[发明专利]一种海面溢油图像分割方法

权利要求书

1.一种海面溢油图像分割方法，包括以下步骤：

步骤1：首先设定初始一阶判定项

其中，p为像素的标号，I_p为像素p的灰度值，x_p是与像素p对应的布尔变量，η为阈值；

$E_p\left(x_p\right)=\frac{1}{\left|w\right|}\underset{p\∈w_k}{\mathrm{\Σ}}({(a_k\left(x_p\right){E^{\′}}_p\left(x_p\right)+b_k\left(x_p\right)-{E^{\′}}_p\left(x_p\right))}^2+{\mathrm{\λa}}_k^2\left(x_p\right))---\left(2\right)$

式(2)中，w_k为中心在元素k处邻域大小为(2r+1)×(2r+1)的区域中原始一阶判定项元素集合，|w|为集合w_k内原始一阶判定项元素数目，λ为防止a_k(x_p)过大的标准化参数，a_k(x_p)和b_k(x_p)分别如以下两式所示：

$a_k\left(x_p\right)=\frac{\frac{1}{\left|w\right|}\underset{p\∈w_k}{\mathrm{\Σ}}{\left({E^{\′}}_p\left(x_p\right)\right)}^2-{\mathrm{\μ}}_k\left(x_p\right){\stackrel{\‾}{E}}_k\left(x_p\right)}{{\mathrm{\σ}}_k^2\left(x_p\right)+\mathrm{\λ}}---\left(3\right)$

其中，μ_k(x_p)和为集合w_k内原始一阶判定项元素值的均值和方差，${\stackrel{\‾}{E}}_k\left(x_p\right)=\frac{1}{\left|w\right|}\underset{p\∈w_k}{\mathrm{\Σ}}{E^{\′}}_p\left(x_p\right);$

步骤2：其次设定高阶耦合项

首先为海面溢油图像中每一近邻像素对{p,q}设置权重如下：

$e_{p,q}=0.05+0.95\exp \left(\frac{-{|I_p-I_q|}^2}{2\mathrm{\τ}}\right)---\left(5\right)$

其中，τ为所有|I_p-I_q|²的均值；

对于同一类近邻像素对集合对应的像素子集g，高阶耦合项为深度随机场模型中的分段平滑线性耦合函数的形式，如下所示：

$E_g\left(X_g\right)=\mathrm{\α}\·\min \{\underset{\{p,q\}\⊆g}{\mathrm{\Σ}}{e}_{p,q}(x_p-x_p{x}_q),\underset{\{p,q\}\⊆g}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\βe}}_{p,q}(x_p-x_p{x}_q)+\mathrm{\γ}\}---\left(6\right)$

其中，X_g是像素子集g对应的布尔变量集，α，β和γ是人工设定的参数，α用以均衡一阶判定项和高阶耦合项的比重，β和γ用以确定e_p,q(x_p-x_px_q)的分段截断点位置与后段斜率；

步骤3：构建高阶布尔能量函数

$E\left(X\right)=\underset{p=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{E}_p\left(x_p\right)+\underset{g}{\mathrm{\Σ}}{E}_g\left(X_g\right)---\left(7\right)$

式(7)中E_p(x_p)是一阶判定项，E_g(X_g)是高阶耦合项；P＝{1,2,....,N}为海面溢油图像像素标号集，N为图像中像素个数；X＝{x₁,x₂,…,x_N}是与图像整体像素集对应的布尔变量集，其中的元素x_p为海面溢油图像中像素p的类别标签值，只能取值0或1；g代表P中一类像素子集，像素子集中的各近邻像素对彼此相似，而与子集外的近邻像素对差异较大；X_g是g对应的布尔变量子集；

E(X)取最小值时，X＝{x₁,x₂,…,x_N}中各元素的取值代表海面溢油图像中溢油区域最优的分割方式；若x_p取0，表示像素p分割到溢油区域；若x_p取1，表示像素p分割到非溢油区域。

2.根据权利要求1所述的海面溢油图像分割方法，其特征在于，步骤3中E(X)最小值的计算方法如下：

首先构造s/t图，海面溢油图像中的每一个像素点均对应s/t图中的一个节点；顶点S和T与普通节点之间的连边称为T-link，权重为布尔能量函数(7)中对应一阶项系数；普通节点之间的连边称为N-link，权重为降阶后的布尔能量函数(7)中二阶项系数；

其次用最大流/最小割算法切割s/t图，在切割后的s/t图中，与S相连的节点对应的像素标为0，与T相连的节点对应的像素标为1；而非溢油区域的像素x_p对应取值为1的布尔变量，溢油区域的像素x_p对应取值为0的布尔变量。