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基于水平集的声纳图像分割方法的研究

作　者: 张哲会
导　师: 叶秀芬
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 水平集声纳图像分割曲线演化高斯马尔可夫
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

声纳图像分割是指将声纳图像划分成一系列彼此互不交叠的匀质区域,从而提取出声纳图像中感兴趣的目标。声纳图像大体上可分为三类不同灰度值的区域:目标区、阴影区和海底混响区。作为声纳图像处理的一项最基本的技术,声纳图像的分割对声纳图像中水下目标(如水雷、水下潜器等)的特征提取的有效性和识别率起着至关重要的作用。本文主要研究了基于水平集方法的声纳图像分割技术。首先,在对国内外声纳图像分割研究现状分析的基础上,简述了水平集方法在图像分割中的应用。其次,介绍了水平集方法的基本理论和分割原理,在此基础上研究了国内外水平集分割方法中较成熟、分割效果较好的方法,主要包括两相分割模型中的Mumford-Shah模型和C-V模型,以及多相分割模型中的单水平集分割模型和多水平集分割模型。然后,应用Matlab工具,对以上几种水平集分割模型的声纳图像分割进行了仿真实验,并根据实验结果分析了这几种水平集分割模型的优缺点。最后,针对声纳图像的特点,结合基于高斯—马尔可夫(GMRF)模型的声纳图像的纹理特征,提出了改进的两相水平集分割模型和改进的多相水平集分割模型。这些模型不需要水平集函数的重新初始化过程,通过大量的声纳图像分割实验,验证了本文提出的水平集分割模型的有效性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题研究的目的和意义  9-10
  1.2 声纳图像的特性和分割现状  10-15
    1.2.1 声纳图像的特性  10-13
    1.2.2 声纳图像的分割现状  13-15
  1.3 水平集方法概述  15-16
  1.4 论文的研究内容和结构安排  16-18
第2章水平集的基本理论  18-29
  2.1 曲线演化理论  18-20
  2.2 水平集方法  20-22
  2.3 水平集方法的数值计算  22-25
  2.4 水平集函数  25-28
    2.4.1 平面曲线的隐含表达  25
    2.4.2 符号距离函数  25-27
    2.4.3 水平集函数的稳定性  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章基于两相水平集声纳图像分割方法的研究  29-42
  3.1 Mumford-Shah 图像分割模型  29-32
  3.2 C-V 图像分割模型  32-38
    3.2.1 C-V 模型的能量函数  32-33
    3.2.2 C-V 模型的水平集表达  33-37
    3.2.3 C-V 模型的优缺点  37-38
  3.3 C-V 模型的数值计算和实验分析  38-41
    3.3.1 C-V 模型的离散解  38-39
    3.3.2 声纳图像分割实验及结果分析  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章基于多相水平集声纳图像分割方法的研究  42-55
  4.1 基于单水平集的多相分割模型  42-49
    4.1.1 单水平集的多目标轮廓提取  42-45
      4.1.1.1 水平集演化方程  42-44
      4.1.1.2 标记模板及模型修正  44-45
      4.1.1.3 模型算法的步骤和缺陷  45
    4.1.2 多层的单水平集分割模型  45-49
      4.1.2.1 水平集演化方程  45-47
      4.1.2.2 实验结果及分析  47-49
  4.2 基于多水平集的多相分割模型  49-54
    4.2.1 水平集演化函数  49-51
    4.2.2 实验结果及分析  51-54
  4.3 本章小结  54-55
第5章基于改进模型的水平集声纳图像分割  55-76
  5.1 基于GMRF 模型的纹理特征  55-59
    5.1.1 GMRF 模型  55-57
    5.1.2 GMRF 模型的纹理特征提取及分析  57-59
  5.2 基于改进的两相水平集分割模型  59-66
    5.2.1 两相模型的水平集演化函数  60-62
    5.2.2 两相模型的数值解及算法步骤  62-63
    5.2.3 实验结果与分析  63-66
  5.3 基于改进的多相水平集分割模型  66-75
    5.3.1 多相模型的水平集演化函数  66-69
    5.3.2 多相模型的数值解及算法步骤  69-71
    5.3.3 实验结果与分析  71-75
  5.4 本章小节  75-76
结论  76-77
参考文献  77-82
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  82-83
致谢  83

基于水平集的声纳图像分割方法的研究

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