[发明专利]一种基于软聚类的图像保边滤波方法

说明书

本发明公开了一种基于软聚类的图像保边滤波方法，给定用户输入的图像以及参数，首先对图像进行软聚类得到隶属度矩阵，之后基于隶属度矩阵得到仿射矩阵，最后将仿射矩阵应用于滤波得到输出图像。为了对图像进行软聚类，本发明提出了一种基于迭代的图像保边滤波方法，通过迭代更新类中心和隶属度矩阵，对聚类结果不断求精。本发明方法在保证了滤波速度的同时，能够克服光晕、强度漂移伪像，取得了较好的保边滤波效果。

技术领域

本发明属于计算摄影技术领域，具体是一种基于软聚类的图像保边滤波方法。

背景技术

传统的滤波器如均值滤波、高斯滤波等会过于模糊图像即在模糊图像细节的同时会将图像的结构破坏掉。为了解决这一问题，研究人员提出了保边滤波器，在滤波过程中能够有效的保留图像中的边缘信息。保边滤波器具有重大的理论价值和实际意义，广泛被用于实际应用当中，如图像增强，HDR高动态范围影像，人像磨皮等。

现有的保边滤波器可分为局部保边滤波器及全局保边滤波器。局部保边滤波器将图像中每个像素点替换为临近像素的加权平均，如双边滤波器、引导滤波器等，优点是大部分局部保边滤波器计算速度很快，但缺点是会在结果图像中的边缘附近产生光晕伪像；全局保边滤波器将整个滤波过程建模成一个最优化问题去求解，如梯度L0范数平滑即L0Smoothing、加权最小二乘滤波器WLS等，优点是能够较好的抑制光晕伪像的产生，但是通常求解最优化问题计算太过耗时，并且可能会使得结果图像产生强度漂移伪像。因此需要提出一种更优的保边滤波方法，能够克服现有保边滤波方法中的不足。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于软聚类的图像保边滤波方法，能够在快速滤波的同时，将图像中显著的边缘很好地保留住，既能较好地抑制局部保边滤波器的光晕伪像，又能较好地抑制现有全局保边滤波器的强度漂移伪像，并且具有较高的计算效率。

一种基于软聚类的图像保边滤波方法，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。

进一步，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：