[发明专利]一种基于软聚类的图像保边滤波方法

权利要求书

1.一种基于软聚类的图像保边滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，设定聚类数k和色彩衰减系数σ_r，选择需要滤波处理的原图像I，读取图像中每个像素的RGB三通道值及位置坐标h、v，组成五维向量(r,g,b,h,v)，其中，h为像素点的横坐标，v为像素点的纵坐标。

步骤2，对图像进行软聚类；

步骤2.1，根据图像的总像素个数N以及设置的聚类中心数量k，将分割区域的中心位置作为聚类中心C_j，j＝1、2、…、k；

步骤2.2，计算像素点X_i到聚类中心C_j的隶属度矩阵；

步骤2.3，根据所设置的迭代次数m，迭代更新聚类中心和隶属度矩阵；

步骤3，利用完成迭代结束得到的隶属度矩阵U构造滤波矩阵

步骤4，基于滤波矩阵对输入图像进行滤波处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于软聚类的图像保边滤波方法，其特征在于，所述步骤2.2中计算像素点X_i到聚类中心C_j的隶属度矩阵的方法为：

步骤2.2.1，像素点X_i到聚类中心C_j的隶属度计算方法为：

以聚类中心周围的tσ_s×tσ_s为搜索空间，计算像素点到聚类中心的位置以及RGB三通道的距离，再使用高斯核函数计算像素点到聚类中心的隶属度，像素点X_i到类中心C_j的隶属度表示为：

其中，u_ij为像素点X_i到类中心C_j的隶属度，i＝1、2、…、N,j＝1、2、…、k，分别表示像素点X_i的横坐标、纵坐标；分别表示像素点X_i红、绿、蓝三个通道的值，分别表示聚类中心C_j的横坐标、纵坐标，分别表示聚类中心C_j红、绿、蓝三个通道的值；σ_s是位置衰减系数，σ_r是色彩衰减系数；

步骤2.2.2，基于所计算出的隶属度构建隶属度矩阵；由所有像素点到所有类中心隶属度构建隶属度矩阵U，其中，U矩阵第i行第j列的元素为u_ij。

3.根据权利要求2所述的一种基于软聚类的图像保边滤波方法，其特征在于，迭代更新聚类中心和隶属度矩阵的过程为：

步骤2.3.1，更新聚类中心：在第二次及之后的迭代中，利用上一次迭代中所得到的隶属度矩阵U对像素点做加权平均，第j个类的类中心C_j可通过如下公式求解：

其中，是像素点X_i特征的五维向量，是聚类中心C_j特征的五维向量；

步骤2.3.2，每次完成迭代后，再计算像素点X_i到更新后的聚类中心C_j的隶属度；根据步骤2.2.2的方法构建迭代后的隶属度矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种基于软聚类的图像保边滤波方法，其特征在于，构造滤波矩阵的方法为：将得到的隶属度矩阵乘以其转置得到仿射矩阵A，即A＝UU^T，对仿射矩阵A每行进行行和归一化，即每个元素除以所在行元素的和，得到N×N维的滤波矩阵的第i行第j列的元素表示为

5.根据权利要求1所述的一种基于软聚类的图像保边滤波方法，其特征在于，所述步骤4中滤波处理的过程为：用滤波矩阵分别乘以输入图像I的RGB三个通道的向量，得到输出图像Y的RGB三个通道向量，将每个通道的向量按照与输入图像I相同的顺序排列成2维拼接到一起，即得到滤波输出图像。