第2卷第1期 智能系统学报 Vol.2 Ng 1 2007年2月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Fcb.2007 基于粒子群优化算法和改进的 Snake模型的图像分割算法 王科俊，郭庆昌 (哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001) 摘要：基于活动轮廓(Snake))模型的目标轮廓提取是图像分割中一种重要的方法.为了克服传统Snake模型在图像 分割中不能向凹处收敛和收敛不准确的缺点，提出了一种粒子群优化算法与改进的Sake模型相结合的图像分割算 法.改进的Snake模型，即在传统的Snake模型的基础上增加了一个向心能量，增加此能量可以使初始化曲线向目标 的凹处收敛.又由于粒子群优化算法具有获得全局最优的能力，可以使曲线能更准确地收敛到目标的边界，通过实 验证明此方法可以取得很好的分割效果. 关键词：Snake模型：图像分割：PSO算法 中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1673-4785(2007)01-0053-06 Image segmentation algorithm based on the PSO and improved Snake model WANG Ke-jun,GUO Qingchang (College of Automation,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China) Abstract:Getting the contour of an object according to the Snake model is an important method in the im- age segmentation.Because traditional Snake model cannot reach the concave of the object and the result of convergence is not accurate,an image segmentation algorithm based on the PSO and improved Snake model is proposed.The improved Snake model is generated by adding centripetal energy to traditional Snake model.The curve can reach the concave of the object because of the centripetal energy.Because the PSO has the ability of getting the global optimization,the curve can exactly reach the edge of the object.It is proved by experiment that preferable image segmentation result is gotten based on the algorithm. Keywords:Snake model;image segmentation;PSO algorithm 图像分割是图像处理的一项关键技术，迄今为 和外部能量的共同作用下最后使曲线收敛到目标的 止已经提出了许多图像分割方法.这些方法虽然简 真实轮廓，此时曲线的能量最小.然而，传统的 单，但对噪声敏感并且很难得到连续的边界.于是基 Snake模型有许多局限性，不能向凹处收敛，易陷入 于轮廓变化的形变模型近年来在图像分割中得到了 能量局部极值.针对传统Snake模型存在的这些缺 广泛的应用.目前常见的图像分割模型有2种：基于 点，有不少文献已经提出了改进的方法，如Cohen 参数的模型和基于几何特性的模型.Snake模型就 引入了膨胀力，从而保证了Snake的收敛性；Xu 是一种基于参数的模型，它在1987年由Kass)提 等提出了梯度向量流(gradient vector flow,GVF) 出，被用于跟踪人脸嘴部的运动.而且Snake模 Snake模型)，该模型对图像梯度场逼近构造了一 型21也是一种动力学模型，首先在目标周围定义 种新的外力，通过严格地在内力和外力的作用下达 一条带有能量的初始化曲线，在曲线本身内部能量 到平衡时来得到目标边缘.陈允杰、张建伟提出了遗 传算法在Snake模型中的应用s],此算法虽然提高 收稿日期：2006-07-22 了传统Snake模型的分割精度，但是对有凹处目标 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第 2 卷第 1 期 智 能 系 统 学 报 Vol. 2 №. 1 2007 年 2 月 CAA I Transactions on Intelligent Systems Feb. 2007 基于粒子群优化算法和改进的 Snake 模型的图像分割算法 王科俊 ,郭庆昌 (哈尔滨工程大学 自动化学院 ,黑龙江 哈尔滨 150001) 摘 要 :基于活动轮廓(Snake) 模型的目标轮廓提取是图像分割中一种重要的方法. 为了克服传统 Snake 模型在图像 分割中不能向凹处收敛和收敛不准确的缺点 ,提出了一种粒子群优化算法与改进的 Snake 模型相结合的图像分割算 法. 改进的 Snake 模型 ,即在传统的 Snake 模型的基础上增加了一个向心能量 ,增加此能量可以使初始化曲线向目标 的凹处收敛. 又由于粒子群优化算法具有获得全局最优的能力 ,可以使曲线能更准确地收敛到目标的边界. 通过实 验证明此方法可以取得很好的分割效果. 关键词 :Snake 模型 ;图像分割 ; PSO 算法 中图分类号 : TP391 文献标识码 :A 文章编号 :167324785 (2007) 0120053206 Image segmentation algorithm based on the PSO and improved Snake model WAN G Ke2jun , GUO Qing2chang (College of Automation , Harbin Engineering University , Harbin 150001 ,China) Abstract : Getting the contour of an object according to t he Snake model is an important met hod in the im2 age segmentation. Because traditional Snake model cannot reach t he concave of the object and t he result of convergence is not accurate , an image segmentation algorit hm based on t he PSO and improved Snake model is propo sed. The improved Snake model is generated by adding centripetal energy to traditional Snake model. The curve can reach t he concave of t he object because of t he centripetal energy. Because t he PSO has t he ability of getting the global optimization , t he curve can exactly reach t he edge of the object. It is proved by experiment t hat preferable image segmentation result is gotten based on t he algorit hm. Keywords : Snake model ; image segmentation ; PSO algorit hm 收稿日期 :2006207222. 图像分割是图像处理的一项关键技术 ,迄今为 止已经提出了许多图像分割方法. 这些方法虽然简 单 ,但对噪声敏感并且很难得到连续的边界. 于是基 于轮廓变化的形变模型近年来在图像分割中得到了 广泛的应用. 目前常见的图像分割模型有 2 种 :基于 参数的模型和基于几何特性的模型. Snake 模型就 是一种基于参数的模型 ,它在 1987 年由 Kass [1 ] 提 出 ,被用于跟踪人脸嘴部的运动. 而且 Snake 模 型[2 - 5 ]也是一种动力学模型 ,首先在目标周围定义 一条带有能量的初始化曲线 ,在曲线本身内部能量 和外部能量的共同作用下最后使曲线收敛到目标的 真实轮廓 , 此时曲线的能量最小. 然而 , 传统的 Snake 模型有许多局限性 ,不能向凹处收敛 ,易陷入 能量局部极值. 针对传统 Snake 模型存在的这些缺 点 ,有不少文献已经提出了改进的方法 ,如 Cohen 引入了膨胀力[6 ] ,从而保证了 Snake 的收敛性 ; Xu 等提出了梯度向量流 ( gradient vector flow , GVF) Snake 模型[7 ] ,该模型对图像梯度场逼近构造了一 种新的外力 ,通过严格地在内力和外力的作用下达 到平衡时来得到目标边缘. 陈允杰、张建伟提出了遗 传算法在 Snake 模型中的应用[ 8 ] ,此算法虽然提高 了传统 Snake 模型的分割精度 ,但是对有凹处目标