結(jié)合深度信息的圖像分割算法研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)視覺(jué)的一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是通過(guò)視覺(jué)圖像來(lái)理解世界。隨著移動(dòng)智能終端設(shè)備的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，視覺(jué)信息大量涌現(xiàn)。如何通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺(jué)信息的分析，進(jìn)而有效地對(duì)其進(jìn)行組織、表達(dá)、管理和檢索，成為當(dāng)今科研領(lǐng)域和工業(yè)界亟待解決的問(wèn)題。其中，圖像分割技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)圖像理解的一種有效途徑。
　　 早期的圖像分割技術(shù)是利用圖像的顏色外觀(guān)特征來(lái)完成的。圖像被分割為外觀(guān)特征一致的一些區(qū)域。然而，在現(xiàn)實(shí)世界中，物體

2、不是僅由顏色外觀(guān)特征的一致性來(lái)定義的，而是在本質(zhì)上由物體在三維世界中的物理連通性所決定。
　　 基于顏色外觀(guān)特征聚類(lèi)的圖像分割技術(shù)通常無(wú)法得到語(yǔ)義一致的圖像分割結(jié)果。這促使人們尋找新的圖像分割技術(shù)。傳統(tǒng)圖像分割技術(shù)將圖像作為二維模式來(lái)處理，然而，圖像是三維世界在二維攝影平面的投影。因此，有必要結(jié)合場(chǎng)景深度信息來(lái)指導(dǎo)圖像分割。這將為得到具有語(yǔ)義意義的圖像分割結(jié)果提供一種可能的解決方案。
　　 在上述研究背景下，本文針對(duì)結(jié)合

3、場(chǎng)景深度信息的圖像分割問(wèn)題展開(kāi)研究，提出了一系列新穎的圖像分割算法，有效地解決了基于顏色外觀(guān)特征的圖像分割算法面臨的過(guò)分割和欠分割問(wèn)題。為圖像理解領(lǐng)域的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。
　　 本文的創(chuàng)新點(diǎn)和主要貢獻(xiàn)如下:
　　 1.傳統(tǒng)的基于顏色特征的圖像分割算法沒(méi)有充分利用物體在三維世界中的分段連通性，從而存在所謂的過(guò)分割和欠分割問(wèn)題。為此，本文提出了一種基于深度不連續(xù)性選取種子區(qū)域的圖像分割算法:首先結(jié)合圖像的深度和顏色信息抽

4、取可靠的、與物體的真實(shí)邊緣相一致的深度不連續(xù)邊緣，然后完成顏色過(guò)分割處理，并在不連續(xù)邊緣附近選取種子區(qū)域，最后利用圖割(Graph Cut)優(yōu)化算法為未貼標(biāo)簽的過(guò)分割區(qū)域分配標(biāo)簽。本文所提出的圖像分割算法既能有效分離深度上不連續(xù)的三維“懸浮”物體，也能成功分離相互之間有接觸（即有支撐和被支撐關(guān)系）的兩個(gè)三維“非懸浮”物體，較好地解決了圖像的語(yǔ)義分割問(wèn)題。
　　 2.深度不連續(xù)作為三維世界物體之間遮擋的線(xiàn)索，越來(lái)越多地被應(yīng)用于圖像

5、分割。但是，以往的基于深度圖的圖像分割算法往往局限于將整個(gè)場(chǎng)景分割為深度一致的區(qū)域，而在三維世界中，相互之間具有支撐與被支撐關(guān)系的兩個(gè)物體在接觸處深度是連續(xù)的。這使得基于深度圖的圖像分割算法無(wú)法將支撐物與被支撐物分開(kāi)。為此，本文提出了基于物體間支撐分析的圖像分割方法:首先結(jié)合場(chǎng)景的深度圖對(duì)物體間存在的支撐關(guān)系進(jìn)行分析，將場(chǎng)景中表面法向量近似垂直于水平面的區(qū)域作為支撐區(qū)域。在此基礎(chǔ)上，利用深度信息分別在支撐區(qū)域和非支撐區(qū)域完成圖像分割，從

6、而將相互間有接觸的兩個(gè)物體分割開(kāi)。
　　 3.場(chǎng)景的幾何結(jié)構(gòu)信息作為對(duì)場(chǎng)景理解和物體識(shí)別的有效途徑，近年來(lái)得到廣泛研究。但是，以往的場(chǎng)景幾何結(jié)構(gòu)分析往往局限于使用顏色外觀(guān)特征作為線(xiàn)索，據(jù)此將場(chǎng)景近似分為地面區(qū)域、垂直區(qū)域以及天空等一些區(qū)域。以往的方法由于忽略了場(chǎng)景深度特征與幾何結(jié)構(gòu)之間存在的強(qiáng)相關(guān)性，導(dǎo)致幾何結(jié)構(gòu)分類(lèi)結(jié)果不一定符合場(chǎng)景本身所包含的語(yǔ)義結(jié)構(gòu)。為此，本文提出結(jié)合深度信息和顏色外觀(guān)特征的場(chǎng)景幾何結(jié)構(gòu)分析方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表