当前位置: 首页 > news >正文

基于二维熵阈值分割与遗传算法结合的图像分割

一、算法原理框架

1. 二维熵阈值分割基础

  • \(p_{ij}\):灰度值i与邻域均值j的联合概率
  • \(w_0,w_b\):目标和背景的累积概率
  • 目标:最大化总熵\(H=H_o+H_b\)

2. 遗传算法优化流程

graph TD A[初始化种群] --> B[适应度计算] B --> C[选择操作] C --> D[交叉变异] D --> E[更新种群] E -->|未收敛| C E -->|收敛| F[输出最优阈值]

二、关键算法实现(MATLAB)

1. 二维熵计算函数

function H = calc2DEntropy(I, t, s)[M,N] = size(I);hist = imhist2(I, t, s); % 计算二维直方图p = hist / (M*N);w0 = sum(p(1:t,1:s));w1 = sum(p(t+1:end,s+1:end));H0 = -sum(sum(p(1:t,1:s) .* log(p(1:t,1:s)./w0)));H1 = -sum(sum(p(t+1:end,s+1:end) .* log(p(t+1:end,s+1:end)./w1)));H = H0 + H1;
end

2. 遗传算法主程序

%% 参数设置
popSize = 50;    % 种群大小
maxGen = 100;    % 最大迭代
pc = 0.8;        % 交叉概率
pm = 0.05;       % 变异概率
tRange = [1,256];% 阈值范围%% 初始化种群
pop = randi(tRange, popSize, 2);%% 适应度计算
fitness = @(t) -calc2DEntropy(im2double(I), t(1), t(2));%% 遗传算法迭代
for gen = 1:maxGen% 计算适应度fitValues = arrayfun(fitness, pop);% 选择操作(锦标赛选择)selected = tournamentSelection(pop, fitValues);% 交叉操作(模拟二进制交叉)offspring = sbx_crossover(selected, pc);% 变异操作(多项式变异)offspring = poly_mutation(offspring, pm, tRange);% 更新种群pop = [selected; offspring];
end%% 最优解提取
[~, idx] = max(fitness(pop));
bestT = pop(idx,:);

三、关键技术优化

1. 二维直方图加速计算

function hist = imhist2(I, t, s)[M,N] = size(I);kernel = fspecial('average', [3,3]);meanImg = imfilter(I, kernel, 'replicate');% 灰度值和邻域均值联合统计hist = accumarray([I(:), round(meanImg(:))]+1, 1, [t+1, s+1]);
end

2. 自适应遗传算法改进

  • 动态变异率

    pm = 0.05 + 0.05*(gen/maxGen); % 随迭代次数增加变异率
    
  • 精英保留策略

    eliteRatio = 0.1;
    eliteNum = round(eliteRatio * popSize);
    [sortedFit, idx] = sort(fitValues, 'descend');
    elitePop = pop(idx(1:eliteNum), :);
    

四、工程应用案例

1. 医学图像分割

% 加载DICOM图像
img = dicomread('CT_scan.dcm');
grayImg = im2double(rgb2gray(img));% 遗传算法参数设置
options = optimoptions('ga',...'PopulationSize',50,...'MaxGenerations',100,...'CrossoverFcn',{@crossoverarithmetic,0.8,1,2});% 执行优化
[bestT, fval] = ga(@(t) -calc2DEntropy(grayImg, t(1), t(2)), 2, [], [], [], [], [1,256], [1,256], [], options);% 显示结果
segImg = grayImg > bestT(1);
imshow(segImg); hold on;
contour(bwperim(segImg),'r');

2. 工业检测系统

% 实时视频处理
video = VideoReader('factory_inspection.mp4');
while hasFrame(video)frame = readFrame(video);gray = im2double(rgb2gray(frame));% GPU加速计算gpuImg = gpuArray(gray);parfor i=1:10t = ga(@(t) -calc2DEntropy(gpuImg, t(1), t(2)), 2);endseg = gather(gpuImg > t(1));% 显示结果imshow(seg); drawnow;
end

参考代码 使用二维熵图像阈值分割法和遗传算法对图像进行分割处理 www.youwenfan.com/contentcnk/64824.html

五、算法优势分析

  1. 抗噪性能提升 二维熵考虑邻域信息,抑制孤立噪声点 遗传算法全局搜索避免局部最优
  2. 多阈值自适应 支持3-5个阈值联合优化 适用于复杂纹理图像分割
  3. 计算效率优化 并行计算加速直方图统计 动态变异率平衡收敛速度

六、扩展应用方向

  1. 三维医学图像分割 扩展二维熵至三维体素分析 结合区域生长算法
  2. 实时视频处理 帧间差分优化 FPGA硬件加速
  3. 小样本学习 结合迁移学习优化初始种群 元学习参数自适应
http://www.hskmm.com/?act=detail&tid=40479

相关文章:

  • 2025年碳氢肥料生产厂家权威推荐榜单:农产品用料/增产用肥/碳氢核肥邮沃源头厂家精选
  • 2025年修护/二硫化硒去屑/香氛/控油蓬松/洗发水推荐榜:西安悦己容生物主打植萃护理,四大品牌以精准配方适配多元发质
  • 2025喷涂/聚脲涂料领域源头厂家推荐榜:宁国创遂新材料领衔,多企业助力防腐防护升级​
  • 2025弯管领域源头厂家推荐榜:合肥市翼达机械领衔,多企业助力工业管件加工升级​
  • 2025不锈钢剪板折弯推荐榜:上海一步一金属主打定制加工,四大企业以精准工艺赋能工业制造
  • 2025年灭火装置厂家推荐排行榜,气体灭火装置,自动灭火装置,机床灭火装置,七氟丙烷灭火装置,二氧化碳灭火装置,清洗机灭火装置,走心机灭火装置,搓丝机灭火装置,磨床灭火装置,火花机灭火装置公司推荐
  • CF2038B Make It Equal
  • 算法分析--分治--3.矩阵乘法
  • 2025年高温线缆优质厂家盘点:实力派企业守护工业核心需求,铁氟龙高温线,硅胶高温线,高压高温线厂家推荐
  • 三立轴承:精密轴承安装后怎么检查?
  • 2025橡胶/变形缝中埋式/中置式橡胶/预埋式橡胶/内埋式/止水带推荐榜:众航防水领跑衡水市场,四大企业以技术筑牢工程防渗防线
  • 2025 年 upe 超高分子量聚乙烯板,upe 板超高分子量聚乙烯板,uhmwpe 超高分子量聚乙烯板厂家最新推荐,产能、专利、环保三维数据透视
  • 2025废气处理设备推荐榜:兴瀚环境领跑青岛市场,四大企业以技术突围环保赛道
  • 2025全焊接换热器/板式换热器/清洗维修推荐榜:科睿泽换热(苏州)领跑,四大企业以高效传热赋能工业节能
  • linux系统启动卡在(1 of 2) A start job is running for .... ()
  • MES 他山之石:红日药业MES 文摘
  • goldengate(ogg)日常维护
  • HDMI辐射整改案例-阿赛姆电子
  • CF2045E 做题记录
  • 电脑截图怎么往下拖着截图?4种方法教你轻松实现长页面截图(滚动截图超全教程)
  • 2025年云南旅游租车公司最新服务推荐榜:芒市旅游包车/芒市旅游租车/云南旅游包车/专注体验与可靠,打造无忧旅途
  • 哈希优化策略
  • 一站式开发速查表大全 - 覆盖主流编程语言与工具
  • GNU C和ANSI C的一些差异
  • Day6综合案例1-体育新闻列表
  • 达梦删除数据文件后恢复
  • SpringMVC的执行流程
  • 贪心训练
  • 多线程基础-创建线程
  • 2025年上海直连全球云网络公司权威推荐榜单:AIGPU专用算力/GPU计费模式/GPU弹性算力源头厂家精选