基于模糊C均值聚类方法的图像分割算法研究

摘要

图像分割是图像处理和计算机视觉研究领域中的一个经典问题，是图像处理过程中一个极为重要的环节。也是实现图像处理到图像分析之间的关键步骤。目前，图像分割技术已被广泛应用到多个领域，如计算机视觉、模式识别、医学图像处理、航空航天以及卫星遥感等。
　　聚类分析作为一种非监督聚类方法，是指将物理或抽象对象的集合分组成为由类似的对象组成的多个类的分析过程，是机器学习领域中的一个重要方向。所谓聚类就是将没有类别标记的样本集按某种准则划分成若干类，使类内样本的相似性尽可能大，而类间样本相似性尽可能小。聚类分析的研究主要以聚类算法为主，聚类算法是有一种有效的图像分割算法，也是目前较常用的分割算法。由于图像本身存在着模糊性和不确定性，而模糊理论可以很好地刻画这种特性，研究者们将模糊理论引入到图像分割技术中，而引入模糊理论的模糊聚类算法为图像分割提供了模糊处理能力，模糊C均值聚类算法是目前应用最广泛的模糊聚类算法之一，但其依然存在一些缺点，如对噪声图像非常敏感，无法有效分割噪声图像。本文针对这一现状，在经典模糊C均值聚类算法的基础上，研究如何提高在处理噪声图像时算法的整体性能，对图像分割中的模糊聚类算法做了深入的研究和探讨，本文的主要工作包括如下:
　　(1)介绍图像分割的概念、意义及研究发展现状。
　　(2)对模糊聚类理论的基本内容作系统的介绍，简单介绍各类聚类算法，详细阐述硬聚类算法和模糊C均值聚类算法及集中常见的FCM改进算法。
　　(3)将Gibbs随机场理论融入到模糊C均值聚类算法中，把像素的Gibbs先验概率以因子形式与像素的隶属度结合，提出一种改进的模糊C均值聚类算法，提高了算法在处理噪声图像时的分割精度。
　　(4)在模糊C均值聚类算法的基础上，引入Gibbs随机场和高斯核函数理论，改变了经典模糊C均值算法中的欧式距离公式，在高斯核函数中引入像素的邻域灰度均值信息，提出一种新的改进算法，实现了算法在有效处理图像噪声的同时保留较多的图像细节。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 图像分割技术概述

1．1．1 图像分割的定义

1．1．2 图像分割的方法

1．2 图像分割的意义和研究现状

1．2．1 图像分割的意义

1．2．2 图像分割的研究现状

1．3 论文主要内容及章节安排

1．4 本章小结

第二章 基于模糊聚类理论的图像分割技术

2．1 聚类理论

2．1 模糊理论

2．2．1 模糊理论概述

2．2．2 模糊集合论概述

2．3 聚类算法

2．3．1 非参数聚类算法

2．3．2 参数聚类算法

2．3．3 硬聚类算法

2．3．4 模糊C均值的聚类算法

2．3．5 几种FCM改进算法

2．4 本章小结

第三章 基于FCM和Gibbs随机场的融合算法

3．1 引言

3．2 Gibbs随机场理论及其相关改进方法

3．2．1 Markov与Gibbs随机场

3．2．2 结合Gibbs随机场的FCM改进方法

3．3 基于FCM和Gibbs随机场的融合算法

3．4 实验分析

3．4．1 实验一 人工合成图像的分割

3．4．2 实验二 脑部图像的分割

3．5 本章小结

第四章 基于Gibbs随机场和高斯核函数的FCM改进算法

4．1 引言

4．2 理论基础

4．2．1 FCM算法和Gibbs随机场

4．2．2 高斯核函数

4．3 基于Gibbs随机场和高斯核函数的FCM改进算法-MGKFCM

4．4 实验及结果分析

4．4．1 实验一 脑部图像的分割

4．4．2 实验二 人工合成图像的分割

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

硕士期间发表的论文和参与的项目

致谢