Vol.28 No.4 鞠磊等：基于NPDE偏差异质扩散预处理的红外图像分水岭分割 ·395。 多或少的导致噪声残留，应用分水岭算法时会导 用偏差异质扩散平滑滤波器平滑噪声和锐化边缘 致过度分割.考虑到k能够近似反应图像微小细 后，再应用兼顾k与s的梯度图阈值化方法能够 节的波动强度，兼顾限制强度系数s,引入k对梯 有效抑止过分割取得较为满意的结果，适合用于 度图进行阈值化处理.即对u。若e(i,j<k(1 具有噪声且边缘模糊的红外图像. 十s),则ue(i,j)=0,其他不变.采用CNN-UM 的mask图功能即可实现上述阈值选择操作. 4结论 mask图是与被处理图像对应大小的二值图像，用 红外图像边缘模糊且往往带有噪声，应用分 以标记被处理图像中哪些像素点是活动的，在下 水岭分割时容易产生过分割现象.本文将基于 一步操作中会被处理：而其余未被标记像素点则 CNN-PDE的偏差异质扩散滤波器用于红外图像 冻结，在随后的操作中保持不变.设初始状态为 分水岭分割的预处理，为进一步消除噪声残余对 x(0)=u(i,j),用以标记值大于k(1十s)像素 分割的影响，给出了兼顾k与s的梯度图阈值化 点的mak图可通过以下细胞神经网络模板获 方法.仿真实验结果表明，本文所给出的方法能 得，将被标记的活动像素选择出来构成的图像即 够有效抑制分水岭算法的过分割，适用于红外图 为阈值化处理结果. 像的分割. 「000 参考文献 A=020,B=0,z=k(1+s)(12) L000 I]Chua L O.Yang L.Cellular neural networks theory.appl- cations.IEEE Trans Circuits Syst,1988,35(10):1257 3.3分水岭分割结果比较 [2 Koskinen L Laiho M.Paasio A,ct al.MPEG-4 lased mod- 对图1()所示红外图按不同方案作分水岭 fications for an CNN sgmentation chip //Cellular Neural Net- 分割：直接对原图梯度图分割，块数为780块；对 works and Their Applications (CNNA 2002).Proceedings of 原图梯度图引入k值作阈值化处理，分割块数为 the 2002 7th IEEE International Workshop.Frankfurt Ger 549块：对原图进行偏差异质扩散平滑，限制强度 may.2002:71 3 Kananen A,Paasio A,Laiho M.CNN applications from the 系数s取不同值时，梯度图阈值化处理与未阈值 hardw are point of view:video seqence segmentation.Int J 化处理的分割情况见表1. Circuit Theory Appl,2002.30:117 图3显示了经过异质扩散平滑和阈值化梯度 [4 Pemona P.Malik J.Scale-space and edge detection using 图等预处理后，图1(a)所示红外图像的分水岭分 anisotropic diffusion.IEEE Trans Pattern Anal Mach Intell. 割效果（分别为s=0.1和s=1两种情况）.由分 1990(12):629 割结果比较可见，仅采用偏差异质扩散平滑时，随 [5 Nordstrom K N.Biased Anisotropic diffusion:a unify ap proach to edge detection.Image Vision Comput.1990(8): 着限制强度系数的增大过分割现象越严重.限制 318 强度系数取较小值时能够在一定程度上抑止过分 [6 Roska T,Chua L O.Simulat ing nonlinear waves and partial 割，但仍不能消除噪声残留的影响.单纯的引入 differential equations via C NN:Part I Basic techriques.IEEE k值作阈值化处理梯度图也不能取得理想效果 Trans Circuits Syst Fundam Theory Appl.1995.42(10): 807 [7 Linan G.Espejo S,DominguezCastmo R.ACE4K:an analog VO64X 64 visual microprocesor chip with 7bit analog accu racy.Int J Circuit Theory Appl.2002.30.89 [8 Rodi guer Vazquez A.LiarCembrano G.ACEl6k:the third generat ion of mixed-signal SIMDCNN ace chips toward VsoCs.IEEE Trans Circuits Syst I.2004.51(5):851 [9身鞠磊，郑德玲，张蕾.CN一PDE非线性图像滤波器的研 (a)=0.1 (b)=1 究.北京科技大学学报，2005,27(6)：750 图3分水岭分割结果 (下转第402页) Fig 3 Results of watershed segmentation多或少的导致噪声残留, 应用分水岭算法时会导 致过度分割.考虑到 k 能够近似反应图像微小细 节的波动强度, 兼顾限制强度系数 s, 引入 k 对梯 度图进行阈值化处理 .即对 u e, 若 ue ( i, j) <k ( 1 +s) , 则 ue ( i, j) =0, 其他不变.采用 CNN-UM 的mask 图功能即可实现上述阈值选择操作. mask 图是与被处理图像对应大小的二值图像, 用 以标记被处理图像中哪些像素点是活动的, 在下 一步操作中会被处理 ;而其余未被标记像素点则 冻结, 在随后的操作中保持不变 .设初始状态为 x ( 0) =ue( i, j) , 用以标记值大于 k ( 1 +s) 像素 点的 mask 图可通过以下细胞神经网络模板获 得, 将被标记的活动像素选择出来构成的图像即 为阈值化处理结果. A = 0 0 0 0 2 0 0 0 0 , B =0, zij =k( 1 +s) ( 12) 3.3 分水岭分割结果比较 对图 1( a) 所示红外图按不同方案作分水岭 分割:直接对原图梯度图分割, 块数为 780 块;对 原图梯度图引入 k 值作阈值化处理, 分割块数为 549 块;对原图进行偏差异质扩散平滑, 限制强度 系数 s 取不同值时, 梯度图阈值化处理与未阈值 化处理的分割情况见表 1 . 图 3 分水岭分割结果 Fig.3 Results of watershed segmentation 图 3 显示了经过异质扩散平滑和阈值化梯度 图等预处理后, 图 1( a)所示红外图像的分水岭分 割效果(分别为 s =0.1 和 s =1 两种情况) .由分 割结果比较可见, 仅采用偏差异质扩散平滑时, 随 着限制强度系数的增大过分割现象越严重.限制 强度系数取较小值时能够在一定程度上抑止过分 割, 但仍不能消除噪声残留的影响.单纯的引入 k 值作阈值化处理梯度图也不能取得理想效果. 用偏差异质扩散平滑滤波器平滑噪声和锐化边缘 后, 再应用兼顾 k 与 s 的梯度图阈值化方法能够 有效抑止过分割取得较为满意的结果, 适合用于 具有噪声且边缘模糊的红外图像. 4 结论 红外图像边缘模糊且往往带有噪声, 应用分 水岭分割时容易产生过分割现象.本文将基于 CNN-PDE 的偏差异质扩散滤波器用于红外图像 分水岭分割的预处理, 为进一步消除噪声残余对 分割的影响, 给出了兼顾 k 与s 的梯度图阈值化 方法 .仿真实验结果表明, 本文所给出的方法能 够有效抑制分水岭算法的过分割, 适用于红外图 像的分割 . 参 考 文 献 [ 1] Chua L O, Yang L.Cellular neu ral netw orks:theory, appli￾cations.IEEE Trans Circuits Syst, 1988, 35( 10) :1257 [ 2] Koskinen L, Laiho M , Paasio A, et al.M PEG-4 based modi￾fications for an CNN segmentation chip∥Cellular Neural Net￾w ork s and Their Applications ( CNNA 2002) , Proceedings of the 2002 7th IEE E International Workshop.Frankfurt Ger￾many .2002:71 [ 3] Kananen A, Paasio A, Laiho M .CNN applications from the hardw are point of view :video sequence segment ation.Int J Circuit Theory Appl, 2002, 30:117 [ 4] Perona P, Malik J.Scale-space and edge detection using anisotropic diffusion.IEEE Trans Pattern Anal Mach Intell, 1990( 12) :629 [ 5] Nordstrom K N .Biased Anisotropic diffusion:a unify ap￾proach to edge det ection.Image Vision Comput, 1990 ( 8 ) : 318 [ 6] Roska T, Chua L O .Simulating nonlinear w aves and partial differential equations via C NN :Part I Basic techniques.IEEE Trans Circuits Syst Fundam Theory Appl, 1995, 42 ( 10 ) : 807 [ 7] Linan G, Espejo S , Dominguez-Castro R.ACE4K:an analog I/ O 64×64 visual microprocessor chip w ith 7-bit analog accu￾racy .Int J Circuit Theory Appl, 2002, 30:89 [ 8] Rodrí guez-Vázquez A, Liñá n-Cemb rano G .AC E16k:the third generation of mixed-signal S IMD-CNN ace chips toward VsoCs.IEEE Trans Circuits Syst I, 2004, 51( 5) :851 [ 9] 鞠磊, 郑德玲, 张蕾.CNN-PDE 非线性图像滤波器的研 究.北京科技大学学报, 2005, 27( 6) :750 ( 下转第 402 页) Vol.28 No.4 鞠磊等:基于 CNN-PDE 偏差异质扩散预处理的红外图像分水岭分割 · 395 ·