第34卷第4期 光电工程V ol.34, No.4 2007年4月Opto-Electronic Engineering April, 2007文章编号：1003-501X(2007)04-0114-06
基于空间邻域信息的二维模糊聚类图像分割
余锦华1，汪源源1，施心陵2
( 1. 复旦大学电子工程系，上海 200433；
2. 云南大学电子工程系，云南昆明 650091 )
摘要：传统模糊C均值聚类(FCM)算法进行图像分割时仅利用了像素的灰度信息，并且使用对噪声较敏感的欧氏
距离作为像素与聚类中心距离度量的标准，因此抗噪性能较差。为了克服传统FCM算法的局限性，本文提出了
一种基于空间邻域信息的二维模糊聚类图像分割方法(2DFCM)。该方法利用二维直方图描述的像素邻域关系属性，一方面为聚类提供较准确的初始聚类中心，从而避免聚类中的死点问题；另一方面通过提出聚类中心同时在像素
值、像素邻域值二维方向上进行更新的思想，建立了包含邻域信息的新的聚类目标函数，实现了图像的分割。实
验结果表明，这种方法抗噪能力强、收敛速度快，是一种有效的模糊聚类图像分割方法。
关键词：模糊C均值聚类；图像分割；邻域信息；距离度量；抗噪性能
中图分类号：TP391.4 文献标识码：A
Image segmentation with two-dimension fuzzy cluster method
based on spatial information
YU Jin-hua1，WANG Yuan-yuan1，SHI Xin-ling2
( 1. Department of Electronic Engineering, Fudan University, Shanghai 200433, China;
2. Department of Electronic Engineering, Yunnan University, Kunming 650091, China )
Abstract:With only pixel value information taken into account and non-robust Euclidean distance used as the distance measure standard, the classical Fuzzy C-means Clustering (FCM) algorithm lacks enough robustness in the image segmentation. In order to overcome the limitation of FCM, a novel Two-dimension Fuzzy Cluster Method (2DFCM) was proposed based on the spatial information. Here two-dimensional histograms were used for two purposes. First, more accurate original cluster centers were acquired, which could avoid poor clustering results caused by wrong original cluster centers. Second, a new idea was presented to update the cluster centers in pixel value and pixel neighboring value simultaneously, from which new objective functions were derived to realize the image segmentation. It is shown from the experiments that our proposed algorithm is more robust and faster in convergence.
Key words: FCM; Image segmentation; Spatial information; Distance measure; Robustness
引 言
模糊C均值聚类算法(FCM)[1]在图像分割中已获得广泛的应用。为保证良好的聚类效果，传统FCM要求样本数据在特征空间呈球形或椭球形分布,这一要求影响了FCM算法的抗噪能力。为提高FCM算法的抗噪性能，目前较为成功的方法有：采用新的距离度量方法取代欧氏距离作为差异性度量的标准[2]；将邻域约束作为惩罚函数修改聚类目标函数[3]。在众多的改进算法中，基于径向基函数距离度量及邻域约束的KFCM_S[4]无论是在抗噪的有效性，还是在算法的复杂性方面都具有一定的优势，成为近年来对FCM算法抗噪性能改进的较好方法。但是这种方法存在收敛速度慢、实时性差的缺点。
收稿日期：2006-05-23；收到修改稿日期：2006-09-17
基金项目：国家自然科学基金(30570488)、国家重点基础研究规划基金(2005CB724303)
作者简介：余锦华(1978-)，女(汉族)，云南昆明人，博士生，研究方向为医学图像处理。E-mail: 051021085@https://www.doczj.com/doc/0712002815.html,
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