基于條件隨機(jī)場(chǎng)的圖像語(yǔ)義分割方法研究.pdf

1、隨著智能手機(jī)等可拍照移動(dòng)終端設(shè)備的普及和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，圖像的數(shù)量呈現(xiàn)飛速增長(zhǎng)趨勢(shì)。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)大量圖像信息進(jìn)行有效的管理和分析便成為現(xiàn)今科技亟待解決的問(wèn)題之一。人類的視覺(jué)系統(tǒng)能在圖像中迅速區(qū)分出前景和背景類別及其精細(xì)的輪廓。對(duì)于計(jì)算機(jī)等機(jī)器而言，人們也希望其能夠通過(guò)一系列學(xué)習(xí)過(guò)程，完成類似的任務(wù)，即圖像語(yǔ)義分割。作為計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究的重要領(lǐng)域，語(yǔ)義分割對(duì)場(chǎng)景理解、目標(biāo)識(shí)別、圖像或視頻編輯等眾多應(yīng)用都具有十分重要的意義。
　　為

2、了解決條件隨機(jī)場(chǎng)等模型由于表達(dá)能力有限，導(dǎo)致不易處理目標(biāo)交叉、遮擋或者復(fù)雜形變等問(wèn)題，近年來(lái)人們把高層類別先驗(yàn)知識(shí)引入到語(yǔ)義分割模型中，其中一種方法把字典學(xué)習(xí)融入到條件隨機(jī)場(chǎng)模型中。但是，現(xiàn)有方法在學(xué)習(xí)字典時(shí)只考慮了判別能力，而忽視了原始樣本數(shù)據(jù)的局部特性。因此，本文提出了一種語(yǔ)義分割方法，來(lái)探索數(shù)據(jù)局部特性對(duì)于分割效果的作用。該方法建立于條件隨機(jī)場(chǎng)和局部一致性字典聯(lián)合學(xué)習(xí)模型之上。具體而言，本文提出了兩種不同的局部一致性字典學(xué)習(xí)方案，

3、二者分別從特征空間和標(biāo)記空間來(lái)衡量數(shù)據(jù)的一致性。另外，本文提出的方法中所使用的條件隨機(jī)場(chǎng)和字典學(xué)習(xí)在同一方法中實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫整合，即系統(tǒng)的訓(xùn)練過(guò)程可以同時(shí)完成條件隨機(jī)場(chǎng)的參數(shù)學(xué)習(xí)和局部一致性字典的學(xué)習(xí)。
　　在現(xiàn)實(shí)生活中，獲取高質(zhì)量的像素級(jí)別真值標(biāo)記是一個(gè)既耗力又耗時(shí)的過(guò)程，這在一定程度上阻礙了強(qiáng)監(jiān)督語(yǔ)義的實(shí)用性。為了解決該問(wèn)題，本文又提出一種弱監(jiān)督語(yǔ)義分割方法。弱監(jiān)督方法一般只需使用圖像級(jí)別的真值標(biāo)記作為模型的監(jiān)督信息。本文提出的弱

4、監(jiān)督方法以條件隨機(jī)場(chǎng)模型為基礎(chǔ)，其靈感來(lái)源于生活中的拼圖游戲，故稱為拼圖零片學(xué)習(xí)方法。首先，本文使一幅圖像中相對(duì)零散的超像素自動(dòng)合并為拼圖零片。其次，所有訓(xùn)練圖像的拼圖零片由條件隨機(jī)場(chǎng)模型為其賦予合適的語(yǔ)義標(biāo)記。這樣，一個(gè)拼圖零片的資源庫(kù)便構(gòu)建完成。對(duì)于一幅測(cè)試圖像，本文通過(guò)比較其超像素與資源庫(kù)中拼圖零片，來(lái)為其分配使得勢(shì)函數(shù)達(dá)到最小的類別標(biāo)記。訓(xùn)練過(guò)程所構(gòu)建的資源庫(kù)具有很好的通用性和靈活性，這增強(qiáng)了本文提出的弱監(jiān)督方法的實(shí)用意義。