[发明专利]一种融合直连通约束的图像分割方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉、计算机图形学、图像处理等交叉领域，涉及一种融合直连通约束的交互式图像分割方法。

背景技术

交互式图像分割是通过少量用户交互指定部分前、背景，然后利用算法实现将感兴趣的对象物从图像中分割出来的过程。图像分割可应用在图像合成、影视制作，以及医学图像分析等领域。交互式图像分割所用优化算法类型多样。其中，由于图割算法能够得到能量函数的最优解而得到广泛关注。

当前基于图割算法的交互式图像分割方法，需要用户交互式指定少量前/背景像素或超像素，用以建立前/背景的颜色分布。然后，建立能量函数，包含：1）颜色约束，2）梯度约束。考虑到待分割的对象多是自联通的，而颜色和梯度约束并没有从自联通方面加以约束。如果能加入自联通约束，将会改进分割算法的效果和效率。现有工作中也有将连通性约束融入能量函数中的。然而，这些连通约束过于复杂，严重影响了计算速度。

发明内容

本发明的目的是探索简单但有效的连通约束，以及融合连通约束的分割方法，提高分割过程的效率。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：用户通过应用程序的用户接口，交互式指定部分前、背景。然后，建立指定部分前、背景的颜色模型。构造用于分割的图G以及能量函数。能量函数包含颜色约束和梯度约束，以及本发明所提出的直连通约束。最后，采用图割算法求解函数最小值，得到分割结果。若用户对分割结果不满意可以再次添加前背景线索，流程重复循环执行，直至得到满意的分割效果。

与现有技术相比，本发明的创新之处在于：首次提出融合直连通约束的分割方法。相比仅有颜色和梯度约束的传统方法，在相同交互量的前提下，本发明在处理自联通对象分割时，分割效果更好。

附图说明

图1为本发明所涉及的方法流程图；

图2为本发明所涉及的直连通区域计算示意图；

图3为多区域直连通约束示意图；

图4为本发明应用实例实验结果：(a)列为输入的图像以及本发明方法和对比方法所用的前、背景线索，深色为前景，浅色为背景；(b)列为本发明的分割结果；(c)列是对比方法的分割结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明的流程如图1所示，具体包括如下步骤：

步骤一，添加前、背景线索。

读入一幅图像之后，用户通过界面指定部分前背景像素。本发明采用Yin Li等人于2004年在《ACM Transactions on Graphics》上发表的论文“lazy snapping”中用到的方式，即通过鼠标、触摸屏或者手写笔等输入设备，在图像上勾画不同颜色的线条，来指定部分前、背景像素。如图4(a)列所示，深色线条覆盖的像素属于前景，浅色线条覆盖的像素属于背景。

步骤二，构造图与能量函数。

图像可以表示成一个无向图G＝<ν,ε>。ν为图G中的节点集合，ε为边的集合。图G中的每个节点p(p∈v)，对应图像的一个像素或过分割后的超像素。假定交互式标定的部分前景像素属于集合F，背景像素属于集合B，其余像素属于集合U，则图像分割可视为一个二元标记问题，即为集合U中的每个节点分配一个唯一的标记l_p，l_p∈{1,0}分别表示前景和背景。上述标记分配问题可通过最小化以下能量函数求解：