关于全局水平集模型的凸性理解

在传统方法的图像分割中,水平集模型是非常最经典的。原理来说是通过曲线轮廓的演化,经过一段时间的体验,一般来说水平集就是曲线外侧的数值一直减小,水平集内侧的数值一直增大。并且越靠近边缘的水平集变化程度越小,经过多次迭代便可以通过等高线,或者一般来说取零水平线,来显现出图像的轮廓。

在很多论文中提到了一种全局凸的水平集模型,例如Chan等人提出的凸版本局部二元拟合LBF模型如下:

其中的参数与具体细节请看这里

然后本人对比了一下普通的非凸版本的局部二元拟合LBF模型,如下:

关于全局水平集模型的凸性理解_第1张图片

经过对比观察凸版本和非凸版本的两种LBF模型,除了凸版本的LBF模型带了个边缘指示器 g以外,基本没啥区别?那是如何转化为凸版本的呢?

最终我们把目光定在了凸版本模型中的 0\leqslant u\leqslant 1上,一下子就豁然开朗了。

假设水平集演化次数非常非常多,无穷的在演化,那么曲线内外的值将会变成正无穷和负无穷,也就是不断地增大,完全不收敛(当然我们也可以通过0水平集的位置变化作为停止条件,但是并不影响这个能量泛函不收敛的事实)

总结:

凸版本水平集模型的实现主要通过限制约束水平集函数 u 的范围来实现,比如之前距离 0 水平集外侧很远的位置的水平集函数的值为负无穷,但是被强行正则化为0,而水平集内侧的最大的值也被限制为1,那么在演化到一定程度时(0\leqslant u\leqslant 1约束后上层水平集函数和下层水平集函数的范数作为损失的计算),即可达到收敛的效果。

 

(以上纯属个人理解,有问题望指正)

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