基于量子粒子群优化算法的图像分割方法

基于量子粒子群优化算法的图像分割方法:1002—8692(2010)04—0016—03基于量子粒子群优化算法的图像分割方法术?论文?黄洋文.王红亮(中北大学电子测试技术国家重点实验室;仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051)【摘要】利用量子粒子群优化算法(QPSO)对二维Fisher准则图像分割评价函数进行了全局优化,提高了分割阈值的求解速度.并针对量子粒子群优化算法存在收敛性差,易早熟的问题,提出了量子粒子群优化算法和邻域搜索双重寻优的改进算法.实验结果表明,改进后的分割方法具有良好的分割效果和求解速度.寻找到的最佳阈值与二维Fisher准则函数算法完全相同,而阈值求解时间只有二维Fisher准则函数算法的1,3.【关键词】图像分割;二维Fisher准则函数;量子粒子群优化算法【】TN911.73【文献标识码】AMethodoflmageSegmentationBasedonQuantum——behavedPSwarmOptimizationHUANGYang一wen,WANGHong一liang(Nationa/KeyLaboratoryforElectronicMeasurementTechnology;KeyLaboratoryofl~trumentationScienceDynamicMeasurement(NorthCeofChina)ofMinut~ofEducation,NoahUniversof€hinc~Taiyuan030051,China)LAbstract】111eQuantum—behavedPSwarmOptimization(QPSO)algorithmisusedtodotheglobaloptimizationtothe2DFishercriterionfunctionofimagesegmentation,andthesolvingspeedofsegmentationthresholdisimproved.AndaccordingtotheproblemsofpoorastringencyandprematureoccurrenceinQpso,adualsearchingalgorithmforbestthresholdisproposed.whichconsistsofthestepsofQPSOandsearchingneighborhood.rl1heexperimentalresultsshowthattheimprovedimagesegmentapproachhasgoodcomputationaccuracyandspeed.ThebestthresholdfbundisperfectlymatchedwiththeonefDundbyusing2DFishercriterionfunction.butthecomputingtimeratesonlyonethird.[Keywords】imagesegmentation;2DFishercriterionfunction;quantum一behavedpswarmoptimization1引言图像分割是图像识别和图像理解的基础.所谓图像分割就是将图像依据一定的准则划分为目标部分(人们感兴趣的特征部分)和背景部分.目前,图像分割方法主要有阈值法,聚类法,边缘检测法等11-41.其中阈值法由于其简单性和有效性从而得到广泛的应用.目前已提出的阈值法有Otsu法,最大嫡法,Fisher准则函数法,迭代分割法以及这些方法在基于二维直方图上的推广等.着名的Otsu法通过最大化图像中目标和背景的类间方差来选取最佳阈值,方法简单,且对大部分图像分割效果较好;缺点是在图像信噪比较低或目标太小的情况下分割效果不佳.最大炳法通过最大化图像中目标与背景分布的信息量来选取最佳阈值选;缺点是在图像中目标和背景对比度较小情况下会造成明显错分类【1J.基于一维Fisher准则函数的分割算法受目标和背景的比例影响小,能有效识别出与背景比例悬殊的小目标.分割精度高[21.由于二维直方图在一维直方图的基础上增加了对图像中各像素点邻域的描述,基于二维直方图的图像分国家自然科学基金项目(60575027)16堕塑筮羹面面割算法效果会更好.文献f5】提出了二维Fisher准则函数算法.该算法受目标和背景比例影响小,具有很好的应用价值,但存在效率低的缺点,需要选择一种优化算法求得最佳阈值,来减少运算时间.粒子群优化(PSwarmOptimization,PSO)算法是一种基于种群搜索的智能计算方法.量子粒子群优化算法(QuantumPSwarmOptimization,QPSO)t~是把量子理论应用于1X30算法而提出的改进的粒子群优化算法,较PSO算法更加简单,易实现.且收敛速度更快.笔者将二维Fisher准则函数和量子粒子群优化算法相结合应用于图像分割,并针对量子粒子群优化算法存在收敛性差,易早熟的问题,对量子粒子群优化算法进行改进,取得了很好的实验效果.2量子粒子群优化算法由于粒子群优化算法存在早熟趋势,不能保证以概率1搜索到全局最优解.许多学者采用各种方法来解决这一问题.2004年Sun等从量子力学的角度提出了-•种新的粒子群优化算法模型【"】.它通过量子态来描述粒子,使得算法可以在整个可行解空间中进行搜索,大大提高了算法的全局搜索能力.该算法主要可...

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