[发明专利]基于压入与重标记可提前终止的最大流最小割求解算法

说明书

本发明提供了一种基于压入与重标记可提前终止的最大流最小割求解算法，用于不需要确切最大流量的应用，其特征在于，由分离条件和稳定条件构成Push‑relabel算法的提前终止条件；在Push‑relabel算法进行过程中的任意时刻，若集合T中不存在源点s，s∈S，则满足分离条件；若集合T中不存在任何活跃节点则满足稳定条件；若分离条件及稳定条件都满足，则Push‑relabel算法终止。本发明提出了一种新颖的提前终止技术，可以大大消除冗余计算，并确保算法在所有情况下都能正确终止。实验结果表明，使用新的终止条件可以在测试数据中将计算量平均减少到原来的2％。

技术领域

本发明涉及一种基于压入与重标记算法能够提前终止的最大流最小割求解算法。

背景技术

Graph cut算法已广泛用于解决最小切割问题，该问题在计算机视觉任务中很普遍。这些任务将图像像素映射到图的节点上，然后为图的每个节点分配最可能的标签。基于此，应将图中的所有节点切成两个不相交的集合，即集合S及集合T。切应使特定于应用场景的成本函数最小化。最小切割问题通常可以转换为最大流量问题，因为它更直观且更易于解决。这些任务广泛出现在图像/视频分割、图像/视频拼接、双目视觉匹配、分类、图像融合、图像去雾、骨架化、风格迁移等。

先前的工作表明，图割可以产生令人印象深刻的结果质量，但是，在实际应用中相对较慢。现有的实现通常不能充分利用应用场景特点来减少冗余计算。例如，在发生最大流量问题的许多应用中，仅需要最大流量的值或最小切，而不需要完整的最大流量。

先前的工作还尝试优化推入重贴标算法的计算。全局重新标记通过使用全局信息更新高度标签，减少了集合T中的冗余重新标记操作。相反，间隙重新标记通过更新高度标签的分布来减少集合S中的多余的推入和重新标记操作。此外，JF-cut提出了一种提前终止技术来去除冗余计算。只要没有找到增加路径，它就会终止推入重贴标签算法。但是，它们的提前终止条件过于激进，因为它不能确保算法在所有情况下都能正确终止。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的Push-relabel通常无法充分利用应用场景特点来减少冗余计算，因此不适合具有高分辨率和实时要求的应用程序场景。

为了解决上述技术问题，本发明的一个技术方案是提供了一种基于压入与重标记可提前终止的最大流最小割求解算法，用于不需要确切最大流量的应用，其特征在于，由分离条件和稳定条件构成Push-relabel算法的提前终止条件，在残差图中，设可以达到汇点t的所有节点v构成集合T，其余节点构成集合S；在Push-relabel算法进行过程中的任意时刻，若集合T中不存在源点s，s∈S，则满足分离条件；若集合T中不存在任何活跃节点则满足稳定条件；若分离条件及稳定条件都满足，则Push-relabel算法终止，其中：

将分离条件定义为：残差图中不存在从源点到汇点的增广路径；

将稳定条件定义为：残差图中不存在从任一活跃节点到汇点的增广路径。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的基于压入与重标记可提前终止的最大流最小割求解算法的应用，其特征在于，用于仅需要最大流量值或最小割断但不要求最大流量的应用。

本发明设定的分离条件保证了所有节点v构成的集合V已经被分割为两个不相交的集合S和集合T，也即已经产生了一个(s，t)-cut。本发明设定的稳定条件保证了产生的(s，t)-cut直到算法满足原始终止条件都不再会发生变化。

本发明提出了一种新颖的提前终止技术，可以大大消除冗余计算，并确保算法在所有情况下都能正确终止。实验结果表明，使用新的终止条件可以在测试数据中将计算量平均减少到原来的2％。

附图说明

图1为多个测试用例的结果；

图2为通过更多测试数据获得的统计结果。

具体实施方式