快速模糊C均值聚类彩色图像分割方法

关键词：彩色图像分割；模糊 Ｃ 均值聚类；贴近度；传递闭包
犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狅犳犉狌狕狕狔犆 犕犲犪狀狊犃犾犵狅狉犻狋犺犿 犅犪狊犲犱狅狀犛狆犲犮狋狉犪犾 犇犲犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀犻狀犆狅犾狅狉犐犿犪犵犲犛犲犵犿犲狀狋犪狋犻狅狀
ＬｉｕＹｕ１，２，ＺｈｏｕＬｉｊｕａｎ１，２
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣａｐｉｔａｌＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４８，Ｃｈｉｎａ； ２．ＢｅｉｊｉｎｇＡｄｖａｎｃｅｄＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｆｏｒＩｍａｇｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４８，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｆｕｚｚｙＣ－ｍｅａｎｓｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｖａｌｕｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅ，ｅａｓｙｔｏｆａｌｌｉｎｔｏｌｏｃａｌｏｐｔｉｍｕｍａｎｄｓｐｅｃｔｒａｌ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｎｏｔｈａｎｄｌｅｔｈｅｓａｍｐｌｅｖｏｌｕｍｅｉｓｔｏｏｌａｒｇｅ，ａｆｕｚｚｙＣ－ｍｅａｎｓｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｓｐｅｃｔｒａｌｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｆｕｚｚｙｓｐｅｃｔｒａｌｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｃｏｌｏｒｉｍａｇｅｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｒｏｕｇｈｌｙｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｓｔｅｐｓ．Ｔｈｅｆｉｒｓｔ ｓｔｅｐｏｆｉｍａｇｅｏｆｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅｃｏｌｏｒｓｐａｃｅｂｙｔｈｅＲＧＢｃｏｌｏｒｓｐａｃｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｆｏｒｌａｂｓｐａｃｅ；ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｓｔｅｐｏｆｆｅａｔｕｒｅｓｐａｃｅｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｆｕｚｚｙＣ－ｍｅａｎｓｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｒｅｄｕｎｄａｎｔ；ｔｈｅｔｈｉｒｄｓｔｅｐｂｙｔｈｅｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｃｌａｓｓｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐｍａｔｒｉｘａｎｄｔｈｅｃｌｕｓｔｅｒｃｅｎ ｔｅｒｍａｔｒｉｘａｒｅｒｅｄｕｎｄａｎｔｆｅａｔｕｒｅｓｐａｃｅａｎｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｌｏｓｅｎｅｓｓｄｅｇｒｅｅａｎｄｔｒａｎｓｉｔｉｖｅｃｌｏｓｕｒｅｃｏｎｖｅｒｔｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｐａｃｅｆｏｒｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｏｆ ｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｍａｔｒｉｘｆｏｒｓｐｅｃｔｒａｌｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ，ｍｅｒｇｉｎｇｒｅｄｕｎｄａｎｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｎｄｆｕｚｚｙ Ｃ－ ｍｅａｎｓｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｆｕｚｚｙｓｐｅｃｔｒａｌｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｖａｌｕｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ｉｓｅａｓｙｔｏｆａｌｌｉｎｔｏｌｏｃａｌｏｐｔｉｍａｌａｎｄｃａｎｉｄｅｎｔｉｆｙｃｌｕｓｔｅｒｓｏｆｃｏ ｃｏｏｎｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｖｅｒｙｇｏｏｄｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｓｏｔｈａｔｔｈｅｃｏｌｏｒｉｍａｇｅｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．

快 速 Ｆ Ｍ 改 进 方 法 。首 先 ， 用 边 缘 信 息 进 行 邻 域 搜 索 得 到种 子 像 素 ； 过 区 域 生 长 快 速 获 得 区域 分 割 类 别 Ｃ 利 通
数 和 对 应 的 聚类 中心 值 ， 将 图像 分 成 确 定 类 别 的 区 域 和 未 确 定 类 别 的 区 域 ； 后 利 用 所 得 的 聚 类 中 心 值 和 并 最 Ｆ Ｍ 算 法 对 未 确 定 类 别 区域 进 行 聚 类 。实 验 证 明 ， 文 提 出 的 改 进 方 法 大 大 减 少 了 计 算 量 ， 著 提 高 了 图像 Ｃ 本 显 分割速度 ， 而且 由 于 聚类 考 虑 了相 邻 像 素 点 的关 系 ， 像 分 割 结 果 能 够 清 晰 地 保 留 目标 轮 廓 ， 高 了 图像 分 割 图 提
第２ ３卷第 ６期 ２ １ 年 ６月 ０１
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ Ａ ＮＤ ＰＡ ＲＴＩ ＣＩＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ ． ３ １ ２ ，ＮＯ ６ ．
Ｊｎ ｕ ．。２ １ Ｏ１
文 章 编 号 ： １ ０—３ ２ ２ １ ）６１ ６—４ ０ １４ ２ （ Ｏ １ ０ — ４ ７０
１ 模 糊 Ｃ均值 聚 类
模 糊 ｃ均 值 聚类 （ Ｃ 通 过对 目标 函数 的迭 代优 化 实现集 合划 分 ， 以表示 各个 像 素属 于 不 同类别 的程 Ｆ Ｍ） 可 度 ， 将各 个像 素都 唯一 地划 分 到其 中一个 类别 。 目标 函数 的值 为 并
Ｎ （ ’
Ｗ （，：） 【Ｖｘ 一∑ ∑ （ ｌ 一 ＿ ， ） ｌ ｌ 。
基 于快 速 模 糊 Ｃ均 值 聚 类算 法 的 红 外 图像 分 割

关 键词 ： 模糊 ｃ 均值 聚类 ； 差分粒 子群 算 法 ； 全局优 化 ； 彩 色图像 分割
中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ 文献标 志码 ： Ａ
Ｆｕｚ ｚ ｙ ｃ ｌ ｕｓ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｌ ｏ ｒ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｓ ｅ ｇ ｍｅ ｎｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＤＥＰＳＯ
同的 色彩 空 间对 于 图像 分割 效 果 的影 响 ，尝试 在 不 同的 空 间上使 用 ＤＥ Ｐ Ｓ Ｏ— Ｆ Ｃ Ｍ 进行 图像 分
割． 实验表 明 ， 该 方 法 能解 决 Ｆ Ｃ Ｍ 算 法 陷入局 部 最优 的 问题 ， 在 不 同的 色彩 空 间上 都 获得 了理
想的 分割效 果．
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｃ ｏ ｌ ｏ ｒ ｉ ｍ ａ ｇ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ａ ｌ ｏ ｔ ｏ ｆ ｄ ａ ｔ ａ ， ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ Ｃ － ｍ ｅ ａ ｎ ｓ ｃ ｌ ｕ ｓ ｔ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ （ Ｆ Ｃ Ｍ） ｅ ａ ｓ ｙ ｔ ｏ
Ｌ Ｉ Ｕ Ｊ ｉ ａ ｎ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ， ＱＩ ＡＯ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ＇ ｐ ｉ ｎ ｇ ， Ｋ ＵＡ ＮＧ Ｙｉ － ｑ ｕ ｎ
（ Ｆ ａ ｃ ｕ ｌ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｇ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ ４ １ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）

ｔ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍａ ｇ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｗａ ｓ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ．Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎｏ ｉ ｓ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｇ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈｅ ａ ｄ ａ ｐｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ．Ｕｓ ｅ ｄ Ｋ —ｍｅ ａ ｎ ｓ ｃ ｌ ｕ ｓ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｉｔ ｒ ｈ ｍ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｓ ｅ ｇ ｍｅ ｎｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｃ ｌ ｕ ｓ ｔ ｅ ｉｎ ｒ ｇ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｓ ｅ ｇ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ａ ｄ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈｅ ｉ ｎ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｐ ｒ ｉ ａ ｔ ｅ ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｃ ｌ ｕｓ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ， ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｄ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ｄ ｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｉ ｇ ｈ ｂｏ ｒ ｈ ｏ ｏ ｄ ｇ ｒ ａ ｙ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ａ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ－ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｇ ｒ ａ ｙ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ Ｃ —ｍｅ ａ ｎｓ ｃ ｌ ｕ ｓ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈｍ．Ｔ ｈｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｆｅ ｒ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｎｏ ｉ ｓ ｅ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｓ ｅ ｇ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ