基于Level Set红外图像分割算法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于LevelSet红外图像分割算法研究硕士研究生：魏紫威指导教师：乔玉龙教授学科、专业：电子科学与技术论文主审人：司伟建研究员哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于LevelSet红外图像分割算法研究硕士研究生：魏紫威指导教师：乔玉龙教授学位级别：工学硕士学科、专业：电子科学与技术所在单位：信息与通信工程学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeof

2、M.EngResearchonInfraredImageSegmentationAlgorithmBasedonLevelSetCandidate:WeiZiweiSupervisor:Prof.QiaoYulongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ElectronicScienceandTechnologyDateofSubmission:December,2017DateofOralExamination:March,2018University:HarbinEngineeringUniversi

3、ty哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印

4、件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日基于LevelSet红外图像分割算法研究摘要对比于自然图像，红外图像具有在极端条件下成像优势。同时，成像噪声、复杂背景、目标灰度分布不均匀等特征给图像分割算

5、法带来极大的挑战。基于LevelSet的图像分割算法将低维度轮廓曲线进行高维度表示，可以解决图像分割过程中的复杂拓扑变化等问题，近年来受到国内外学者的广泛关注。但是，LevelSet算法分割复杂背景、目标灰度分布不均匀的红外图像效果不理想，并且采用梯度下降法最小化能量泛函，时间复杂度高，容易陷入局部最优解。针对以上问题，本论文开展了基于LevelSet红外图像分割算法的研究工作，并取得了以下重要成果：提出了基于目标灰度值调整LevelSet红外行人分割算法、全局概率模型LevelSet图像分割算法。本论文具体研究内容及其创新点如下：（1）红外相机采集红外线性能的差异、目标在

6、不同位置温度不一致，或者目标和背景无显著性温差，均会导致目标边界模糊以及目标灰度值分布不均匀等问题。因此，本论文提出目标灰度值调整LevelSet演进（IntensityAdjustmentLevelSetEvolution,IALSE）算法。利用上述红外图像成像特点，首先进行边界增强处理，即构建改进型高斯卷积核提取更多局部邻域内像素信息，并且定义一个软阈值掩模；然后建立一个权重方程，自适应调整目标灰度值，减少目标灰度分布不均匀程度，获取更具有鲁棒性的边界指示函数。对比实验证明该算法在LevelSet框架下可以获得更为精确的红外图像分割结果。（2）针对（1）中红外图像成像特

7、点以及当前LevelSet算法采用梯度下降法导致算法时间复杂度高且容易陷入局部最优解的问题，提出全局概率模型LevelSet演进（GlobalProbabilityModelLevelSetEvolution,GPMLSE）算法。以热方程描述的热扩散物理现象为基础建立概率模型。概率是像素的受热值，既包含该像素同被设定为热源的像素之间的距离关系，也包含该像素同剩余像素的全局分布信息。使用反余弦函数将概率模型映射成LevelSet能量约束项。此外，偏置场模型提取像素局部邻域信息构成能量约束项，拟合目标局部区域灰度变化。