Библиотека
Achim Gegler Vortrag zum Seminar "Bildsegmentierung und Computer Vision"
Перевод Акульшиной Н.В.
Оригинал статьи расположен по адресу http://www.mathematik.uni-ulm.de/stochastik/lehre/ws05_06/seminar/gegler.pdf
1 Введение

На изображении необходимо определить сегмент изображения. Форма этого сегмента заранее известна априорной информацией. Необходимо найти: кривую, описывающую данный сегмент изображения. Кривая должна быть указана в явном виде. В этом контексте, так называемая кривая очертания или активный контур.
Цель: найти очертание, которое описывает сегмент изображения. Очертание систематизирует энергию.
Энергия = как подходят друг к другу априорная информация и очертание + как подходят друг к другу информация о изображении и очертание.
Чем меньше соответствие, тем выше энергия.
Задача: найти очертание с минимальной энергией, которое лучше всего охватывает сегмент.
Решение рассчитывается итеративно.

2 Определение
- Определение кривой
- Внутренняя энергия S(c)
- Внешняя энергия P(c)
Определение кривой
Очертание описывает явное представление о параметрах кривой.

Требования: с 2 раза непрерывно дифференцировать.
Назначить энергию E(c)

R
E(c) = S(c) + P(c)
S(c) = внутренняя энергия (по априорной информации)
P(c) = (по информации с изображения)
Внутренняя энергия S(c)
Грубая форма как известно охватывает сегмент.
Мы знаем кое-что о "длине края" и "гладкости края" из этого сегмента.
Из дифференциальной геометрии:

1. Производная кривой s говорит о длине.

2. Производная кривой s говорит о гладкости.
c длина

большая; c гладкость

большая
Взвесив длину и кривизну: ω1≥0 и ω2≥0.
Выбираем ω1 и ω2 в соответствии с априорной информацией.
ω1>ω2: сегменты с сильной кривизной
ω1<ω2: очень гладкие сегменты

небольшая, когда очертание будет найдено хорошо известной формы сегмента.
Внешняя энергия P(c)
Изображение дано соответственно серого цвета из единичных пикселей.
Таким образом, функция (x,y) -> I(x,y)
I(x,y) = серый цвет на месте (x,y).
Исходя из I(x,y) непрерывно дифференцируема.
Сегменты изображения граничат по краям с окрестностями.
Край = месту, где появились большие изменения серого цвета.

Интересно: там, где

становится большим, насколько это возможно.
Энергия должна быть на краях маленькая.

(ω3≥0 регулирующее воздействие внешней энергии в общей энергии)

маленькое, когда очертание контура совпадает с краем изображения.
3 Определение решения
- Статическая задача оптимизации
- Практический итерационный расчет
Статическая задача оптимизации
E(c) = S(c) + P(c)

Задача оптимизации: E(c) -> min
-> необходимый критерий вариационного исчисления (уравнение Эйлера-Лагранжа)
Изменение задачи
Изменение задачи:

Необходимое условие для минимума:

(уравнение Эйлера-Лагранжа)
Обязательный критерий
Уравнение Эйлера-Лагранжа в нашем случае:

Итак, если мы приняли очертание с, мы можем решить, будет ли оно соответствовать (локальная) минимальная точка E(с).
Дискретизация
Очертание с описывается интерполяцией (например, с помощью конечных разностей). Если n<∞ узлов

сохраняются.
Производные

и

также численно рассчитаны в узлах.
Рассмотрим терм энергии:

На изображение наложена сетка. Узлы должны находятся в узловых точках.
Итерационное вычисление
Инициализация очертания (указываем узлы), которые будут собраны за пределами сегмента.
Расчет энергии E*(C).
Единичный узел может сдвигать все 8 соседних точки сетки или оставить без изменений.
Для очертания есть в общей сложности 9n различных возможностей передвижения.
Выберите передвижение, для которого

будет минимальным.

Преимущества и недостатки очертания
Преимущества
Рассмотрение априорной информации.
Существование эффективных процедур.
Надежность от шума на изображении и пробелов на кривой.
Недостатки
Не в состоянии справиться с топологическим изменениями -> T-очертание.
Реализация больших размеров только при значительных усилиях.

Инициализация очертания близкого к контуру сегмента (локальный минимум) является необходимым.
Литература
- S. Osher, R. Fedkiw ”Level set methods and dynamic implicit surfaces”, Springer, 2003.
- S. Osher, N. Paragios, eds. ”Geometric level set methods in imaging, vision, and graphics ”, Springer, 2003.
- Internet
- Analysis 1&2 Skript, Prof. Stadtmuller
Наверх