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《昆明理工大学》 2010年
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多尺度马尔可夫随机场图像分割方法研究

张印辉  
【摘要】:图像分割是进行目标识别、运动估计、场景重构等高级视觉信息处理的前提和基础。在现实的工业制造过程中,由于受到诸如光照变化、阴影、背景杂斑等外界因素影响,处于精细尺度的待分割目标信息非常不可靠。通过多尺度重构能够在较高尺度可靠的表征像素分类似然信息,这就涉及如何融合包含粗尺度信息在内的多尺度上下文信息来实现可靠分割这一技术难题。因此,动态背景下多尺度统计图像分割相对静态背景下的分割更具实际意义和挑战性。对于动态背景下多尺度统计图像分割,一方面由于外界环境变化是动态的和随机的,要求多尺度信息融合算法具有较高的鲁棒性;另一方面,在不同的初始化条件下,要求融合算法收敛于一致性结果。这样,使多尺度信息融合算法的鲁棒性和融合结果的一致性成为动态背景下图像分割有别于一般图像分割的关键约束。 多尺度马尔可夫随机场模型为图像多尺度统计建模和跨尺度通信提供了一种可行的计算框架,现有基于多尺度马尔可夫随机场模型的图像分割算法正是通过融合模型中多尺度分类似然信息来实现。其中多尺度隐马尔可夫随机场图像分割算法通常将模型中的多尺度信息融合问题转化为优化问题,采用最大期望、动态规划、迭代条件模型等算法对代价函数进行优化,一定程度上能进行多尺度信息融合,并在SAR、多光谱遥感、红外和医学图像分割等领域得到应用。但是把这些技术扩展到动态背景下的图像分割,却显得不能满意。原因在于:一方面用最大期望或迭代条件模型算法求解最大后验分布存在初始化和局部极值问题,不同的初始化条件得到不同的最大后验概率估计;另一方面即使动态规划算法能搜索沿多尺度隐马尔可夫随机场模型的最可能隐状态通道,却只能对边界信息有效编码,而无法融合和识别目标的区域信息;更为重要的是,在能量最小化过程中对一元和二元边缘约束进行松弛并不合理。 鉴于此,针对当前多尺度隐马尔可夫随机场图像分割算法中亟待解决的关键理论问题,本学位论文在国家自然科学基金“基于无约束凸优化的多尺度动态图像分割方法研究”(项目编号60962007)和云南省教育厅青年研究基金“印刷设备多介质耦合系统创新设计”(项目编号6Y0145D)的资助下,从以下四个方面开展深入研究: 1)精细尺度马尔可夫随机场图像分割。研究在精细尺度构建马尔可夫随机场模型,在此基础上,研究标签场和观察场的建模理论,以及如何将图像分割问题转化为标签场的最大后验概率估计问题,进而采用迭代优化算法实现精细尺度的图像分割。以动态背景下的烟叶目标分割为应用对象,与固定阈值方法对比,对精细尺度马尔可夫随机场图像分割算法进行评价。 2)小波域多尺度马尔可夫随机场图像分割。研究通过二维离散小波变换进行图像的多尺度建模,在此基础上,研究多尺度图像的尺度内建模方法与跨尺度通信方法,在单一尺度内对小波系数进行高斯混合模型建模,在尺度间采用隐马尔可夫树对小波系数的跨尺度依赖性进行统计建模。研究如何在多尺度分割过程中融合图像先验信息,以及如何采用最大期望算法实现多尺度像素的统计分类。以动态背景下的烟叶目标分割为应用对象,对含有噪声图像的多尺度马尔可夫随机场分割算法性能进行评价。 3)多尺度马尔可夫随机场图切分优化图像分割。研究采用最大期望算法计算图像多尺度分类似然,研究如何利用多尺度分类似然构建多尺度能量函数,以及如何在能量函数中融合多尺度区域信息和边界信息,进而研究如何利用基于图切分的能量优化方法实现近似全局优化,以实现图像的准确分割。以动态背景下的烟叶目标分割为应用对象,采用定量评价方法,对多尺度隐马尔可夫随机场图切分优化的图像分割性能进行客观评价。 4)多尺度马尔可夫随机场图像分割的无约束凸优化方法。研究多尺度图像分割的全局优化方法,在此基础上,研究凸多尺度能量函数建模方法,并从理论上证明多尺度能量函数为凸,将图像分割问题转化为凸优化问题;进而研究如何在凸优化的迭代过程中考虑伪边缘似然的约束问题,实现多尺度图像分割问题到无约束凸优化问题的转化,以及采用分级信度传播方法实现无约束凸优化问题计算,从而实现多尺度图像分割。以动态背景下的烟叶目标分割为应用对象,采用定量评价方法,与多尺度非凸能量函数的图像分割性能进行对比,作出客观评价。 本论文旨在探索动态背景下多尺度图像分类似然信息鲁棒融合算法,以解决多尺度隐马尔可夫随机场分类似然信息融合结果不一致难题,为多尺度随机场能量函数构建以及全局优化算法提供理论指导和依据,并在烟叶大片率识别的实际生产过程中得到应用。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘晓杰;晋卓;宋占伟;张旻;沈琳;;基于神经元振荡子网络的视觉场景分割[J];吉林大学学报(工学版);2013年S1期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李丽宏;基于显微视觉的刀具磨损状态监测技术研究[D];河北工业大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 刘洋;一种基于改进遗传算法的图像分割算法应用的设计与实现[D];河北科技大学;2014年
2 王婷;基于不透水表面信息遥感提取的城市扩展研究[D];兰州大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 侯彪;刘凤;焦李成;包慧东;;基于小波域隐马尔科夫树模型的图像分割[J];红外与毫米波学报;2009年02期
2 娄帅;丁振良;袁峰;;基于小波域HMT模型融合的图像分辨率增强(英文)[J];北京交通大学学报;2008年06期
3 刘战文;焦李成;金海燕;沙宇恒;杨淑媛;;基于Contourlet域HMT模型的图像融合[J];西安电子科技大学学报;2008年03期
4 张骥祥;戴居丰;郑宏兴;;基于小波域隐马尔可夫模型多尺度图像分割[J];天津大学学报;2008年05期
5 张伟;隋青美;;多小波描述的通用隐马尔可夫树模型图像去噪算法[J];青岛科技大学学报(自然科学版);2008年02期
6 孙强;焦李成;侯彪;;基于子波域自适应融合HMTseg算法的遥感图像分割[J];西安电子科技大学学报;2007年06期
7 金海燕;焦李成;刘芳;;基于Curvelet域隐马尔可夫树模型的SAR图像去噪[J];计算机学报;2007年03期
8 桂林;武小悦;;隐马尔可夫树模型在机械状态诊断中的应用[J];机械工程学报;2007年01期
9 彭玲;赵忠明;杨健;马江林;;基于小波域隐马尔可夫树模型的多光谱遥感影像纹理分割技术研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2006年04期
10 朱亚平;沈庭芝;王心一;;基于小波域分类隐马尔可夫树模型的图像恢复[J];北京理工大学学报;2006年05期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 刘军伟;基于水平集的图像分割方法研究及其在医学图像中的应用[D];中国科学技术大学;2009年
2 贺志国;基于活动轮廓模型的SAR图像分割算法研究[D];国防科学技术大学;2008年
3 孙开琼;血管造影图像分割[D];华中科技大学;2008年
4 陈强;图像分割若干理论方法及应用研究[D];南京理工大学;2007年
5 句彦伟;几类多尺度非线性随机模型与SAR图像Bootstrap分割研究[D];西北工业大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 强彦;张晓慧;;车载手势识别中基于小波变换和双边滤波的图像去噪方法[J];北京理工大学学报;2017年04期
2 章明珠;郑敏;廖开阳;;基于HAAR小波域边缘方向特征的SAR图像去噪[J];计算机应用与软件;2017年01期
3 王朗;杨青青;郭树旭;;基于图像特征角点的无人机停机坪识别算法[J];激光杂志;2016年08期
4 徐圆圆;田雨;;隐马尔可夫树模型在图像压缩中的应用[J];激光杂志;2016年06期
5 刘健;雷英杰;邢雅琼;鹿传国;;基于NSST域隐马尔可夫树模型的SAR和灰度可见光图像融合[J];控制与决策;2016年03期
6 杨燕;黄彦丽;曹金莲;;基于小波域隐马尔可夫树模型的SAR图像去噪[J];测绘与空间地理信息;2014年05期
7 易小波;龙祖强;邹存;;基于Contourlet域的隐马尔可夫树模型的图像融合算法[J];电脑与信息技术;2014年01期
8 李昌兴;王平平;申超;;两种变换域相结合的医学图像融合[J];西安邮电大学学报;2013年04期
9 韩冰;赵银娣;戈乐乐;;遥感图像分割的迭代上下文融合小波域HMT模型[J];测绘学报;2013年02期
10 樊利恒;吕俊伟;于振涛;;基于线不变矩和封闭性的遥感图像港口识别[J];光电工程;2013年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 何昀;基于图像水平集分割的航磁图像信息提取方法研究[D];吉林大学;2016年
2 江晓亮;基于模糊聚类及活动轮廓模型的图像分割技术研究[D];西南交通大学;2016年
3 甘露;基于三重马尔可夫场的无监督SAR图像分割算法研究[D];西安电子科技大学;2015年
4 燕杨;基于条件随机场的医学文本与图像标注模型构建及应用研究[D];吉林大学;2015年
5 毕齐林;大构件折线角焊缝前置—直视双视觉监测跟踪[D];华南理工大学;2014年
6 白雪飞;基于视觉显著性的图像分割方法研究[D];山西大学;2014年
7 陈天泽;SAR图像结构特征匹配方法研究[D];国防科学技术大学;2014年
8 李忠兵;聚焦超声无创治疗肿瘤的超声图像分割方法研究[D];武汉大学;2014年
9 黎海生;量子图像处理关键技术研究[D];电子科技大学;2014年
10 王建仑;田间叶片图像分割与单幅三维重建的机器视觉算法研究[D];中国农业大学;2013年
【同被引文献】
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 卢振华;推扫式遥感相机基于图像的实时自动调焦研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
2 张宗阳;基于最小表面磨损率的刀具磨损及加工表面层特性研究[D];山东大学;2012年
3 王阳俊;SiCp/Al复合材料高速铣削表面质量及刀具磨损研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
4 张翔;小型五轴联动机床介观尺寸铣削加工及其相关模型的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 范依航;高效切削钛合金Ti6Al4V刀具磨损特性及切削性能研究[D];哈尔滨理工大学;2011年
6 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
7 邵强;切削加工过程中颤振的监测与识别方法研究[D];大连理工大学;2010年
8 申志刚;高速切削刀具磨损状态的智能监测技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
9 李伯宇;图像纹理分析及分类方法研究[D];复旦大学;2007年
10 熊四昌;基于计算机视觉的刀具磨损状态监测技术的研究[D];浙江大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨晓锋;大棚保温被自动钉扣控制系统的设计与实现[D];河北科技大学;2014年
2 王宇恒;证券期货行业数据的实时集中监控信息系统的设计与实现[D];河北科技大学;2013年
3 赵宪强;基于模糊聚类的图像分割方法研究[D];山东师范大学;2013年
4 付云凤;基于阈值的图像分割研究[D];重庆大学;2013年
5 李林璠;基于数据仓库的GPRS套餐精确营销系统设计与实现[D];河北科技大学;2012年
6 谢鹏鹤;图像阈值分割算法研究[D];湘潭大学;2012年
7 门慧勇;基于遗传算法的图像分割优化研究[D];东北师范大学;2012年
8 张亚娜;基于三层架构的建筑材料租赁系统设计与实现[D];河北科技大学;2012年
9 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
10 李云刚;自由搜索算法的改进及其在图像分割中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 李彦甫;基于高分辨率影像的光伏电场信息提取鲁棒性分析及其热环境效应研究[D];兰州大学;2016年
2 王浩;基于V-I-S模型的银川市不透水面提取及其变化研究[D];兰州大学;2015年
3 刘小波;犍为县土地利用/覆被及生态系统服务价值变化研究[D];西南大学;2015年
4 毛欢;区域土地利用/覆被变化及其生态系统服务价值响应研究[D];四川师范大学;2015年
5 张光凤;临朐县土地利用/覆被变化及其生态系统服务价值评价分析[D];山东师范大学;2014年
6 王霞;基于支持向量机及MODIS数据的城市扩张监测研究[D];中国地质大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张冬青;韩玉兵;宁宣熙;刘雪妮;;基于小波域隐马尔可夫模型的时间序列分析-平滑、插值和预测[J];中国管理科学;2008年02期
2 郑玮;康戈文;陈武凡;李小文;;基于模糊马尔可夫随机场的无监督遥感图像分割算法[J];遥感学报;2008年02期
3 张强;吴艳;;基于上下文和隐类属的小波域马尔可夫随机场SAR图像分割[J];电子与信息学报;2008年01期
4 胡颖;王爽;侯彪;焦李成;;基于SWBCT和投影特征的遥感目标识别[J];红外与毫米波学报;2007年06期
5 陶文兵;金海;;基于均值漂移滤波及谱分类的海面舰船红外目标分割[J];红外与毫米波学报;2007年01期
6 杨淑媛;焦李成;王敏;;一种新的方向多分辨脊波网络[J];西安电子科技大学学报(自然科学版);2006年04期
7 焦李成;孙强;;多尺度变换域图像的感知与识别:进展和展望[J];计算机学报;2006年02期
8 沙宇恒,丛琳,孙强,焦李成;基于Contourlet域HMT模型的多尺度图像分割[J];红外与毫米波学报;2005年06期
9 张美华,汪雪林;基于小波域HMT模型的图像复原[J];吉首大学学报(自然科学版);2004年03期
10 刘振华,于文震,毛士艺;SAR图像组合降斑算法[J];电子学报;2004年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 李禹;SAR图像机动目标检测与鉴别技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
2 高贵;SAR图像目标ROI自动获取技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
3 贾承丽;SAR图像道路和机场提取方法研究[D];国防科学技术大学;2006年
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1 鲁晓磊;王芙蓉;黄本雄;;学习高阶马尔可夫随机场:评分匹配方法[J];计算机应用;2008年10期
2 王文涛;陈聪;李子茂;;并行图切割马尔可夫随机场算法设计[J];武汉大学学报(工学版);2010年01期
3 蒋永馨;金俣欣;王孝通;黄华;;基于马尔可夫随机场的运动目标检测[J];计算机工程与应用;2010年15期
4 楚瀛;符杨;;马尔可夫随机场理论在目标跟踪中的应用[J];计算机工程与应用;2011年28期
5 王琳;刘君;黎明;;应用马尔可夫随机场的金属疲劳断口条带分割[J];计算机工程与应用;2012年03期
6 汪涛,庄新华,邢小良;线元马尔可夫随机场模型和重建[J];电子学报;1992年07期
7 孙俊喜;王瑞;才华;郝德芳;;基于高斯—马尔可夫随机场模型的图像修补方法研究[J];长春理工大学学报(自然科学版);2008年03期
8 薛永宏;张涛;陈荣利;安玮;张寅生;;基于马尔可夫随机场的红外有形目标检测算法(英文)[J];光子学报;2013年10期
9 仲兴荣,肖圣兵;基于高斯-马尔可夫随机场模型的运动目标自动分割[J];苏州大学学报(自然科学版);2003年03期
10 王彩凤;马超;廖福成;;高阶马尔可夫随机场下目标识别模型的建立[J];计算机工程与应用;2013年19期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 李晓燕;叶龙;王京玲;;基于马尔可夫随机场的纹理合成[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年
2 杜馨瑜;李永杰;尧德中;;一种新的小波域高斯-马尔可夫随机场混合金字塔模型[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(上册)[C];2007年
3 胡阳涟;赵凤群;戴芳;张辉;;一种基于马尔可夫随机场的快速图像分割算法[A];计算机技术与应用进展·2007——全国第18届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集[C];2007年
4 徐戈;黄志强;;基于置信度传播的MSTAR图像的分割算法[A];2009年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2009年
5 魏波;李晓峰;李在铭;;在运动场景中检测运动目标[A];第九届全国信号处理学术年会(CCSP-99)论文集[C];1999年
6 郑海红;曾平;;估值与去噪相结合的逆半调算法[A];全国第13届计算机辅助设计与图形学(CAD/CG)学术会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 张骥祥;小波变换和马尔可夫随机场在图像处理中的应用研究[D];天津大学;2007年
2 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
3 高如新;2.1维简约图的表达、计算与应用[D];华中科技大学;2009年
4 余长宏;基于统计学模型的纳米级容错电路关键技术研究[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 罗欣;马尔可夫随机场的小波域图像建模及应用研究[D];长安大学;2015年
2 石岭;基于马尔可夫随机场的木材表面纹理分类方法的研究[D];东北林业大学;2006年
3 王瑞;基于马尔可夫随机场的非纹理图像修补技术研究[D];长春理工大学;2009年
4 王琳;基于马尔可夫随机场的金属疲劳断口图像的纹理分割[D];南昌航空大学;2011年
5 贾越;基于马尔可夫随机场算法的水下图像深度提取[D];中国海洋大学;2014年
6 林芬华;基于马尔可夫随机场的膝关节磁共振图像分割方法的研究[D];合肥工业大学;2010年
7 徐步玉;基于马尔可夫随机场的运动目标检测方法研究[D];合肥工业大学;2011年
8 刘一舟;基于马尔可夫随机场的超声图像降噪分析[D];武汉大学;2005年
9 殷文龙;马尔可夫随机场在视网膜血管分割中的应用[D];云南大学;2015年
10 杨睿国;基于马尔可夫随机场理论的文本图像复原算法研究[D];华东师范大学;2013年
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