基于随机游走的迭代分割算法

夏敏

                         

摘要：針对受光线变化影响的图像，本文提出一个新的基于随机游走的迭代分割算法。该算法先利用随机游走对受光线变化影响部分进行部分边缘分割，然后利用迭代分割算法对整体图像进行分割。实验结果表明，该算法能减少光线变化对图像分割的影响，能对图像进行高精度的分割。

关键词：随机游走;迭代法;图像分割

中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）09-0120-01

对于计算机视觉研究来说，图像分割是很多应用的基础，是图像理解最重要的一环。图像分割是图像领域的热点问题，也是难点问题。对于一副图像来说，我们有感兴趣的部分（目标），也有不感兴趣的部分（背景），我们希望能把我们感兴趣的目标从不感兴趣的背景中分离出来，这就是图像分割。对于特定的图像来说，一般没有统一的图像分割方法。此外，噪声和光线等因素会加大图像分割的难度，尤其是光线变化经常会影响图像分割的效果[1]。

由于图像分割的重要性，到目前为止，产生了大量的关于图像分割的研究成果。图像分割算法主要分为：阈值分割法[2]、区域生长和分裂合并法、基于边缘检测的分割法、基于深度学习的分割。还有很多其他的分割方法，比如基于小波变换的分割方法、基于变分原理的分割方法、基于生物智能算法的分割方法、基于图的图像分割[3-5]等。

1 基于随机游走的迭代分割算法

针对受光线变化影响的图像，本文提出一个新的基于随机游走的迭代分割算法。该算法先利用随机游走对受光线变化影响部分进行部分边缘分割，分别将各部分图像分为前景和背景后再进行整体合并，最后利用迭代分割算法对整体图像进行分割。

1.1 基于随机游走的聚类算法

本文研究的是受光线变化影响的图像分割问题。因为影响图像分割效果的通常是受光线变化影响的部分，所以先对这些部分进行处理。

基于随机游走的聚类算法：step1.将受光线变化影响的部分分成n个小区域。Step2.针对每个小区域，分别在目标和背景部分随机取两点。Step3.在选定的两个点附近选择相邻的点，再利用k-均值聚类算法[6]将其聚成两类。Step4.不断重复上面的步骤，直到达到理想聚类效果。

1.2 改进的迭代分割算法

在基于随机游走的聚类算法后，可以将受光线变化影响的n小块区域聚类后的结果合并，得到一个新的图像，针对新的图像再进行迭代分割。

迭代法是基于逼近的思想，算法步骤如下：step1.求出图象的最大灰度值和最小灰度值，分别记为Ymax和Ymin，令初始阈值T0=（Ymax+Ymin）/2;step2.根据阈值TK将图象分割为目标和背景，分别求出两者的平均灰度值ZZ和VV;step3.求出新阈值TK+1=（ZZ+VV）/2;step4.若TK=TK+1，则所得即为阈值;否则转step2，迭代计算。

2 实验仿真

下面对一张受光线影响的图进行图像分割。实验是在MATLAB R2012b下进行仿真。如图1，图2所示直接用迭代分割法后得到的分割图。从该图可以看出来，左上角部分受光线变化的影响导致分割不精确。如图3所示新方法得到的最终分割图。

3 结语

针对受光线变化影响的图像，本文提出一个新的基于随机游走的迭代分割算法。实验结果表明，该算法能减少光线变化对图像分割的影响，能对图像进行高精度的分割。

参考文献

[1] 王爱民，沈兰荪.图像分割研究综述[J].测控技术，2000，19（5）：1-6.

[2] 韩思奇，王蕾.图像分割的阈值法综述[J].系统工程与电子技术，2002，24（6）：91-94.

[3] Felzenszwalb P F，Huttenlocher D P.Efficient Graph-Based Image Segmentation[J].International Journal of Computer Vision，2004，59（2）：167-181.

[4] Pham D L，Xu C，Prince J L.Current methods in medical image segmentation[J].Annual Review of Biomedical Engineering，2000，2（2）：315-337.

[5] Grady L.Random Walks for Image Segmentation[J].IEEE Transactions on Pattern Analysis & Machine Intelligence，2006，28（11）：1768-1783.

[6] Hartigan J A，Wong M A.Algorithm AS 136： A K-Means Clustering Algorithm[J].Journal of the Royal Statistical Society，1979，28（1）：100-108.

Abstract：This paper proposes a new iterative segmentation algorithm based on random walk for images affected by light changes. The algorithm first uses the random walk to segment the edge affected by the light change， and then uses the iterative segmentation algorithm to segment the whole image. The experimental results show that the algorithm can reduce the influence of light changes on image segmentation and can segment the image with high precision.

Key words：random walk; iterative method; image segmentation