新型的求解约束优化问题的微粒群算法[J];广东广播电视大学学报;2006年03期
3 曾祥光;张玲玲;;基于微粒群算法优化PID参数研究[J];机械设计与制造;2007年04期
4 王元元;曾建潮;谭瑛;;基于BSP并行计算模型的并行微粒群算法[J];计算机应用与软件;2008年08期
5 李波;张流洋;张黎明;;微粒群算法思想下蚁群算法的改进及在CTSP中的仿真实现[J];平顶山学院学报;2010年02期
6 彭喜元,彭宇,戴毓丰;群智能理论及应用[J];电子学报;2003年S1期
7 张更新,赵辉,王红君,苏君临;基于动态参数的微粒群算法(PSO)的研究[J];天津理工大学学报;2005年04期
8 张晓清,张建科,方敏;多峰搜索的动态微粒群算法[J];计算机应用;2005年11期
9 马铭;周春光;张利彪;马捷;;一种优化模糊神经网络的多目标微粒群算法[J];计算机研究与发展;2006年12期
10 姚坤;李菲菲;刘希玉;;一种基于PSO和GA的混合算法[J];计算机工程与应用;2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔志华;蔡星娟;曾建潮;孙国基;;基于预测速度的改进微粒群算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 蔡星娟;崔志华;曾建潮;谭瑛;;自适应PID控制微粒群算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 王珩;张景瑞;;基于微粒群算法的航天器大角度姿态快速机动控制器参数优化设计[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
4 张昕;彭宏;郑启伦;;基于微粒群算法的聚类分析[A];2006年全国开放式分布与并行计算学术会议论文集(一)[C];2006年
5 王元元;曾建潮;谭瑛;;基于并行计算模型的并行微粒群算法的性能分析[A];2007年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(上册)[C];2007年
6 宋佳栋;赵庆祯;刘衍民;;农产品风险控制的一种决策方法[A];海峡两岸农业学术研讨论文集[C];2010年
7 裴振奎;刘健;华夏;;求解随机车辆路径规划问题的混合微粒群算法[A];2008通信理论与技术新进展——第十三届全国青年通信学术会议论文集(上)[C];2008年
8 卢志刚;李伟;冀尔康;吴士昌;;微粒群算法优化设计自适应滤波器[A];第七届青年学术会议论文集[C];2005年
9 王海稳;张井岗;戴跃伟;曲俊海;;基于微粒群算法的PI/PD型二自由度PID控制器的优化设计[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第一分册)[C];2009年
10 马铭;孟庆锴;张利彪;;基于模糊系统优化的软测量建模[A];中国运筹学会模糊信息与模糊工程分会第五届学术年会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 袁代林;改进的微粒群算法及其在结构拓扑优化中的应用[D];西南交通大学;2009年
2 崔志华;微粒群算法的性能分析与优化[D];西安交通大学;2008年
3 仇晨晔;多目标微粒群算法研究及其在交通事故分析中的应用[D];北京邮电大学;2013年
4 莫思敏;基于群体交互自组织种群结构的扩展微粒群算法研究[D];兰州理工大学;2012年
5 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
6 薛明志;进化计算与小波分析若干问题研究[D];西安电子科技大学;2004年
7 刘晓东;高温微粒红外辐射特性测量技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
8 李剑;微粒群算法及其在物流系统中的应用研究[D];华中科技大学;2008年
9 王俊年;微粒群算法及其在锌电解整流供电系统优化中的应用研究[D];中南大学;2006年
10 宋存利;生产调度问题及其智能优化算法研究[D];大连理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吕洪光;基于微粒群算法的装配序列规划方法及其应用研究[D];电子科技大学;2010年
2 朱家静;基于遗传微粒群算法的组卷策略应用研究[D];大连海事大学;2011年
3 魏欣;基于智能优化技术的创新概念设计研究与应用[D];山东师范大学;2010年
4 王晓敏;基于微粒群算法的关联规则挖掘方法及应用[D];山东师范大学;2010年
5 陈红洲;群体智能若干算法研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
6 戴芬;基于量子计算技术的智能算法的研究与应用[D];山东师范大学;2010年
7 刘丁峰;基于改进微粒群算法的图像复原方法研究[D];中南民族大学;2010年
8 林令娟;模拟退火微粒群混合算法的研究及应用[D];山东师范大学;2010年
9 李凯;基于微粒群优化算法的结构系统识别[D];同济大学;2008年
10 王俊艳;微粒群算法在分类问题中的应用研究[D];太原科技大学;2008年
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