基于期望最大理論的無監(jiān)督圖像分割

本文提出了一種新的基于期望最大化以及貝葉斯信息準(zhǔn)則的圖像分割方法。首先，運
用K 均值方法初始化圖像分布，運用期望最大算法估計輸入圖像參數(shù)數(shù)據(jù)，且圖像中類的數(shù)目由貝葉斯消息準(zhǔn)則自動確定。運用最大似然標(biāo)準(zhǔn)將像素歸類于最相近的類中。本法的優(yōu)點在于不過分依賴于原始估計，可以用來進(jìn)行無監(jiān)督的圖像的分割。運用兩幅真實圖像進(jìn)行了實驗，結(jié)果表明此方法有效。
關(guān)鍵詞 期望最大 貝葉斯信息準(zhǔn)則 圖像分割
圖像分割技術(shù)被用于很多實際應(yīng)用中。根據(jù)分割結(jié)果，我們就有可能識別出感興趣的區(qū)
域或者復(fù)雜背景下的目標(biāo)。這對圖像的進(jìn)一步分析和解釋很有幫助。例如很多通信技術(shù)都需要很高的壓縮比來節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源。從圖像中識別分離出目標(biāo)并僅對目標(biāo)進(jìn)行壓縮，這是一條有效的節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源的方法。所以，圖像分割在信息分離領(lǐng)域尤其重要。圖像分割可以定義為：將圖像分割成具有相同性質(zhì)的各個區(qū)域的過程。對于灰度圖分割，通常有三種常用的方法：直方圖門限法，基于邊緣的方法，基于區(qū)域的方法。近來，隨著高斯混合模型理論的發(fā)展，基于此理論的圖像分割方法也經(jīng)常用到[1][2]。
有些文獻(xiàn)提出了一種基于極大似然估計的圖像分割方法，觀測到的圖像被看作是多變量
密度的混合體，運用最大期望算法估計混合參數(shù)。最后利用最大似然估計將像素點分類。實驗結(jié)果表明，這是一種有效并且穩(wěn)定的圖像分割方法[3]。但它的一個主要的缺點是認(rèn)為高斯混合模型的各類已知，故不能認(rèn)為此方法是完全的無監(jiān)督圖像分割方法。圖像分割中期望最大方法的另一個問題是參數(shù)的初始估計，這在很大程度上影響著分割結(jié)果。隨機(jī)抽樣是一種簡單的方法，當(dāng)抽樣的數(shù)據(jù)較大時這種方法的分割結(jié)果較好，但卻大大延長了計算時間。在抽樣數(shù)目較小的時候，很多小的區(qū)域可能抽取不到，這就導(dǎo)致分割的結(jié)果比較粗糙[4]。
在本文的方法中，運用K 均值算法對高斯混合參數(shù)進(jìn)行初始化。在期望最大算法中引入
貝葉斯信息準(zhǔn)則可以實現(xiàn)對混合模型類的數(shù)目的自動計算。這種方法集參數(shù)估計與模型選擇于一體，這樣，才是真正的無監(jiān)督分割方法。本文第二部分，簡述有限高斯混合模型并提出了“期望最大+貝葉斯信息準(zhǔn)則”算法。在第三部分，給出了完整的分割方法。第四部分為實驗，運用合成圖像及真實圖像進(jìn)行分割。最后為結(jié)論。