Методика ускорения классического метода Уорда для кластеризации пикселей изображения
Автор: Ханыков Игорь Георгиевич
Журнал: Вестник Бурятского государственного университета. Математика, информатика @vestnik-bsu-maths
Рубрика: Информационные системы и технологии
Статья в выпуске: 3, 2018 года.
Бесплатный доступ
Сегментация относится к стадии предварительной обработки изображений. От ее результатов зависит дальнейшее выделение объектов, распознавание признаков, анализа сцен и прогнозирования ситуаций. К современным алгоритмам сегментации предъявляют требования: отказ от использования априорной информации, наличие функционала качества для оценки результата, варьируемое число сегментов в разбиении исходного изображения, линейная вычислительная сложность и адекватность результатов сегментации. Среди методов кластерного анализа, удовлетворяющих большинству из приведенных требований, подходящим является метод Уорда. Однако его высокая вычислительная сложность препятствует его прямому применению. Цель исследования заключается в поиске способа преодоления чрезмерно высокой вычислительной сложности классического метода Уорда. Методы: сопоставляются классические методы кластерного анализа, удовлетворяющие актуальным требованиям к современным алгоритмам сегментации изображений. Обосновывается выбор классического метода Уорда. Приводятся его достоинства и недостатки. Описывается применение идеи обратимых операций в обработке изображений. Результаты: приводится ряд отдельных модификаций вычислительного процесса метода Уорда. Предлагается типовая блок-схема последовательности алгоритмов, позволяющая обойти проблему вычислительной сложности, характерную для метода Уорда. Приводятся экспериментальные результаты по улучшению качества традиционной сегментации. Практическая значимость: предлагаемая схема позволяет обойти проблему вьиислительной сложности за счет разделения процесса обработки на три последовательных этапы. Схема пригодна к улучшению качества любой традиционной сегментации.
Кластерные методы, иерархическая сегментация изображений, метод уорда, обратимые вычисления, улучшение качества изображения
Короткий адрес: https://sciup.org/148308912
IDR: 148308912 | УДК: 004.932 | DOI: 10.18101/2304-5728-2018-3-60-71
Methods for accelerating the classical ward method for clustering pixels of image
Segmentation refers to the stage of pre-processing images. Further selection of objects, recognition of features, analysis of scenes and prediction of situations depend on its results. The requirements to modern segmentation algorithms are as following: refusal to use a priori information, availability of a quality functional for evaluation of the result, a variable number of segments in decomposition of the original image, linear computational complexity and adequacy of the segmentation results. The Ward method is appropriate among the methods of cluster analysis that satisfy most of the above requirements. However, its high computational complexity prevents its direct application. The aim of the study is to find a way to overcome the excessively high computational complexity of the classical Ward method. The methods: classical methods of cluster analysis that meet the current requirements for modem image segmentation algorithms are compared. The choice of the classical Ward method is substantiated. Its advantages and disadvantages are given. The application of the idea of reversible operations in image processing is described. Results: a number of some modifications of the computational process of the Ward method are given. A typical block scheme of a sequence of algorithms is proposed, that allows to circumvent the problem of computational complexity characteristic of the Ward method. Experimental results are presented to improve the quality of traditional segmentation. Practical significance: the proposed scheme allows to circumvent the problem of computational complexity by dividing the processing course into three consecutive stages. The scheme is suitable for improving the quality of any traditional segmentation.
Список литературы Методика ускорения классического метода Уорда для кластеризации пикселей изображения
- Поршнев С. В., Левашкина А. О. Универсальная классификация алгоритмов сегментации изображений//Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. 2008. Т. 3. С. 163-172.
- Ward J. H., Jr. Hierarchical grouping to optimize an objective function//J. Am. Stat. Assoc. 1963. Vol. 58, Issue 301. P. 236-244.
- Otsu N. A threshold selection method from gray-level histograms//IEEE transactions on systems, man, and cybernetics. 1979. T. 9, №. 1. C. 62-66.
- Lloyd S. P. Least squares quantization in PCM//IEEE Transactions on Information Theory. 1957/1982. T. 28, №. 2. C. 129-137. 10.1109/TIT. 1982.1056489. DOI: 10.1109/TIT.1982.1056489
- Mumford D., Shah J. Boundary detection by minimizing lunctionals//IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 1985. T. 17. C. 137-154.