交互式圖像分割：算法與系統(tǒng).pdf

1、圖像分割是計(jì)算機(jī)視覺中一個(gè)基礎(chǔ)而重要的問題。由于計(jì)算機(jī)對(duì)于圖像內(nèi)容的理解存在很大的局限性，近年來，加入用戶指導(dǎo)的交互式圖像分割被深入研究，并在與數(shù)字圖像處理相關(guān)的諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。交互式圖像分割的研究目的是通過盡可能簡(jiǎn)便而直觀的人機(jī)交互，快速而準(zhǔn)確地提取出圖像中具有高層語義的前景物體。但是，隨著數(shù)碼技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)碼成像設(shè)備所生成的圖像分辨率不斷增大，目前基于全局優(yōu)化的交互式分割系統(tǒng)雖然能為用戶提供友好的交互界面，卻逐漸失去了

2、實(shí)時(shí)輸出精確反饋的能力。因此，如何使用戶通過簡(jiǎn)明的交互方式，對(duì)于高分辨率圖像進(jìn)行分割時(shí)能獲得實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確的反饋結(jié)果，是本文研究的重點(diǎn)。我們一方面從用戶的交互方式出發(fā)，設(shè)計(jì)與之對(duì)應(yīng)的高效分割算法；另一方面，我們利用已經(jīng)普及的多核處理器對(duì)相關(guān)的優(yōu)化算法加以并行。本文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新成果如下：
　　 1.通過對(duì)交互式圖像分割中用戶交互方式的研究，我們提出了一種漸進(jìn)式分割算法，它由于與用戶的交互方式相匹配而有效避免了冗余計(jì)算，同時(shí)通過

3、局部的顏色建模對(duì)優(yōu)化問題進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而提高了優(yōu)化求解的速度；漸進(jìn)式分割算法可與多尺度圖窄帶分割算法無縫地結(jié)合，降低了對(duì)窄帶進(jìn)行優(yōu)化的計(jì)算復(fù)雜度。另外，我們提出了一種自適應(yīng)窄帶上采樣算法，它利用多尺度間圖像本身的先驗(yàn)信息進(jìn)一步地減少窄帶中參與優(yōu)化的像素?cái)?shù)目，提升了系統(tǒng)的性能。
　　 2.為了加速圖分割優(yōu)化問題的求解，我們提出了兩種基于圖劃分策略的并行最大流算法。我們通過將圖以動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的方式劃分為若干子圖，有效地避免了線程間同步鎖

4、操作所帶來的額外開銷，使多核處理器能夠以多線程在各個(gè)子圖上獨(dú)立地進(jìn)行最大流運(yùn)算，從而在多核平臺(tái)上提高了最大流算法的性能。這兩種并行算法不僅能夠運(yùn)用于交互式圖像分割中，也可在雙目視覺、三維表面擬合等多種計(jì)算機(jī)視覺與圖形學(xué)的問題中被廣泛運(yùn)用。
　　 3.我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)新的交互式圖像分割系統(tǒng)(Paint Selection)，它不僅融合了前面所提出的漸進(jìn)式分割算法，自適應(yīng)窄帶上采樣算法以及基于多核處理器的圖分割優(yōu)化算法，也包含了三個(gè)新

5、的界面元素，即分割工具的可交替性(使用戶能用任何分割工具以任意順序完成分割)，筆畫競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制(智能地處理交互中矛盾輸入的問題)以及動(dòng)態(tài)局部窗口(隨著用戶放大圖像局部區(qū)域而提高分割精度)，與現(xiàn)有的交互界面相比，對(duì)用戶更加友好，提高了用戶的工作效率。
　　 4.我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)新的精細(xì)摳圖界面(Paint Matting)，使用戶對(duì)于高分辨率的圖像能夠輕松而快速地完成從二元分割到圖像編輯操作(如背景替換、色調(diào)調(diào)整)的銜接工作。Paint