图像分割方法、电子设备及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其是指一种图像分割方法、电子设备及计算机可读存储介质。

背景技术

图像分割是图像处理领域中的重要研究课题，它将图像划分成若干个互不重叠的区域，并从中提取感兴趣的目标（如前景、背景），为后续的图像目标识别与特征分析打下了基础。

主动轮廓模型是近几十年来最具代表性的图像分割方法，也是目前图像分割方法的研究热点。主动轮廓模型的基本思想是在图像上设置一个初始轮廓线，用基于水平集方法的能量函数驱动轮廓线演化，使其逼近目标边界，实现目标分割。该类算法可以获得目标边界亚像素级别的精确度，提供光滑的封闭轮廓作为分割结果。

目前主流的主动轮廓模型主要存在以下技术问题：对局部区域灰度不均分割效果不佳，无法分辨出图像中的一些虚假的目标。因此，目前亟需一种新的图像分割方法来解决上述问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种可有效分割灰度不均匀图像，且分割精度高的图像分割方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种图像分割方法，其包括以下步骤：

S1、在目标图像中设置初始轮廓线，并用初始水平集函数来表示所述初始轮廓线；

S2、对所述初始水平集函数进行更新迭代；第n次迭代时的水平集函数为：

，其中，/>

S3、将最后一次迭代得到的水平集函数作为目标图像的分割曲线。

在本发明的一个实施例中，第n-1次迭代时的梯度下降方程为：

，其中，/>

在本发明的一个实施例中，目标图像灰度的标准差为：

，

其中，

在本发明的一个实施例中，所述初始水平集函数为：

。

在本发明的一个实施例中，步骤S3包括：

当

在本发明的一个实施例中，

在本发明的一个实施例中，

本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一项所述方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

本发明还提供了一种图像分割系统，其包括以下模块：

初始水平集模块，用于在目标图像中设置初始轮廓线，并用初始水平集函数来表示所述初始轮廓线；

迭代模块，用于对所述初始水平集函数进行更新迭代；第n次迭代时的水平集函数为：

，其中，/>

分割曲线确定模块，用于将最后一次迭代得到的水平集函数作为目标图像的分割曲线。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明的图像分割方法通过设置初始水平集函数，在每次迭代时，采用优化的水平集函数对离散水平集函数进行更新。其中，通过均值滤波器来代替传统主动轮廓模型中的长度项，用于平滑分割曲线；通过激活函数来代替传统主动轮廓模型中的距离规则项，用于使水平集函数在迭代的过程中始终保持轮廓线上和轮廓线内部值为负，而轮廓线外部值为正的规则。从而实现对灰度不均匀的图像的理想的分割效果，并且在分割速度和分割精确度上均具有优势。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例中图像分割方法的流程图；

图2是本发明实施例中图像分割方法的原理图；

图3是利用本发明实施例中图像分割方法对灰度不均匀图像进行分割的示意图；

图4是利用本发明实施例中图像分割方法对噪声的鲁棒性示意图；

图5是本发明实施例中利用不同模型对图像进行分割的对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

参照图1所示，本实施例公开了一种图像分割方法，其包括以下步骤：

步骤S1、在目标图像中设置初始轮廓线，并用初始水平集函数来表示所述初始轮廓线；

具体地，参照图2，对于目标图像I，其连续的图像域是

进一步地，基于水平集方法，用初始水平集函数

具体地，所述初始水平集函数表示为：

。

步骤S2、对所述初始水平集函数进行更新迭代；第n次迭代时的水平集函数为：

，其中，/>

具体地，激活函数softsign的定义为：

具体地，第n-1次迭代时的梯度下降方程为：

，其中，/>

进一步地，目标图像灰度的标准差为：

，

其中，

步骤S3、将最后一次迭代得到的水平集函数作为目标图像的分割曲线。

具体地，当

本实施例中提出的图像阴影值

本实施例中的优化长度项计算方法中，

为了证明本发明的有效性，通过计算机实验的方法来验证所提出的方法的性能，并和两个乘性偏场模型进行对比实验。

A.实验条件：

所有实验均在2.6-GHz英特尔酷睿i5个人计算机上的MATLAB2015b中实现。实验所用图像均来自标准图库。彩色图像在分割前会转化为灰度图像。在所有实验中，矩形实线表示初始轮廓线，虚线表示最终分割曲线。

B.实验步骤：

设置参数如下：

C.实验结果如下：

(1)分割实验

从BSDS图库中挑选5张灰度不均匀的图像，用本发明的图像分割方法对这五张图像进行分割。如图3所示，第一列为原始图像和初始轮廓，第二列为图像阴影，第三列为第n次迭代时的

表1 本发明图像分割方法对五张图像的迭代次数和分割用时

(2)噪声鲁棒性实验

为了评估本发明图像分割方法对噪声的鲁棒性，从BSDS图库中选取5张灰度图像，人为添加均值为0、方差为0.03的高斯噪声，用本发明图像分割方法分别对原图像和添加噪声后的图像进行分割。如图4所示，第一列为原始图像和初始轮廓，第二列为本发明图像分割方法对原始图像的分割结果，第三列为本发明图像分割方法对添加噪声后的图像的分割结果。无噪声和有噪声图像接近的分割结果表明本发明图像分割方法对噪声具有鲁棒性。

(3)对比实验

从BSDS图库中挑选7张复杂彩色图像，分别用PBCACM(pre-fitting biascorrection active contour model，预拟合偏场矫正主动轮廓模型)、JDACM （Jeffreysdivergence active contour model，Jeffreys散度主动轮廓模型）和本发明中图像分割方法对这7张图像进行分割。如图5所示，第一列为原始图像和初始轮廓，第二列为PBC模型的分割结果，第三列为JDACM模型的分割结果，第四列为本发明图像分割方法的分割结果。

表2 三个模型的分割用时(秒)

表3三个模型的DSC和IOU(DSC/IOU)

表2是三个模型的分割用时，从表中数据可以看出ERSI模型在速度上优于其他模型。用DSC(Dice Similariy Coefficient，Dice相似系数)和IOU(Intersection of Union，重叠度)这两个参考标准定量比较各个模型的分割精确度。DSC的定义为

实施例二

本实施例公开了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中所述方法的步骤。

实施例三

本实施例公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例一中所述方法的步骤。

实施例四

本实施例公开了一种图像分割系统，其包括以下模块：

初始水平集模块，用于在目标图像中设置初始轮廓线，并用初始水平集函数来表示所述初始轮廓线；

迭代模块，用于对所述初始水平集函数进行更新迭代；第n次迭代时的水平集函数为：

，其中，/>

分割曲线确定模块，用于将最后一次迭代得到的水平集函数作为目标图像的分割曲线。

本发明实施例中的图像分割系统用于实现前述的图像分割方法，因此该系统的具体实施方式可见前文中的图像分割方法的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。

另外，由于本实施例的图像分割系统用于实现前述的图像分割方法，因此其作用与上述方法的作用相对应，这里不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。