圖像分割方法及裝置的制造方法

圖像分割方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發明實施例提供了一種圖像分割方法及裝置，所述方法包括：將圖像的所有像素點映射到CIELAB色彩空間中；將圖像均勻分割成第一超像素的數量個第一區域，對每個第一區域及其附近區域內的像素點進行劃分，得到該第一區域對應的第一超像素；將所有第一超像素映射到RGB色彩空間中，對第一超像素中的像素點求平均，得到對應的第二超像素，以所有第二超像素為頂點，以相鄰第二超像素之間的相似距離為邊，構建無向圖；根據無向圖中的相似距離滿足預設條件的相鄰兩個第二超像素構成分割區域，并根據相鄰分割區域中邊的權值大小判斷該相鄰分割區域是否合并。本發明實施例可使圖像中的像素點變化平滑，減少過分割的現象發生，提高圖像分割效果。
【專利說明】
圖像分割方法及裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及計算機圖像處理技術領域，特別是涉及一種圖像分割方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著計算機領域的不斷發展，用戶對圖像處理技術的要求越來越高，圖像分割，作 為計算機圖像處理技術的一項基礎性工作，已經成為人們研究的熱點。
[0003] 圖像分割指的是將一幅數字圖像中具有特殊含義的區域分割出來，且這些區域互 相不重疊，任何相鄰區域之間圖像的性質具有明顯的區別，而同一區域內的圖像，在一定的 準則下，可認為具有相同的性質，即每個區域內的圖像都滿足特定的區域一致性條件。例 如，在一幅畫中，可定義一種準則為:與紅色相近的顏色可以劃分到一個區域內。基于該準 貝1J，淺紅色可以認為與紅色差距不大，而綠色與紅色差距很大，則可將淺紅色與紅色劃分到 同一個區域，而不能將綠色與紅色劃分到同一個區域。
[0004] 現有技術中公開了一種基于Felzenswalb和Huttenlocher提出的Graph-based(圖 論)算法的圖像分割方法，該方法雖然算法簡單，易于實現，但在圖像分割時，由于像素點的 隨顏色變化不夠平滑，會出現過分割的現象，即分割后的圖像中的整塊區域內會出現小塊 的雜亂區域，或者把整塊區域分割成了多個區域，使圖像分割效果不佳。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于，提供一種圖像分割方法及裝置，在圖像分割時，可提高圖像分 割效果。
[0006] 為達到上述目的，本發明實施例提供了一種圖像分割方法，所述方法包括：
[0007] 將圖像的所有像素點映射到CIELAB色彩空間中，每個像素點均對應唯一的像素特 征;所述像素特征包括對應像素點在圖像上的二維坐標和映射到CIELAB色彩空間中的三維 坐標；
[0008] 將圖像的所有像素點均勻分割成預設的第一超像素的數量個第一區域，對每個第 一區域以及其附近區域內的像素點進行同類像素點的劃分，得到該第一區域對應的第一超 像素；
[0009] 將所有第一超像素映射到RGB色彩空間中，對每個第一超像素中的像素點進行求 平均，得到對應的第二超像素，以所有第二超像素為頂點，以圖像中相鄰第二超像素之間的 相似距離作為邊的權值，構建無向圖；所述相似距離為兩個第二超像素在RGB色彩空間中的 距離；
[0010]根據無向圖中的相似距離滿足預設條件的相鄰兩個第二超像素構成分割區域，并 根據相鄰分割區域中邊的權值大小判斷該相鄰分割區域是否合并。
[0011]較優地，所述將圖像的所有像素點均勻分割成預設的第一超像素的數量個第一區 域，對每個第一區域以及其附近區域內的像素點進行同類像素點的劃分，得到該第一區域 的第一超像素，包括：
[0012] A1、根據預設的第一超像素的個數K，對圖像的所有N個像素點進行二維坐標的均 勻劃分，得到K個第一區域，每個第一區域由N/K個像素點組成;所述每個第一區域的格長均 為:L =
[0013] A2、對第k個第一區域中心處的第一像素點與以該第一區域為中心的第二區域內 的其他所有第二像素點進行像素特征距離的計算，得到Pk-Ι個第一距離值，并記錄第k個第 一區域中心在圖像中的二維坐標;p k為第k個第一區域對應第二區域內所有像素點的個數， k=l、2、3……K；
[0014] A3、如果第一距離值小于第一閾值，則判斷該第一距離值對應的第一像素點和第 二像素點為同類像素點；如果第一距離值不小于第一閾值，則判斷該第一距離值對應的第 一像素點和第二像素點為不同類像素點；第k個第一區域中心處的第一像素點與其同類像 素點共同組成第k個預分割超像素；
[0015] A4、計算第k個預分割超像素的平均像素特征，并記錄第k個預分割超像素的中心 在圖像中的二維坐標；
[0016] A5、判斷預分割超像素的中心在圖像中的二維坐標，與其對應第一區域中心在圖 像中的二維坐標之間的第二距離值是否大于第二閾值，若大于，則對該預分割超像素對應 的第一區域的中心進行更新，并重新運行步驟A1;若不大于，則獲取第k個預分割超像素作 為第k個第一超像素。
[0017] 較優地，所述根據無向圖中的相似距離滿足預設條件的相鄰兩個第二超像素構成 分割區域，并根據相鄰分割區域中邊的權值大小判斷該相鄰分割區域是否合并，包括：
[0018] 將無向圖中的相似距離不大于第三距離值的相鄰兩個第二超像素組成一個分割 區域；
[0019] 對所述無向圖中的每個第二超像素與其相鄰的第二超像素之間的P條邊，按照權 值大小的升序排列，按照順序依次判斷第P條邊連接的兩個第二超像素是否屬于同一分割 區域;P = l、2、3......P;
[0020] 若所述第p條邊連接的兩個第二超像素不屬于同一分割區域，則判斷這兩個第二 超像素對應的兩個分割區域的最大類內差異是否大于連接這兩個分割區域的最小權值，若 大于，則這兩個分割區域合并，若不大于，則這兩個分割區域不合并;兩個分割區域對應兩 個最小生成樹，兩個最小生成樹對應兩個最大權值，這兩個最大權值中的最小值為兩個分 割區域的最大類內差異。
[0021 ]較優地，在步驟A4之后，步驟A5之前，所述方法還包括：
[0022] 若第k個預分割超像素的中心在圖像中的二維坐標與對應第一區域中心在圖像中 的二維坐標的差距大于第三閾值，則將該第k個預分割超像素的中心移動到圖像中與RGB色 彩空間內最小色彩梯度相對應的位置處;所述圖像中與RGB色彩空間內最小色彩梯度相對 應的位置位于以第k個預分割超像素為中心的第三區域內。
[0023] 較優地，所述對每個第一超像素中的像素點進行求平均的計算公式為：
[0024] R1 = (Σ?〇 Ri) /M', G' = (l&Q Gi) /M，, B^ = (?Κ〇 Bi) f U ,
[0025] 其中，為第k個第一超像素中的像素點的個數，（RnGnBO為第k個第一超像素中 的第i個像素點在RGB色彩空間中的三維坐標，，C，B〇為得到的第二超像素中像素點在 RGB色彩空間中的三維坐標。
[0026] 較優地，所述兩個分割區域的最大類內差異的計算公式為：
[0027] MInt(Vi，Vj) =min(Int(Vi)+T(Vi)，Int(Vj)+T(Vj))
[0028]其中，MInt(Vi，Vj)為分割區域Vi和Vj的最大類內差異，IntCVi)= maxeeMSTjyi;Ej w(e)，int(Vi)為分割區域Vi內最小生成樹中的最大權值，MST(Vi，E)為分 割區域Vi的最小生成樹，T(Vi)為分割區域Vi的閾值函數，= maxe罐ST(Vj>E) w(e)， Int(Vj)為分割區域Vj內最小生成樹中的最大權值，MST(Vj，E)為分割區域Vj的最小生成樹， τ (Vj)為分割區域Vj的閾值函數，E為所有帶權值的邊的集合；
[0029] 所述連接兩個分割區域的最小權值的計算公式為：
[0030] DifCv.Vj) = SjeVjSmm^
[0031] 其中，Dif(Vi，Vj)為連接分割區域Vi和Vj的最小權值，Si為第i個第二超像素，Sj為 與sjg鄰的第j個第二超像素，《((&，&))為第二超像素 sdPSii間邊的權值。
[0032] 本發明還提供了一種圖像分割裝置，所述裝置包括：
[0033] CIELAB色彩空間映射模塊，用于將圖像的所有像素點映射到CIELAB色彩空間中， 每個像素點均對應唯一的像素特征;所述像素特征包括對應像素點在圖像上的二維坐標和 映射到CIELAB色彩空間中的三維坐標；
[0034]第一超像素獲取模塊，用于將圖像的所有像素點均勻分割成預設的第一超像素的 數量個第一區域，對每個第一區域以及其附近區域內的像素點進行同類像素點的劃分，得 到該第一區域對應的第一超像素；
[0035]第二超像素獲取模塊，用于將所有第一超像素映射到RGB色彩空間中，對每個第一 超像素中的像素點進行求平均，得到對應的第二超像素，以所有第二超像素為頂點，以圖像 中相鄰第二超像素之間的相似距離作為邊的權值，構建無向圖；所述相似距離為兩個第二 超像素在RGB色彩空間中的距離；
[0036] 分割區域合并模塊，用于根據無向圖中的相似距離滿足預設條件的相鄰兩個第二 超像素構成分割區域，并根據相鄰分割區域中邊的權值大小判斷該相鄰分割區域是否合 并。
[0037] 較優地，所述第一超像素獲取模塊，包括：
[0038]像素點劃分單元，用于根據預設的第一超像素的個數K，對圖像的所有N個像素點 進行二維坐標的均勻劃分，得到K個第一區域，每個第一區域由N/K個像素點組成;所述每個 第一區域的格長均為L = %/N/K;
[0039] 第一距離值獲取單元，用于對第k個第一區域中心處的第一像素點與以該第一區 域為中心的第二區域內的其他所有第二像素點進行像素特征距離的計算，得到pk-l個第一 距離值，并記錄第k個第一區域中心在圖像中的二維坐標;pk為第k個第一區域對應第二區 域內所有像素點的個數，k= 1、2、3......K;
[0040] 預分割超像素獲取單元，用于如果第一距離值小于第一閾值，則判斷該第一距離 值對應的第一像素點和第二像素點為同類像素點；如果第一距離值不小于第一閾值，則判 斷該第一距離值對應的第一像素點和第二像素點為不同類像素點；第k個第一區域中心處 的第一像素點與其同類像素點共同組成第k個預分割超像素；
[0041] 平均像素特征計算單元，用于計算第k個預分割超像素的平均像素特征，并記錄第 k個預分割超像素的中心在圖像中的二維坐標；
[0042] 第一超像素獲取單元，用于判斷預分割超像素的中心在圖像中的二維坐標，與其 對應第一區域中心在圖像中的二維坐標之間的第二距離值是否大于第二閾值，若大于，則 對該預分割超像素對應的第一區域的中心進行更新，并重新運行步驟A1;若不大于，則獲取 第k個預分割超像素作為第k個第一超像素。
[0043]較優地，所述分割區域合并模塊，包括：
[0044]分割區域生成單元，用于將無向圖中的相似距離不大于第三距離值的相鄰兩個第 二超像素組成一個分割區域；
[0045] 分割區域判斷單元，用于對所述無向圖中的每個第二超像素與其相鄰的第二超像 素之間的P條邊，按照權值大小的升序排列，按照順序依次判斷第P條邊連接的兩個第二超 像素是否屬于同一分割區域;P = l、2、3……P;
[0046] 分割區域合并單元，用于若所述第p條邊連接的兩個第二超像素不屬于同一分割 區域，則判斷這兩個第二超像素對應的兩個分割區域的最大類內差異是否大于連接這兩個 分割區域的最小權值，若大于，則這兩個分割區域合并，若不大于，則這兩個分割區域不合 并;兩個分割區域對應兩個最小生成樹，兩個最小生成樹對應兩個最大權值，這兩個最大權 值中的最小值為兩個分割區域的最大類內差異。
[0047]較優地，所述裝置還包括：
[0048] 預分割超像素移動模塊，用于若第k個預分割超像素的中心在圖像中的二維坐標 與對應第一區域中心在圖像中的二維坐標的差距大于第三閾值，則將該第k個預分割超像 素的中心移動到圖像中與RGB色彩空間內最小色彩梯度相對應的位置處;所述圖像中與RGB 色彩空間內最小色彩梯度相對應的位置位于以第k個預分割超像素為中心的第三區域內。
[0049] 本發明實施例提供的圖像分割方法及裝置，通過利用超像素的原理對圖像進行分 害J，并對得到的第一超像素進行求平均處理，將原有的圖像中的雜亂的像素點進行了平均， 使圖像中的像素點變化平滑，以減少過分割的現象發生，從而提高了圖像分割效果。
[0050] 當然，實施本發明的任一產品或方法并不一定需要同時達到以上所述的所有優 點。
【附圖說明】
[0051] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0052] 圖1為本發明實施例提供的圖像分割方法的流程圖；
[0053] 圖2為本發明實施例提供的圖像分割裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0054]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0055] 實施例一
[0056] 如圖1所示，為本發明實施例提供的圖像分割方法的流程圖，該方法的原理為:通 過利用超像素的思想，在圖像分割時，對圖像中的臨近區域內的不同像素點進行平均，以使 像素點的變化趨于平滑，從而減少了過分割的現象發生，提高了圖像分割效果。所述方法包 括：
[0057] S110,將圖像的所有像素點映射到CIELAB色彩空間中，每個像素點均對應唯一的 像素特征;所述像素特征包括對應像素點在圖像上的二維坐標和映射到CIELAB色彩空間中 的三維坐標。
[0058]具體地，將待分割的圖像至于二維空間坐標中，圖像中的像素點一個一個有序的 排列在一起，每個像素點唯一對應一個二維坐標。將圖像中的所有像素點映射到CIELAN色 彩空間中后，由于色彩空間為三維空間，色彩空間中的距離為兩個像素點之間的色差，因此 大量的像素點中，很可能存在很大像素點會位于CIELAN色彩空間的同一位置或相鄰位置。 為了區分不同的像素點，將某一個像素點在圖像上的二維坐標和映射到CIELAB色彩空間中 的三維坐標，共同反映為該像素點的特征，定義該特征為像素特征。例如，第η個像素點的像 素特征為Cn= (Xn，yn，ln，an，bn)T，其中，（x n，yn)為二維坐標，（ln，an，bn)為CIELAB色彩空間中 的三維坐標。
[0059] S120,將圖像的所有像素點均勻分割成預設的第一超像素的數量個第一區域，對 每個第一區域以及其附近區域內的像素點進行同類像素點的劃分，得到該第一區域對應的 第一超像素。
[0060] 優選地，步驟S120可包括如下細化步驟：
[0061] A1、根據預設的第一超像素的個數K，對圖像的所有N個像素點進行二維坐標的均 勻劃分，得到K個第一區域，每個第一區域由N/K個像素點組成;所述每個第一區域的格長均 為 L = -sJWfK.o
[0062] 具體地，假設圖像中所有的像素點為N個，要獲取的超像素的個數為K個，為了均勻 選取圖像中的像素點，可將位于二維坐標中圖像的所有像素點，均勻分成K個第一區域，每 個第一區域可以認為是一個方形區域，且每個第一區域中包含N/K個像素點，則該方形區域 的格長為L二每一個方形區域中的像素點也是均勻排列的。
[0063] A2、對第k個第一區域中心處的第一像素點與以該第一區域為中心的第二區域內 的其他所有第二像素點進行像素特征距離的計算，得到Pk-Ι個第一距離值，并記錄第k個第 一區域中心在圖像中的二維坐標;pk為第k個第一區域對應第二區域內所有像素點的個數， k=l、2、3……K〇
[0064]具體地，由于每個第一區域中的像素點也是均勻排列的，每個第一區域的區域中 心處會有一個像素點，定義該像素點為第一像素點，某一個第一區域中心在圖像中的二維 坐標，即為該第一區域中第一像素點的二維坐標。
[0065]以某一個第一區域為中心，以一定長度(如2L或3L)為邊長的方形區域為該第一區 域對應的第二區域，定義該第二區域中的pk個像素點中除了第一像素點外的其他pk-l個像 素點為第二像素點。
[0066] 對第一像素點和其他第二像素點分別進行像素特征距離的計算，得到Pk-l個第一 距離值。
[0067] 例如，第i個像素點和第j個像素點之間的第一距離值的計算過程如下：
[0071] 其中，dc為CIELAB色彩空間中的顏色距離，ds為圖像二維空間中的空間距離， N s = L = ?/ΜΤ??,Μ：為圖像中所有像素點中最大的顏色距離。
[0072] 值得注意的是，在本實施例中，選取第一區域鄰近的第二區域中的像素點進行處 理，而不僅僅選取第一區域中的像素點，就是因為像素特征距離的計算包括顏色和距離，是 二者的綜合表現。因此，位于第一區域中的像素點與第一區域中心處的第一像素點的像素 特征距離，并不一定全部小于其臨近區域中的像素點與該第一像素點的像素特征距離。
[0073] A3、如果第一距離值小于第一閾值，則判斷該第一距離值對應的第一像素點和第 二像素點為同類像素點；如果第一距離值不小于第一閾值，則判斷該第一距離值對應的第 一像素點和第二像素點為不同類像素點；第k個第一區域中心處的第一像素點與其同類像 素點共同組成第k個預分割超像素。
[0074]在本實施例中，當某一個第二像素點與第一像素點的第一距離值小于某一個預設 的閾值(第一閾值)時，說明這兩個像素點的相似的程度已經足夠高了，這時可以將這兩個 像素點歸為一類;如果第一距離不小于該第一閾值，則說明二者的相似程度還不夠，不能作 為同一類像素點。同類像素點與對應的第一像素點共同組成一個預分割超像素。
[0075] 優選地，為了便于劃分預分割超像素，可對第一像素點對應的同類像素點進行標 記，而不標記不同類像素點。
[0076] 值得注意到是，預分割超像素并非是一個像素點，而是原始圖像中的一群同類像 素點，此時預分割超像素中的像素點，已經不再是原先劃分的第一區域中的像素點，預分割 超像素對應的區域也不再是方形區域。
[0077] A4、計算第k個預分割超像素的平均像素特征，并記錄第k個預分割超像素的中心 在圖像中的二維坐標。
[0078]具體地，對某一個預分割超像素進行像素特征的求平均處理，計算的方法為：
[0079] X - (Σ?1〇χ?)/Μ? y = (Σ?1〇 yi)/M? 1 - (Σ|1〇Ιι)/Μ? a - (Σ?1〇3?)/Μ> b = (Σ[10 bj)/M,
[0080] 其中，M為預分割超像素中像素點的數量，，/，1'，a'，b' )T即為該預分割超像 素的平均像素特征，（X7)為該預分割超像素的中心在圖像中的二維坐標。
[0081] A5、判斷預分割超像素的中心在圖像中的二維坐標，與其對應第一區域中心在圖 像中的二維坐標之間的第二距離值是否大于第二閾值，若大于，則對該預分割超像素對應 的第一區域的中心進行更新，并重新運行步驟A1;若不大于，則獲取第k個預分割超像素作 為第k個第一超像素。
[0082]本實施例中，由于預分割超像素的中心位置相對第一區域中心位置已經發生了變 化，為了避免分割后的圖像與原圖像的整體位置發生較大的變化，影響分割效果，因此需要 對預分割超像素的中心位置進行限制。
[0083]具體地，定義第二距離值為某一個預分割超像素的中心在圖像中的二維坐標與其 對應第一區域中心在圖像中的二維坐標的差距，每一個預分割超像素都會存在一個第二距 離值。如果某一個預分割超像素的第二距離值大于第二閾值，則說明該分割區域有較大的 變化。
[0084] 具體地，在判斷出分割后的圖像與原圖像的整體位置發生較大的變化后，將當前 預分割超像素的中心的二維坐標作為新一輪的第一區域的中心位置，以對其進行更新，重 新返回步驟A1，進行循環迭代處理。
[0085] 值得注意的是，循環迭代的過程中，原圖像的像素點并沒有發生變化，而是每次迭 代選取的第一區域的中心不同，經過多次迭代后，尋找到發生過大偏移的預分割超像素的 比率不大于第三閾值時，則將當前圖像中的所有預分割超像素作為第一超像素。
[0086] S130,將所有第一超像素映射到RGB色彩空間中，對每個第一超像素中的像素點進 行求平均，得到對應的第二超像素，以所有第二超像素為頂點，以圖像中相鄰第二超像素之 間的相似距離為權值作為邊，構建無向圖；所述相似距離為兩個第二超像素在RGB色彩空間 中的距離。
[0087]具體地，將圖像中的所有第一超像素映射到RGB色彩空間中，第η個像素點在RGB色 彩空間中的三維坐標為(Rn，Gn，Bn)，對第k個第一超像素中的像素點進行求平均，得到對應 的顏色平均像素點，計算公式為：
[0088] Ι? = (Σ[?。Ri) /M'，G'= (Σ?。Gi) /Μ'，B' = (Σ?。Bi) /M'，
[0089] 其中，為第k個第一超像素中的像素點的個數，（RnGnBO為第k個第一超像素中 的第i個像素點在RGB色彩空間中的三維坐標，為得到的第二超像素中像素點 (即顏色平均像素點)在RGB色彩空間中的三維坐標。
[0090] 進一步地，將某一個第一超像素中的所有像素點用這些像素點的顏色平均像素點 來取代，這些新的像素點共同組成第二超像素，即當前得到的圖像，是由許多同種顏色的小 區域組成的圖像，此時的小區域已經不再是規則的方形區域。
[0091] 在本實施例中，通過對得到的第一超像素進行求平均處理，將原有的圖像中的雜 亂的像素點進行了平均，使圖像中的像素點變化平滑，以減少過分割的現象發生，從而提高 了圖像分割效果。
[0092] 具體地，在二維坐標中，以所有第二超像素為頂點，以圖像中相鄰超像素之間的相 似距離為權值作為邊，構建無向圖;所述相似距離為兩個第二超像素在RGB色彩空間中的距 離，即這兩個第二超像素的兩種顏色的色差。
[0093]優選地，第i個第二超像素和第j個第二超像素之間的相似距離w(e)的計算公式為
[0095]其中，（fuG7 為第i個第二超像素中像素點在RGB色彩空間中的三維坐標， (R、，G、，B、)為第j個第二超像素中像素點在RGB色彩空間中的三維坐標。
[0096] S140,根據無向圖中的相似距離滿足預設條件的相鄰兩個第二超像素構成分割區 域，并根據相鄰分割區域中邊的權值大小判斷該相鄰分割區域是否合并。
[0097] 優選地，步驟S120可包括如下細化步驟：
[0098] B1、將無向圖中的相似距離不大于第三距離值的相鄰兩個第二超像素組成一個分 割區域。
[0099]在本實施例中，第三距離值是兩個相鄰第二超像素構成分割區域的初始判斷條 件，如果相鄰兩個第二超像素的相似距離不大于第三距離值，這兩個第二超像素合并成同 一個分割區域;如果大于，則這兩個第二超像素不能合并。
[0100]第三距離值為min(C/|Vi|，C/|Vj| )，Vi與Vj為兩個超像素內像素數量，C為預設常 數，優選地，C = 500。
[0101] B2、對所述無向圖中的每個第二超像素與其相鄰的第二超像素之間的P條邊，按照 權值大小的升序排列，按照順序依次判斷第P條邊連接的兩個第二超像素是否屬于同一分 割區域;P = l、2、3……P。
[0102] 在本實施例中，按照邊的權值大小進行升序排列的目的，是為了在圖像分割的時 候，首先對顏色差距不大的兩個相鄰第二超像素進行判斷;并且，最新合并的分割區域中權 值最大的邊即為當前進行判斷的邊。
[0103] B3、若所述第p條邊連接的兩個第二超像素不屬于同一分割區域，則判斷這兩個第 二超像素對應的兩個分割區域的最大類內差異是否大于連接這兩個分割區域的最小權值， 若大于，則這兩個分割區域合并，若不大于，則這兩個分割區域不合并;兩個分割區域對應 兩個最小生成樹，兩個最小生成樹對應兩個最大權值，這兩個最大權值中的最小值為兩個 分割區域的最大類內差異。
[0104] 具體地，將每個第二超像素認為是一個頂點，相鄰兩個第二超像素SdPSj的連線為 帶有權值w (e)的邊e i j，所有的頂點的集合為S，所有帶權值的邊的集合為E，集合S和集合E構 成了一個完整的無向圖G=(S，E)。
[0105] 本實施例中，兩個分割區域1和％的最大類內差異的計算公式為：
[0106] MInt(Vi，Vj) =min(Int(Vi)+T(Vi)，Int(Vj)+T(Vj))
[0107] 其中，Μ I n t ( V i，V j )為分割區域V i和V j的最大類內差異，Int(Vi)= maXeeMSTO^E；) w(e)，MST(Vi，E)為分割區域Vi的最小生成樹，Int(Vi)為分割區域Vi內最 小生成樹中的最大權值，τ ( v ,)為分割區域v i的閾值函數，Int{>9 = maXeeMSTC^E) w(e)，MST(Vj，e)為分割區域Vj的最小生成樹，Int( Vj)為分割區域Vj內最 小生成樹中的最大權值，τ (Vj)為分割區域Vj的閾值函數。
[0108] 優選地，對于T(Vi)而言，定義
[0109] T(Vi)=C/|Vi
[0110] 其中，Ivd為區域Vi*所有像素點的個數，C為常數。隨著區域增大，|Vi|變大，τ (VO越來越小，其作用忽略不計，即實現了不同大小區域的自適應閾值。C用于控制分割后 的區域大小，若C = 0,導致過分割;若C-+0，整幅圖片會聚為一個區域。因此，隨著C值增 大，分割后的圖片區域增大。τ(ν〇的意義在于，為小區域設定一個可容忍的范圍，即在超像 素特征不同的情況下也可合并。
[0111] 值得注意到是，在11^(1)=0，11^(%)=0時，即以兩個第二超像素為兩個區域進 行合并，此時的情況如同步驟Β1中所示，閾值函數WVi)和T(t)中最小的值即為第三距離 值。
[0112] 本實施例中，兩個分割區域VdP%es的區域間差異，為連接這兩個區域的最小權 值邊，其計算公式為：
[。⑴]Dif(Vi,Vj)二納^
[0114]其中，Dif(Vi，Vj)為連接分割區域Vi和Vj的最小權值，Si為第i個第二超像素，Sj為 與sjg鄰的第j個第二超像素，《((&，&))為第二超像素sdPSii間邊的權值。
[0115]具體地，如果MinWiJOSDif^VhVj)，則兩個分割區域合并為一個，否則不合 并。
[0116] 有公式可知，如果兩個分割區域Vi和Vj中最小的內部差異Int(Vi)或Int(Vj)大于 這兩個分割區域差異DifXVnV」），則說明這兩個區域可以合為一體，否則就不可以合并。
[0117] 在完成上述步驟后，不論相鄰兩個分割區域是否合并，按照順序選擇下一條邊執 行步驟B3,直到遍歷所有排列好的邊，圖像分割完成，此時圖像分割成顏色較為平滑的分割 區域。本實施例中，通過判斷兩個相鄰第二超像素對應的兩個分割區域的最大類內差異是 否大于連接這兩個分割區域的最小權值，來確定這兩個區域是能夠否合并，可使得到的圖 像分割結果有更高的可信度。
[0118] 本發明實施例提供的圖像分割方法，通過利用超像素的原理對圖像進行分割，并 對得到的第一超像素進行求平均處理，將原有的圖像中的雜亂的像素點進行了平均，使圖 像中的像素點變化平滑，以減少過分割的現象發生，從而提高了圖像分割效果。
[0119]實施例二
[0120] 作為上述實施例一的優選方案，與實施例一的不同之處在于，在步驟A4之后，步驟 A5之前，所述方法還包括：
[0121] 若第k個預分割超像素的中心在圖像中的二維坐標與對應第一區域中心在圖像中 的二維坐標的差距大于第三閾值，則將該第k個預分割超像素的中心移動到圖像中與RGB色 彩空間內最小色彩梯度相對應的位置處;所述圖像中與RGB色彩空間內最小色彩梯度相對 應的位置位于以第k個預分割超像素為中心的第三區域內。
[0122] 本實施例中，在計算第一超像素時，得到的某些預分割超像素的中心位置有可能 會處于圖像的邊緣位置或噪聲點處，處于該位置時，由于預分割超像素周圍臨近的區域內 的像素點嚴重不均勻，不能準確顯示該處顏色的具體情況，因此需要對該處的預分割超像 素的中心位置進行調整。
[0123] 具體地，當判斷出某個預分割超像素的中心在圖像中的二維坐標與對應第一區域 中心在圖像中的二維坐標的差距大于第三閾值時，說明此時預分割超像素的中心位置處于 圖像的邊緣位置或噪聲點處，在該預分割超像素為中心的第三區域(如格長為3L的方向區 域）內，尋找RGB色彩空間內最小色彩梯度的位置，將當前預分割超像素的中心位置移動到 該位置。
[0124] 本實施例中，由于最小色彩梯度處顏色變化較慢，色彩較為均勻，因此將預分割超 像素的中心位置移動該處，在保留有效邊界的基礎上，可進一步提高圖像分割的效果。
[0125] 實施例三
[0126] 如圖2所示，為本發明實施例提供的圖像分割裝置的結構示意圖，該裝置用于執行 上述圖1所示的方法，所述裝置包括：
[0127] CIELAB色彩空間映射模塊210,用于將圖像的所有像素點映射到CIELAB色彩空間 中，每個像素點均對應唯一的像素特征;所述像素特征包括對應像素點在圖像上的二維坐 標和映射到CIELAB色彩空間中的三維坐標；
[0128] 第一超像素獲取模塊220,用于將圖像的所有像素點均勻分割成預設的第一超像 素的數量個第一區域，對每個第一區域以及其附近區域內的像素點進行同類像素點的劃 分，得到該第一區域對應的第一超像素；
[0129]第二超像素獲取模塊230，用于將所有第一超像素映射到RGB色彩空間中，對每個 第一超像素中的像素點進行求平均，得到對應的第二超像素，以所有第二超像素為頂點，以 圖像中相鄰第二超像素之間的相似距離作為邊的權值，構建無向圖；所述相似距離為兩個 第二超像素在RGB色彩空間中的距離；
[0130]分割區域合并模塊240,用于根據無向圖中的相似距離滿足預設條件的相鄰兩個 第二超像素構成分割區域，并根據相鄰分割區域中邊的權值大小判斷該相鄰分割區域是否 合并。
[0131] 本發明實施例提供的圖像分割裝置，通過利用超像素的原理對圖像進行分割，并 對得到的第一超像素進行求平均處理，將原有的圖像中的雜亂的像素點進行了平均，使圖 像中的像素點變化平滑，以減少過分割的現象發生，從而提高了圖像分割效果。
[0132] 實施例四
[0133] 作為上述實施例三的優選方案，與實施例三的不同之處在于，所述第一超像素獲 取模塊220包括:像素點劃分單元、第一距離值獲取單元、預分割超像素獲取單元、平均像素 特征計算單元和第一超像素獲取單元(圖中未示出）。
[0134] 像素點劃分單元，用于根據預設的第一超像素的個數K，對圖像的所有N個像素點 進行二維坐標的均勻劃分，得到K個第一區域，每個第一區域由N/K個像素點組成;所述每個 第一區域的格長均為L =
[0135] 第一距離值獲取單元，連接像素點劃分單元，用于對第k個第一區域中心處的第一 像素點與以該第一區域為中心的第二區域內的其他所有第二像素點進行像素特征距離的 計算，得到Pk-Ι個第一距離值，并記錄第k個第一區域中心在圖像中的二維坐標;P k為第k個 第一區域對應第二區域內所有像素點的個數，k=l、2、3……K;
[0136] 預分割超像素獲取單元，連接第一距離值獲取單元，用于如果第一距離值小于第 一閾值，則判斷該第一距離值對應的第一像素點和第二像素點為同類像素點；如果第一距 離值不小于第一閾值，則判斷該第一距離值對應的第一像素點和第二像素點為不同類像素 點;第k個第一區域中心處的第一像素點與其同類像素點共同組成第k個預分割超像素；
[0137] 平均像素特征計算單元，連接預分割超像素獲取單元，用于計算第k個預分割超像 素的平均像素特征，并記錄第k個預分割超像素的中心在圖像中的二維坐標；
[0138] 第一超像素獲取單元，連接平均像素特征計算單元，用于判斷預分割超像素的中 心在圖像中的二維坐標，與其對應第一區域中心在圖像中的二維坐標之間的第二距離值是 否大于第二閾值，若大于，則對該預分割超像素對應的第一區域的中心進行更新，并重新運 行步驟A1;若不大于，則獲取第k個預分割超像素作為第k個第一超像素。
[0139] 本實施例的圖像分割裝置，在圖2所述的圖像分割裝置的基礎上，采用了循環迭代 的方式，可避免分割后的圖像與原圖像的整體位置發生較大的變化，提高了圖像分割效果。
[0140] 實施例五
[0141]作為上述實施例三的優選方案，與實施例三的不同之處在于，所述分割區域合并 模塊230,包括:分割區域生成單元、分割區域判斷單元和分割區域合并單元(圖中未示出）。
[0142] 分割區域生成單元，用于將無向圖中的相似距離不大于第三距離值的相鄰兩個第 二超像素組成一個分割區域；
[0143] 分割區域判斷單元，與分割區域生成單元連接，用于對所述無向圖中的每個第二 超像素與其相鄰的第二超像素之間的P條邊，按照權值大小的升序排列，按照順序依次判斷 第P條邊連接的兩個第二超像素是否屬于同一分割區域;P = l、2、3……P;
[0144] 分割區域合并單元，與分割區域判斷單元連接，用于若所述第p條邊連接的兩個第 二超像素不屬于同一分割區域，則判斷這兩個第二超像素對應的兩個分割區域的最大類內 差異是否大于連接這兩個分割區域的最小權值，若大于，則這兩個分割區域合并，若不大 于，則這兩個分割區域不合并;兩個分割區域對應兩個最小生成樹，兩個最小生成樹對應兩 個最大權值，這兩個最大權值中的最小值為兩個分割區域的最大類內差異。
[0145] 本實施提供的圖像分割裝置，在圖2所述的圖像分割裝置的基礎上，可通過判斷 兩個相鄰第二超像素對應的兩個分割區域的最大類內差異是否大于連接這兩個分割區域 的最小權值，來確定這兩個區域是能夠否合并，使得到的圖像分割結果更有可信度。
[0146] 實施例六
[0147] 作為上述實施例三的優選方案，與實施例三的不同之處在于，所述裝置還包括：
[0148] 預分割超像素移動模塊（圖中未示出），連接第二超像素獲取模塊和分割區域合并 模塊，用于若第k個預分割超像素的中心在圖像中的二維坐標與對應第一區域中心在圖像 中的二維坐標的差距大于第三閾值，則將該第k個預分割超像素的中心移動到圖像中與RGB 色彩空間內最小色彩梯度相對應的位置處;所述圖像中與RGB色彩空間內最小色彩梯度相 對應的位置位于以第k個預分割超像素為中心的第三區域內。
[0149] 本實施例的圖像分割裝置，在圖2所述的圖像分割裝置的基礎上，可進一步避免預 分割超像素的中心位置處于圖像的邊緣位置或噪聲點處，在保留有效邊界的基礎上，可進 一步提高圖像分割的效果。
[0150]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實 體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存 在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋 非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要 素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備 所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個……"限定的要素，并不排除在 包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0151] 本說明書中的各個實施例均采用相關的方式描述，各個實施例之間相同相似的部 分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于系統實 施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例 的部分說明即可。
[0152] 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在 本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護范 圍內。
【主權項】
1. 一種圖像分割方法，其特征在于，所述方法包括： 將圖像的所有像素點映射到CKLAB色彩空間中，每個像素點均對應唯一的像素特征； 所述像素特征包括對應像素點在圖像上的二維坐標和映射到CIELAB色彩空間中的Ξ維坐 標； 將圖像的所有像素點均勻分割成預設的第一超像素的數量個第一區域，對每個第一區 域W及其附近區域內的像素點進行同類像素點的劃分，得到該第一區域對應的第一超像 素； 將所有第一超像素映射到RGB色彩空間中，對每個第一超像素中的像素點進行求平均， 得到對應的第二超像素，W所有第二超像素為頂點，W圖像中相鄰第二超像素之間的相似 距離作為邊的權值，構建無向圖；所述相似距離為兩個第二超像素在RGB色彩空間中的距 離； 根據無向圖中的相似距離滿足預設條件的相鄰兩個第二超像素構成分割區域，并根據 相鄰分割區域中邊的權值大小判斷該相鄰分割區域是否合并。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將圖像的所有像素點均勻分割成預設 的第一超像素的數量個第一區域，對每個第一區域W及其附近區域內的像素點進行同類像 素點的劃分，得到該第一區域的第一超像素，包括： A1、根據預設的第一超像素的個數K，對圖像的所有N個像素點進行二維坐標的均勻劃 分，得到K個第一區域，每個第一區域由N/K個像素點組成;所述每個第一區域的格長均為 L - vWK; A2、對第k個第一區域中屯、處的第一像素點與W該第一區域為中屯、的第二區域內的其 他所有第二像素點進行像素特征距離的計算，得到Pk-1個第一距離值，并記錄第k個第一區 域中屯、在圖像中的二維坐標;Pk為第k個第一區域對應第二區域內所有像素點的個數，k = 1、2、3......K； A3、如果第一距離值小于第一闊值，則判斷該第一距離值對應的第一像素點和第二像 素點為同類像素點；如果第一距離值不小于第一闊值，則判斷該第一距離值對應的第一像 素點和第二像素點為不同類像素點；第k個第一區域中屯、處的第一像素點與其同類像素點 共同組成第k個預分割超像素； A4、計算第k個預分割超像素的平均像素特征，并記錄第k個預分割超像素的中屯、在圖 像中的二維坐標； A5、判斷預分割超像素的中屯、在圖像中的二維坐標，與其對應第一區域中屯、在圖像中 的二維坐標之間的第二距離值是否大于第二闊值，若大于，則對該預分割超像素對應的第 一區域的中屯、進行更新，并重新運行步驟A1;若不大于，則獲取第k個預分割超像素作為第k 個第一超像素。3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據無向圖中的相似距離滿足預設條 件的相鄰兩個第二超像素構成分割區域，并根據相鄰分割區域中邊的權值大小判斷該相鄰 分割區域是否合并，包括： 將無向圖中的相似距離不大于第Ξ距離值的相鄰兩個第二超像素組成一個分割區域； 對所述無向圖中的每個第二超像素與其相鄰的第二超像素之間的P條邊，按照權值大 小的升序排列，按照順序依次判斷第P條邊連接的兩個第二超像素是否屬于同一分割區域； P二 1、2、3......P; 若所述第P條邊連接的兩個第二超像素不屬于同一分割區域，則判斷運兩個第二超像 素對應的兩個分割區域的最大類內差異是否大于連接運兩個分割區域的最小權值，若大 于，則運兩個分割區域合并，若不大于，則運兩個分割區域不合并;兩個分割區域對應兩個 最小生成樹，兩個最小生成樹對應兩個最大權值，運兩個最大權值中的最小值為兩個分割 區域的最大類內差異。4. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟A4之后，步驟A5之前，所述方法還包 括： 若第k個預分割超像素的中屯、在圖像中的二維坐標與對應第一區域中屯、在圖像中的二 維坐標的差距大于第Ξ闊值，則將該第k個預分割超像素的中屯、移動到圖像中與RGB色彩空 間內最小色彩梯度相對應的位置處;所述圖像中與RGB色彩空間內最小色彩梯度相對應的 位置位于W第k個預分割超像素為中屯、的第Ξ區域內。5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對每個第一超像素中的像素點進行求 平均的計算公式為：其中，為第k個第一超像素中的像素點的個數，（Ri，Gi，Bi)為第k個第一超像素中的第 i個像素點在RGB色彩空間中的Ξ維坐標，（R/，護，β/ )為得到的第二超像素中像素點在RGB 色彩空間中的Ξ維坐標。6. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述兩個分割區域的最大類內差異的計算 公式為： MInt(Vi,Vj)=min(Int(Vi)+T(Vi) ,Int(Vj)+T(Vj)) 其中，MInt(Vi，Vj)為分割區域Vi和Vj的最大類內差異，Int(Vi)= maXe:eM:ST(Vi,E)'w(e)，Iηt (Vi)為分割區域Vi內最小生成樹中的最大權值，MST (Vi, E)為分割 區域Vi的最小生成樹，T(Vi)為分割區域Vi的闊值函數，二maXeeMST(Vjj、:) w(e)， Int(Vj)為分割區域Vj內最小生成樹中的最大權值，MST(Vj，E)為分割區域Vj的最小生成樹， τ(ν^)為分割區域Vj的闊值函數，E為所有帶權值的邊的集合； 所述連接兩個分割區域的最小權值的計算公式為：其中，Dif (Vi, Vj)為連接分割區域Vi和Vj的最小權值，Si為第i個第二超像素，S巧與Si相 鄰的第j個第二超像素，w( (Si ,?))為第二超像素 Si和Si之間邊的權值。7. -種圖像分割裝置，其特征在于，所述裝置包括： CIELAB色彩空間映射模塊，用于將圖像的所有像素點映射到CIELAB色彩空間中，每個 像素點均對應唯一的像素特征;所述像素特征包括對應像素點在圖像上的二維坐標和映射 至化IELAB色彩空間中的Ξ維坐標； 第一超像素獲取模塊，用于將圖像的所有像素點均勻分割成預設的第一超像素的數量 個第一區域，對每個第一區域w及其附近區域內的像素點進行同類像素點的劃分，得到該 第一區域對應的第一超像素； 第二超像素獲取模塊，用于將所有第一超像素映射到RGB色彩空間中，對每個第一超像 素中的像素點進行求平均，得到對應的第二超像素，W所有第二超像素為頂點，W圖像中相 鄰第二超像素之間的相似距離作為邊的權值，構建無向圖；所述相似距離為兩個第二超像 素在RGB色彩空間中的距離； 分割區域合并模塊，用于根據無向圖中的相似距離滿足預設條件的相鄰兩個第二超像 素構成分割區域，并根據相鄰分割區域中邊的權值大小判斷該相鄰分割區域是否合并。8. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一超像素獲取模塊，包括： 像素點劃分單元，用于根據預設的第一超像素的個數K，對圖像的所有N個像素點進行 二維坐標的均勻劃分，得到K個第一區域，每個第一區域由N/K個像素點組成;所述每個第一 區域的格長均為L二 第一距離值獲取單元，用于對第k個第一區域中屯、處的第一像素點與W該第一區域為 中屯、的第二區域內的其他所有第二像素點進行像素特征距離的計算，得到Pk-1個第一距離 值，并記錄第k個第一區域中屯、在圖像中的二維坐標;Pk為第k個第一區域對應第二區域內 所有像素點的個數，k=l、2、3 K; 預分割超像素獲取單元，用于如果第一距離值小于第一闊值，則判斷該第一距離值對 應的第一像素點和第二像素點為同類像素點；如果第一距離值不小于第一闊值，則判斷該 第一距離值對應的第一像素點和第二像素點為不同類像素點；第k個第一區域中屯、處的第 一像素點與其同類像素點共同組成第k個預分割超像素； 平均像素特征計算單元，用于計算第k個預分割超像素的平均像素特征，并記錄第k個 預分割超像素的中屯、在圖像中的二維坐標； 第一超像素獲取單元，用于判斷預分割超像素的中屯、在圖像中的二維坐標，與其對應 第一區域中屯、在圖像中的二維坐標之間的第二距離值是否大于第二闊值，若大于，則對該 預分割超像素對應的第一區域的中屯、進行更新，并重新運行步驟A1;若不大于，則獲取第k 個預分割超像素作為第k個第一超像素。9. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述分割區域合并模塊，包括： 分割區域生成單元，用于將無向圖中的相似距離不大于第Ξ距離值的相鄰兩個第二超 像素組成一個分割區域； 分割區域判斷單元，用于對所述無向圖中的每個第二超像素與其相鄰的第二超像素之 間的P條邊，按照權值大小的升序排列，按照順序依次判斷第P條邊連接的兩個第二超像素 是否屬于同一分割區域;P = l、2、3 P; 分割區域合并單元，用于若所述第P條邊連接的兩個第二超像素不屬于同一分割區域， 則判斷運兩個第二超像素對應的兩個分割區域的最大類內差異是否大于連接運兩個分割 區域的最小權值，若大于，則運兩個分割區域合并，若不大于，則運兩個分割區域不合并;兩 個分割區域對應兩個最小生成樹，兩個最小生成樹對應兩個最大權值，運兩個最大權值中 的最小值為兩個分割區域的最大類內差異。10. 根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括： 預分割超像素移動模塊，用于若第k個預分割超像素的中屯、在圖像中的二維坐標與對 應第一區域中屯、在圖像中的二維坐標的差距大于第Ξ闊值，則將該第k個預分割超像素的 中屯、移動到圖像中與RGB色彩空間內最小色彩梯度相對應的位置處;所述圖像中與RGB色彩 空間內最小色彩梯度相對應的位置位于W第k個預分割超像素為中屯、的第Ξ區域內。
【文檔編號】G06T7/00GK106097313SQ201610383908
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月2日 公開號201610383908.4, CN 106097313 A, CN 106097313A, CN 201610383908, CN-A-106097313, CN106097313 A, CN106097313A, CN201610383908, CN201610383908.4
【發明人】盧明, 趙海英, 賈耕云
【申請人】甘肅讀者動漫科技有限公司, 北京郵電大學世紀學院