基于细胞神经网络的图像分割算法研究

【摘要】： 细胞神经网络(CNN)是由许多细胞单元通过局部连接组成的,其中每个细胞可由线性和非线性电路构成,可用VLSI实现,进行大规模的并行计算,因此它可应用于解决图像处理任务,尤其是可应用于解决传统方法还不能很好地解决的任务,比如:计算复杂性比较大的动态轮廓线目标分割任务。CNN应用主要取决于模板设计,它决定了网络的动态性能。本文主要研究的是CNN模板的设计及其在图像分割中的应用。主要针对图像的梯度、边缘检测、动态轮廓的图像分割进行CNN的模板设计,利用离散细胞神经网络来实现GVF场,达到图像分割的目的。 本文主要工作包括: 1.回顾了细胞神经网络的基本概念、背景、发展现状及硬件实现;阐述了图像分割的目的、研究意义、常用技术及本课题研究的意义。 2.分析了细胞神经网络的动态范围和稳定性,指出CNN的稳定性与其反馈模板的中心元素有密切的关系,并阐述了图像处理中CNN输入与输出的量化方法及其图像处理的基本思想。 3.探讨了CNN模板设计的学习方法和代数构造法。在基于梯度的学习方法中,推导出CNN用于图像处理的模板设计的学习规则,并给出相应的训练算法及仿真结果,证实了该方法的可行性;在代数构造法中,对细胞神经网络用于边缘提取的模板进行详细的研究,参照通用的模板,根据一系列条件,推导出细胞神经网络用于边缘提取的模板取值范围,在该范围内对图像进行验证,结果表明该范围是正确的。 4.利用多层细胞神经网络来实现GVF,并与扩展、细化的细胞神经网络相结合来实现动态轮廓的图像分割,解决传统串行算法复杂性大的问题,又克服了梯度场作为CNN的外力驱动方法的局部最小问题。在图像处理过程中,初始轮廓由外部图像的GVF信息引导,最后收敛到所期望的目标位置。实验结果表明,该方法优于Vilarino等人提出的分割方法。