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专利号: 202110434415X
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于Nystrom谱聚类的超像素抠图方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1,构造样本相似性矩阵:设原图像包含n个像素点,从中随机均匀选取m个样本点(m<

造矩阵H=[A B];

步骤2,相似性矩阵归一化:构造度矩阵D,并利用矩阵D对矩阵H归一化处理,得到矩阵步骤3,Nystrom近似特征向量计算:利用Nystrom近似技术,基于样本相似性矩阵计算Laplacian矩阵的前k个近似正交特征向量,这些向量组成矩阵U⊥,对矩阵U⊥归一化处理,得到矩阵

步骤4,超像素生成:将矩阵 的每一行看作像素点在特征空间中的代表点,使用k‑means算法把这些代表点聚成k类;根据聚类结果分割图像,属于相同类的像素点组成超像素;

步骤5,超像素抠图:根据目标物体的轮廓,选择物体中包含的超像素,并记录它们的标签,用户确认后合并这些超像素,并输出超像素构成的物体图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于Nystrom谱聚类的超像素抠图方法,其特征在于,所述步骤1中,矩阵A为m×m的对称矩阵,由m个样本点之间的成对相似性构成;矩阵B为m×(n‑m)的矩阵,由m个样本点和n‑m个剩余点之间的成对相似性构成。

3.根据权利要求1所述的一种基于Nystrom谱聚类的超像素抠图方法,其特征在于,所述步骤1中,两个像素点xi和xj之间相似性wij由式(3)计算:其中,exp()是以自然常数e为底的指数函数,||·||表示2‑范数,σ为尺度参数。

4.根据权利要求1所述的一种基于Nystrom谱聚类的超像素抠图方法,其特征在于,所述步骤2中,所述度矩阵D为n×n的对角矩阵,由式(4)计算:其中,diag()表示由矢量参数构成的对角矩阵,向量a=A1m,向量b1=B1n‑m,向量b2=T

B1m,1m表示m个1组成的列向量。

5.根据权利要求4所述的一种基于Nystrom谱聚类的超像素抠图方法,其特征在于,所述步骤2中,利用矩阵D对矩阵H归一化处理得到矩阵 的计算公式为:

6.根据权利要求1所述的一种基于Nystrom谱聚类的超像素抠图方法,其特征在于,所述步骤3中的矩阵U⊥的计算过程包括:步骤3.1,定义样本子矩阵M:首先根据式(6)分解近似的Laplacian矩阵L:设 表示Laplacian矩阵的近似正交特征向量,即 其中I是单位矩阵,所以得出样本子矩阵M的计算表达式为:步骤3.2,根据式(8)对样本子矩阵M特征分解:其中,UM是M的特征向量组成的矩阵;ΛM是M的特征值组成的对角矩阵,对角线元素按特征值大小降序排列;

步骤3.3,根据式(9)计算Laplacian矩阵的前k个近似正交特征向量,这些向量组成矩阵U⊥:

其中,(UM):,1:k表示矩阵UM的第1至k列构成的子矩阵, 表示矩阵 的第1至k行和第1至k列的交集构成的子矩阵,k≤m。

7.根据权利要求1所述的一种基于Nystrom谱聚类的超像素抠图方法,其特征在于,所述步骤3中对矩阵U⊥归一化得到矩阵 的方法为:根据式(10)将U⊥的每个元素uij归一化,得到矩阵其中,i∈{1,...,n},j∈{1,...,k}。

8.根据权利要求1所述的一种基于Nystrom谱聚类的超像素抠图方法,其特征在于,所述步骤4中使用k‑means算法将代表点聚成k类的具体过程如下:步骤4.1,聚类中心初始化:在矩阵 包含的n个代表点中,随机选取k个不同的点作为初始聚类中心;

步骤4.2,类标签分配:计算每个点xi与k个聚类中心的距离,将xi与最近的类中心归为一类,xi的类标签labeli可由式(11)计算:其中,mc表示第c类的中心。

步骤4.3,聚类中心更新:将每个类中所有点的均值作为新的类中心,类中心mc的更新表达式为式(12):

其中,Clusterc表示第c类,|Clusterc|是第c类包含的代表点的数目;

步骤4.4,重复步骤4.2和步骤4.3,直到所有类的中心不再变化。

9.根据权利要求8所述的一种基于Nystrom谱聚类的超像素抠图方法,其特征在于,所述步骤4中组成超像素是指:聚类结果中具有相同类标签的像素点形成的图像块即为超像素。