基于核优化密度聚类的绿色苹果分割算法（英文）

苹果的可见光谱目标的高效、精准识别是实现果园测产或机器自动采摘作业的关键,由于绿色目标果实与枝叶背景颜色较为相近,因此绿色苹果的识别成为新的挑战。再由于果园实际复杂环境因素影响,如光照、阴雨、枝叶遮挡、目标重叠等情况,现有的目标果实识别方案难以满足测产或自动采摘的实时、精准作业需求。为更好地实现果园自然环境中绿色目标果实识别问题,提出一种新的核密度估计优化的聚类分割算法(kernel density clustering, KDC)。新算法首先利用简单的迭代聚类(simple linear iterative cluster, SLIC)算法将目标图像分割成不规则块,集结小区域内近似像素点组成超像素区域,计算单元由像素点转变为超像素区域,有效降低数据复杂度,且SLIC算法简化图像数据时可有效避免目标果实轮廓模糊;基于超像素构造R-B区域均值和G-B区域均值的二维特征分量,建立针对聚类分析的青苹果颜色特征空间。然后借助密度峰值聚类中心计算绿色苹果图像每个数据点的局部密度和局部差异度,为解决分割边界模糊问题,在计算过程中利用核密度估计计算局部密度,确保局部密度在不同复杂场景中的清晰准确表达,以更精准找出被低密度区域分割的高密度区域,实现任意形状的聚类。最后以局部密度和距离构造寻找聚类中心的决策图,该研究采用双排序算法实现聚类中心的自动选择,完成目标果实的高效分割。新算法通过SLIC算法获得图像的超像素区域表示,数据点的局部密度通过核密度估计得到,大幅降低算法的计算量,实现目标图像的高效、精准分割。为更好地验证新算法性能,实验采集多光照、阴雨等环境下的遮挡、重叠等复杂目标图像,以分割效率、分割有效性、假阳性、假阴性等指标进行评价,通过对比k-means聚类算法、 meanshift聚类算法、 FCM算法和DPCA算法,该研究提出的新算法分割性能均最优。     

超像素分割约束的自适应SAD与Census融合立体匹配算法

为提高立体匹配精度,提出一种超像素分割约束的自适应SAD与Census融合的立体匹配算法。针对SAD在匹配过程中无差别使用窗口内像素点灰度值引入的误差,首先用简单线性迭代聚类(SLIC)超像素分割方法对待匹配图进行处理,将分割结果结合窗口内邻域像素点和中心像素点的距离给SAD立体匹配过程中窗口内像素点灰度值赋予适当的权重;进行Census立体匹配过程,并对两种算法的匹配结果进行自适应融合;对初始视差图进行左右一致性检测和遮挡点填充等后处理过程。实验表明,提出算法与传统算法相比,匹配效果显著提高,可以很好地适应细节丰富的图像并且对于有垂直位移的图组也有较好的适应性,对于图像对比度及光照变化具有鲁棒性。     

基于改进谱聚类的重叠绿苹果识别方法

水果的可见光谱目标识别是实现农业自动化采摘至关重要的一步。在水果识别的过程中,由于重叠和遮挡的影响使得目标识别困难,识别率不高。本文针对自然环境中果实重叠的识别问题,利用谱聚类算法对图像进行分割,然后使用随机霍夫变换实现果实的识别和定位。针对传统算法运算复杂度高,运算速度慢的问题,本文提出了基于均值漂移和稀疏矩阵原理的改进谱聚类算法。首先使用均值漂移算法对图像进行预分割,均值漂移是一种用于密度梯度的无参估计法。该算法实质是一种迭代,先计算出偏移量,根据偏移量移动点,如此反复,直到偏移量为零即收敛到一点为止。利用均值漂移算法除去大多数的背景像素,为减少谱聚类算法的计算量做准备。然后提取预分割图像的有用信息即图像中像素对之间相似度的描述,将提取的图像特征信息映射到稀疏矩阵中,并使用K-means算法将其分类。得到最终的分类结果,实现对预处理图像的再次分割。然后恢复图像分割区域的颜色,使用彩色向量梯度提取边缘轮廓,对得到的轮廓图像使用随机霍夫变换,并在检测过程中设置半径参数的范围从而进一步加快算法的运行速度。经过检测可以得到目标的圆心坐标和半径,从而实现重叠绿苹果的识别。降低了谱聚类的数据处理量,提高了算法的运行速度。经过试验分析和算法对比,该算法得到较高的重合度95.41%,较低的误差率4.59%和误检率3.05%。     

基于改进谱聚类的重叠绿苹果识别方法（英文）

水果的可见光谱目标识别是实现农业自动化采摘至关重要的一步。在水果识别的过程中,由于重叠和遮挡的影响使得目标识别困难,识别率不高。本文针对自然环境中果实重叠的识别问题,利用谱聚类算法对图像进行分割,然后使用随机霍夫变换实现果实的识别和定位。针对传统算法运算复杂度高,运算速度慢的问题,本文提出了基于均值漂移和稀疏矩阵原理的改进谱聚类算法。首先使用均值漂移算法对图像进行预分割,均值漂移是一种用于密度梯度的无参估计法。该算法实质是一种迭代,先计算出偏移量,根据偏移量移动点,如此反复,直到偏移量为零即收敛到一点为止。利用均值漂移算法除去大多数的背景像素,为减少谱聚类算法的计算量做准备。然后提取预分割图像的有用信息即图像中像素对之间相似度的描述,将提取的图像特征信息映射到稀疏矩阵中,并使用K-means算法将其分类。得到最终的分类结果,实现对预处理图像的再次分割。然后恢复图像分割区域的颜色,使用彩色向量梯度提取边缘轮廓,对得到的轮廓图像使用随机霍夫变换,并在检测过程中设置半径参数的范围从而进一步加快算法的运行速度。经过检测可以得到目标的圆心坐标和半径,从而实现重叠绿苹果的识别。降低了谱聚类的数据处理量,提高了算法的运行速度。经过试验分析和算法对比,该算法得到较高的重合度95.41%,较低的误差率4.59%和误检率3.05%。     

基于快速模糊C均值聚类算法的红外图像分割

 针对模糊C均值(FCM)聚类图像分割需要预先知道类别数及计算量较大的问题,提出了新的快速FCM改进方法。首先,利用边缘信息进行邻域搜索得到种子像素;通过区域生长快速获得区域分割类别数和对应的聚类中心值,并将图像分成确定类别的区域和未确定类别的区域;最后利用所得的聚类中心值和 FCM算法对未确定类别区域进行聚类。实验证明,本文提出的改进方法大大减少了计算量,显著提高了图像分割速度,而且由于聚类考虑了相邻像素点的关系,图像分割结果能够清晰地保留目标轮廓,提高了图像分割的质量。     

基于图像分割和局部亮度调整的微光图像颜色传递算法

为提高微光夜视图像质量,提出一种基于图像分割和局部亮度调整的颜色传递算法。用简单线性迭代聚类结合K均值聚类对微光图像进行分割,在YCbCr颜色空间中利用子区域与参考图像每一个像素点上亮度的一致性,将匹配参考图像的颜色分量传递到目标图像的子区域,以目标图像纹理特征中对比度的值作为系数,调整目标图像子区域的亮度值,进行颜色空间转换并显示颜色传递结果。搭建了微光图像成像系统,进行了微光图像分割及完成了微光图像的颜色传递。结果表明,改进的分割算法将图像中不同的景物分割出来,得到的彩色微光图像的峰值信噪均值达到12.048 dB,比Welsh算法平均提高2.63 dB。     

结合局部二进制表示和超像素分割求精的立体匹配

为改善传统立体匹配视差图中目标边缘的毛刺现象,以及弱纹理和视差不连续区域的"阶梯效应"等,提出了一种结合局部二进制表示和超像素分割的立体匹配方法。首先融合二进制表示的窗口内像素的空间和颜色特征进行代价计算,并以此求得初始视差;然后将简单线性迭代聚类方法分割的结果作为像素的空间和颜色标记,为超像素内的目标边缘和其他像素点选择恰当的稳定点进行视差传播,以达到视差优化时边缘保持和空间平滑的目的。在Middlebury数据集上分别进行代价计算与优化方法的对比实验,结果表明,采用该算法获取的目标边缘的视差更为平滑,在左右视图中的遮挡区和不重叠区域获得的视差也比较准确,有效地降低了非遮挡区、全图、不连续区域的误匹配率。     

结合稀疏编码和空间约束的红外图像聚类分割研究

提出了结合稀疏编码和空间约束的红外图像聚类分割新算法, 在稀疏编码的基础上融合聚类算法, 扩展了传统的基于K-means聚类的图像分割方法. 结合稀疏编码的聚类分割算法能有效融合图像的局部信息, 便于利用像素之间的内在相关性, 但是对于分割会出现过分割和像素难以归类的问题.为此, 在字典的学习过程中, 将原子的聚类算法引入其中, 有助于缩减字典中原子所属类别的数目, 防止出现过分割; 考虑到像素及其邻域像素具有类别属性一致性的特点, 引入了空间类别属性约束信息, 并给出了一种交替优化算法. 联合学习字典、稀疏系数、聚类中心和隶属度, 将稀疏编码系数同原子对聚类中心的隶属程度相结合, 构造像素归属度来判断像素所属的类别. 实验结果表明, 该方法能够有效提高红外图像重要区域的分割效果, 具有较好的鲁棒性. 关键词： 图像分割 稀疏编码 聚类 空间约束     

基于超像素信息反馈的视觉背景提取算法

针对经典视觉背景提取算法长时间存在鬼影、动态背景导致的高频噪声以及背景模型误更新等问题,提出一种改进的视觉背景提取算法。该算法将原始图像分割为若干个超像素区域,在超像素分割区域,对视觉背景提取算法检测结果进行像素点再分类,在目标检测的初始阶段实现鬼影信息的准确检测,并更新鬼影区域像素点的背景模型,从根本上解决了全局范围内鬼影检测的难题。根据运动目标的超像素对前景目标内的空洞进行快速纠正,实现前景目标的小范围填补,同时完成对背景超像素内高频噪声的检测和滤波,并增强检测结果的稳健性。利用数据集进行的测试实验结果表明,与传统算法相比较,该算法的精确率和识别率等指标均显著提高。     

基于超像素仿射传播聚类的视网膜血管分割

提出一种基于超像素仿射传播聚类的视网膜血管分割方法。首先对预处理后的图像提取Hessian最大本征值、Gabor小波、B-COSFIRE滤波特征,构建3维眼底图像像素特征;同时对眼底图像进行超像素分块,并采用一致性准则对所分的超像素块进行筛选,得到超像素候选块;把超像素候选块当作样本点,把候选块内的像素特征的统计平均值当作特征向量,在特征空间中进行仿射传播聚类得出血管类和背景类两个聚类中心;根据血管类和背景类两个聚类中心,采用最近邻方法对眼底像素进行分类,实现对视网膜血管的分割。实验表明:在DRIVE和STARE眼底图像数据库上,本文算法的平均准确率分别为94.63%和94.30%;相较于K-means、模糊C均值(FCM)和其他聚类方法,本方法对血管的识别度高,所分割的视网膜血管有较好的连续性和完整性。     

Image segmentation using modified SLIC and Nyström based spectral clustering

Image segmentation is a fundamental and challenging problem in the field of computer vision. In this paper, an efficient two-stage image segmentation method is proposed which takes advantage of modified SLIC segmentation and Nyström based spectral clustering. With the modified SLIC approach utilized in the first stage, Nyström based spectral clustering method is used to cluster the segmented regions instead of the pixels in the image to bring the final result. Therefore, the memory requirement and the computational complexity are significantly reduced. To verify the proposed algorithm, it is applied to images of different characters and compared with six other famous image segmentation approaches. Experiment results show the effectiveness and the robustness of the proposed method.     

优化FCOS网络复杂果园环境下绿色苹果检测模型

目标果实的精准识别是实现果园测产和机器自动采摘的基本保障.然而受复杂的非结构化果园环境、绿色苹果与枝叶背景颜色接近等因素的影响,制约着可见光谱范围下目标果实的检测精度,给机器视觉识别带来极大挑战.针对复杂果园环境下的不同光照环境和果实姿态,提出一种优化的一阶全卷积(FCOS)神经网络绿色苹果识别模型.首先,新模型在FC...     

基于CLAHE和开闭运算的绿色苹果图像分割

依据绿色苹果图像的自身特点,设计了一种分区域提取而后合并的图像分割方法。首先对图像进行限制对比度自适应直方图均衡化(contrast limited adaptive histogram equalization,CLAHE),增大果实和背景的颜色差,而后获取R-B色差图像,得到以光常区域为主的区域;然后用CLAHE处理后的图像进行开闭运算,提取局部极大值,得到以高亮区域为主的区域;最后将两区域合并获得完整的果实目标区域。为了验证该方法的有效性,运用Hough算法检测圆,并用相对偏差、圆心相对误差及半径相对误差三个评价指标来定量评价。试验结果表明,提取区域与果实目标区域相比,顺光下,相对偏差、圆心和半径相对误差平均值分别为3.59%,4.76%和2.60%;逆光下,三个指标的平均值分别为10.77%、16.77%、11.49%。无论是顺光还是逆光都有很好的识别效果,能满足机器人采摘果实的精确定位的要求。     

基于可见光谱和支持向量机的黄瓜叶部病害识别方法研究

以黄瓜叶部病害作为研究对象,基于可见光谱反射率差异识别黄瓜叶部病害,研究基于SVM的黄瓜叶部病害识别预测模型。采用小波变换进行数据预处理;选取Otsu、边缘分割法和K均值聚类三类分割方法进行病斑分割,比较错分率和运行时间,K均值聚类方法更适合黄瓜叶部病斑分割;提取纹理、颜色和形状特征参数,共15个特征参数;通过交叉验证选择最优参数c和g,对核函数参数进行优化处理,并通过比较线性核、多项式核、RBF核等不同核函数情况下SVM的正确识别率,确定RBF核SVM模式识别方法能够更精准地识别黄瓜叶部病害。并将基于SVM与另外两种常见的黄瓜叶部病害识别方法,BP神经网络和模糊聚类进行比较,结果表明,基于SVM的识别模型对霜霉病的正确识别率为95%,白粉病和褐斑病的正确识别率均为90%,平均诊断正确率为92%;该模式识别方法识别效果最佳,运行时间最短,为基于可见光谱的黄瓜病害识别模型提供参考。     

An infrared thermal image processing framework based on superpixel algorithm to detect cracks on metal surface

Infrared thermography has been used increasingly as an effective non-destructive technique to detect cracks on metal surface. Due to many factors, infrared thermal image has low definition compared to visible image. The contrasts between cracks and sound areas in different thermal image frames of a specimen vary greatly with the recorded time. An accurate detection can only be obtained by glancing over the whole thermal video, which is a laborious work. Moreover, experience of the operator has a great important influence on the accuracy of detection result. In this paper, an infrared thermal image processing framework based on superpixel algorithm is proposed to accomplish crack detection automatically. Two popular superpixel algorithms are compared and one of them is selected to generate superpixels in this application. Combined features of superpixels were selected from both the raw gray level image and the high-pass filtered image. Fuzzy c-means clustering is used to cluster superpixels in order to segment infrared thermal image. Experimental results show that the proposed framework can recognize cracks on metal surface through infrared thermal image automatically.     

一种红外成像制导中的图像分割算法

红外成像制导导弹的图像分割是图像处理中的重点和难点之一。针对飞机目标红外图像的特点,提出了一种有利于目标特征点识别的图像分割算法。它首先采用区域填充的方法对图像进行分割,然后在此基础之上利用形态学原理对分割过程中产生的"洞"区域进行填充,最后得到比较精确的分割图像。对于实现红外成像制导导弹的稳定跟踪具有一定的应用价值。     

Automatic white blood cell segmentation using stepwise merging rules and gradient vector flow snake

This study aims at proposing a new stained WBC (white blood cell) image segmentation method using stepwise merging rules based on mean-shift clustering and boundary removal rules with a GVF (gradient vector flow) snake. This paper proposes two different schemes for segmenting the nuclei and cytoplasm of WBCs, respectively. For nuclei segmentation, a probability map is created using a probability density function estimated from samples of WBC's nuclei and sub-images cropped to include a nucleus based on the fact that nuclei have a salient color against the background and red blood cells. Mean-shift clustering is then performed for region segmentation, and a stepwise merging scheme applied to merge particle clusters with a nucleus. Meanwhile, for cytoplasm segmentation, morphological opening is applied to a green image to boost the intensity of the granules and canny edges detected within the sub-image. The boundary edges and noise edges are then removed using removal rules, while a GVF snake is forced to deform to the cytoplasm boundary edges. When evaluated using five different types of stained WBC, the proposed algorithm produced accurate segmentation results for most WBC types.