基於黎曼流形的彩色紋理結構張量圖像分割方法研究

《基於黎曼流形的彩色紋理結構張量圖像分割方法研究》是依託鄭州大學，由楊勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於黎曼流形的彩色紋理結構張量圖像分割方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊勇
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

彩色紋理圖像不僅包含豐富的顏色信息(向量結構)，而且包含具有統計性與規律性的紋理信息(在前期研究中，本項目所提取的多尺度結構張量具有黎曼流行張量結構)，由於兩者具有不同的特徵結構，因此很難直接對其進行整體有機結合。從視覺識別機理的角度出發，這不僅丟失了顏色與紋理之間的有機整體性，而且丟失了內在相關性，且忽略了紋理特徵所滿足的張量結構。由於黎曼流行採用對稱正定矩陣結構的曲線坐標系描述，若採用歐式空間計算，這不僅丟失了特徵空間的精度與可靠性，同時丟失了紋理特徵所蘊含的流行拓撲特性。基於此，本項目在充分考慮黎曼流行空間的情況下，致力於研究彩色紋理結構張量特徵描述子的構建、測地線擴散濾波算法研究、任意形狀視窗大小的自主計算、流行空間機率密度分布描述及最佳化等特定問題。加深與拓寬黎曼流行在彩色紋理圖像分割領域的理論研究與實際套用，為其在圖像區域標記、圖像分析等計算機視覺領域提重要的理論參考與判別依據。

結題摘要

彩色紋理圖像分割是數字圖像處理與計算機視覺領域的一項基本研究問題，它通過將圖像分割為若干互不重疊的子區域、子目標或封閉光滑的曲線而被廣泛套用於目標識別、場景理解、特效電影、目標檢測、醫學圖像處理、工業檢測、基於內容的圖像檢索等領域。根據自然圖像的顏色特性與紋理特性，首先，針對向量結構的顏色信息與矩陣結構的多尺度結構張量紋理信息難以進行有機融合的問題，提出了將顏色信息與多尺度紋理信息相結合的彩色紋理特徵描述子構建。由於採用張量積來構建對應的彩色紋理結構張量，它部分丟失了顏色信息的貢獻，因此，研究發現使用壓縮紋理信息與顏色信息相結合的向量結構彩色紋理特徵描述子，其彩色紋理描述效果更好。其次，由於邊緣信息能夠描述區域間的邊界和脊，提出了基於多通道非線性擴散濾波的全變分流邊界TVFE（total variation flow edge）提取方法。再次，由於空間約束的自然圖像分割方法對噪聲十分敏感，為了克服該缺點，提出了採用空間約束的馬爾科夫隨機場與圖割模型相結合的方式來描述能量函式。為了提高空間約束能力，設計了一種新型平滑約束先驗項 ，它將先驗性信息與後驗信息結合起來。針對空間約束的區域項與全變分流邊緣項相結合的目標能量函式是NP難問題，提出了最大期望-多層圖割模型算法用於求全局近似最優解。最後，提出了基於多變數學生-t分布的多類變分模型分割方法，它打破了兩類Chan-Vese模型以及多片恆定模型對區域內部採用恆定聚類中心描述的限制，可用於刻畫具有非線性變化的彩色紋理圖像，且在邊緣約束項中引入了測地線，因此，具有更好的邊界捕獲能力和抗噪聲特性。