第7章图象分割评价技术.ppt课件

1、章毓晋清华大学电子工程系 100084 北京图象工程第2页第7讲第第7 7章章 图象分割评价技术图象分割评价技术 7.1 分割评价方法分类 7.2 分割算法评价框架 7.3 分割评价准那么 7.4 算法评价实例 7.5 评价方法和准那么比较7.6 基于评价的分割算法优选系统第3页第7讲7.1 分割评价方法分类分割评价方法分类图象分割的评价图象分割的评价分割评价分割评价evaluation可以分成两种可以分成两种情况：情况：(1) 性能描写性能描写characterization：掌握某种算法在不同分割情况中的表掌握某种算法在不同分割情况中的表现，以经过选择算法参数来顺应分割具有现，以经过选择算

2、法参数来顺应分割具有不同内容的图象和分割在不同条件下采集不同内容的图象和分割在不同条件下采集到的图象的需求到的图象的需求(2) 性能比较性能比较comparison：比较不同算法在分割给定图象时的性比较不同算法在分割给定图象时的性能，以协助在详细分割运用中选取适宜的能，以协助在详细分割运用中选取适宜的算法或改良已有的算法算法或改良已有的算法第4页第7讲7.1 分割评价方法分类分割评价方法分类图象分割的评价图象分割的评价对评价方法根本要求对评价方法根本要求(1)应具有广泛的通用性，即评价方法要应具有广泛的通用性，即评价方法要适于评价不同适于评价不同 类型的分割算法并适宜各种类型的分割算法并适宜各

3、种运用领域情况运用领域情况(2)应采用定量的和客观的性能评价准那应采用定量的和客观的性能评价准那么，这里定量是么，这里定量是指可以准确地描画算指可以准确地描画算法的性能，客观是指评判摆脱法的性能，客观是指评判摆脱 了人为的要了人为的要素素(3)应选取通用的图象进展测试以使评价应选取通用的图象进展测试以使评价结果具有可比结果具有可比 性和可移植性，同时这些图性和可移植性，同时这些图象应尽能够反映客观世象应尽能够反映客观世界的真实情况和界的真实情况和实践运用领域的共同特点实践运用领域的共同特点第5页第7讲7.1 分割评价方法分类分割评价方法分类 两大类评价方法：两大类评价方法：(1)直接法直接法/

4、分析法分析法直接研讨分割算法本身的原理特性，直接研讨分割算法本身的原理特性，经过分析推理经过分析推理 得到分割算法性能得到分割算法性能(2)间接法间接法/实验法实验法根据已分割图象的质量间接地评判分根据已分割图象的质量间接地评判分割算法的性能割算法的性能详细用待评价的算法去分割图象，然详细用待评价的算法去分割图象，然后借助一定的后借助一定的 质量测度来判别分割结果的质量测度来判别分割结果的优劣，据此转而得出所优劣，据此转而得出所用分割算法的性用分割算法的性能能第6页第7讲7.1 分割评价方法分类分割评价方法分类 两类实验评价方法：两类实验评价方法：(1)优度实验法优度实验法采用优度采用优度go

5、odness参数描画已分参数描画已分割图的特征，割图的特征， 然后根据优度数值来断定进然后根据优度数值来断定进展分割的算法的性能展分割的算法的性能(2)差别实验法差别实验法先确定理想的或期望的分割结果参考先确定理想的或期望的分割结果参考图，然后经过图，然后经过 比较已分割图与参考图之间比较已分割图与参考图之间的差别值来断定分割算的差别值来断定分割算法的性能法的性能 第7页第7讲7.1 分割评价方法分类分割评价方法分类 输入图输出图分析法参考图优 度 实验法差 异 实验法预处理后处理分割算法ORANDOROR分割待分割图已分割图第8页第7讲7.1 分割评价方法分类分割评价方法分类 两个关键两个关

6、键(1)对分割算法进展分析或实验的机制和对分割算法进展分析或实验的机制和途径或途径或方案即机理和程序方案即机理和程序对同一类方法评价有类似之处对同一类方法评价有类似之处 (2)用来评判算法特性的评价准那么也用来评判算法特性的评价准那么也常叫测度常叫测度 或目的或目的同一类方法中的各个实践方案各有特同一类方法中的各个实践方案各有特点点 第9页第7讲7.2 分割算法评价框架分割算法评价框架 三个模块：三个模块：性能分析评判、图象合成、算法测试性能分析评判、图象合成、算法测试 分析目的性能评判图象合成干扰因素评价要求原始特征值实际特征值试验图象算法测试待测算法评价结果第10页第7讲7.2 分割算法评

7、价框架分割算法评价框架 1.性能评判：性能评判：(1)特征选取：根据分割目的进展特征选取：根据分割目的进展 (2)差别计算：原始和实测特征值差别计算：原始和实测特征值 (3)性能描画：结合图象合成条件性能描画：结合图象合成条件 特征选取UMA性能描述图象合成分割目的特征值评价结果计算第11页第7讲7.2 分割算法评价框架分割算法评价框架 2.图象合成：图象合成：根据实验分割结果来评判分割算法需根据实验分割结果来评判分割算法需求采用适宜的分割实验图求采用适宜的分割实验图 真实图象真实图象受限于详细的运用受限于详细的运用需求人工分割，会在评价中引入客观需求人工分割，会在评价中引入客观偏向偏向合成图

8、象合成图象灵敏性好，可反复性强灵敏性好，可反复性强保证评价研讨的客观性和通用性保证评价研讨的客观性和通用性第12页第7讲7.2 分割算法评价框架分割算法评价框架 2.图象合成：图象合成：(1)组建根本图：根据实践运用领域组建根本图：根据实践运用领域的模型的模型 (2)目的调整：模拟实践图象目的调整：模拟实践图象 (3)叠加干扰：模拟采集条件叠加干扰：模拟采集条件 (4)图象组合：按一定次序图象组合：按一定次序基本图目标调整干扰因素图象组合原始数值合成图图象模型采集条件第13页第7讲7.2 分割算法评价框架分割算法评价框架 3.算法测试：算法测试：典型的图象分析模块典型的图象分析模块分割分割 被

9、测算法被测算法“黑盒子黑盒子丈量丈量 分割出来的目的分割出来的目的/实践的目的特征值，实践的目的特征值，“性能评判性能评判 第14页第7讲7.3 分割评价准那么分割评价准那么 分割评价方法分三类不同方法所采用的评价准那么各有特点 7.3.1分析法准那么7.3.2优度实验法准那么7.3.3差别实验法准那么第15页第7讲7.3.1 分析法准那么 A-1：所结合的先验信息：所结合的先验信息高层知识的指点作用高层知识的指点作用所要分割图象本身的特性信息所要分割图象本身的特性信息很难定量描画，主要用于定性分析算法性能很难定量描画，主要用于定性分析算法性能A-2：处置战略：处置战略串行，并行，迭代或混合串

10、行，并行，迭代或混合A-3：计算费用：计算费用可按不同操作处置的类型和数量来计算可按不同操作处置的类型和数量来计算 第16页第7讲7.3.1 分析法准那么 A-4：检测概率比：检测概率比正确检测概率正确检测概率Pc错误检测概率错误检测概率Pf 分析得到的分析得到的Pc和和Pf 的比值的比值 A-5：分辨率：分辨率象素，象素组，象素假设干分之一亚象素象素，象素组，象素假设干分之一亚象素TcdtedgetPP)|(t dedgenotPPTf)|(第17页第7讲7.3.2 优度实验法准那么 G-1：区域间对比度：区域间对比度灰度对比度灰度对比度G-2：区域内部均匀性：区域内部均匀性 内部均匀性测度

11、内部均匀性测度 2121ffffGCiRyxiRyxiiyxfAyxfCUM2),(),(),(1),(11第18页第7讲7.3.2 优度实验法准那么 G-3：外形测度：外形测度 衡量目的外轮廓的光滑程度衡量目的外轮廓的光滑程度 fN(x, y)表示象素表示象素(x, y)的邻域的邻域N(x, y)中的平中的平均灰度，均灰度，g(x, y)表示象素表示象素(x, y)处的梯度处的梯度C是一个归一化系数，是一个归一化系数，Sgn()代表单位阶跃代表单位阶跃函数，函数，T是预先确定的阈值是预先确定的阈值 yxyxNTyxfyxgfyxfCSM,),( ),(Sgn),( ),(Sgn 1第19页第

12、7讲7.3.3 差别实验法准那么 D-1：象素间隔误差：象素间隔误差d(i)代表第代表第i个错分象素与其正确位置的间隔个错分象素与其正确位置的间隔 质量因数质量因数 偏向的平均绝对值偏向的平均绝对值归一化间隔测度归一化间隔测度NiidpNFOM12)(111NiidNMAVD1)(1%100)(12AidNDMNi第20页第7讲7.3.3 差别实验法准那么 D-2：象素数量误差：象素数量误差 误差概率误差概率象素分类误差，面积错分率，分类误差，正象素分类误差，面积错分率，分类误差，正确分割确分割百分数，噪声信号比，归一化平方误百分数，噪声信号比，归一化平方误差，对称散度差，对称散度D-3：目的

13、计数一致性：目的计数一致性图象的分块数图象的分块数 PEP OP B OP BP O B( )( |)( )( | )qnnSTpF11第21页第7讲7.3.3 差别实验法准那么 D-4：最终丈量精度：最终丈量精度 图象分析：获得对图象中目的特征值的准确图象分析：获得对图象中目的特征值的准确丈量丈量 反映了分割图象的质量并可以用来评判算法反映了分割图象的质量并可以用来评判算法的性能的性能为描画目的的不同性质可以运用不同的目的为描画目的的不同性质可以运用不同的目的特征特征Rf ：原始特征量值，：原始特征量值，Sf ：实践特征量值：实践特征量值优点：通用，定量和客观，计算简单优点：通用，定量和客观

14、，计算简单 fffSRAUMA%100 ffffRSRRUMA第22页第7讲7.4 算法评价实例算法评价实例 7.4.1实验设置和环境P.188所研讨的算法所用的实验图7.4.2实验结果和讨论P.189对动态规划轮廓搜索法的讨论对分裂、合并和组合法的讨论第23页第7讲7.5 评价方法和准那么比较评价方法和准那么比较 第三个层次的研讨第三个层次的研讨评价方法和评价准那么采用的原理和评价方法和评价准那么采用的原理和机理各有特点，因此评价方法和准那么的机理各有特点，因此评价方法和准那么的性能也会不同性能也会不同采用第二个层次研讨中的一些概念和采用第二个层次研讨中的一些概念和思绪思绪(1)对评价方法的

15、讨论比较对评价方法的讨论比较(2)对评价准那么的分析比较对评价准那么的分析比较(3)对定量实验准那么的实验比较对定量实验准那么的实验比较第24页第7讲7.5.1 方法讨论和比较 (1)通用性通用性能否适用于研讨各种不同类型的分割算法能否适用于研讨各种不同类型的分割算法(2)复杂性复杂性本身实现的复杂性，处置手段和任务量本身实现的复杂性，处置手段和任务量(3)主客观性主客观性客观或客观的思索及结果客观或客观的思索及结果(4)对参考图的需求对参考图的需求涉及评价进展的适用性和可行性涉及评价进展的适用性和可行性 第25页第7讲7.5.1 方法讨论和比较 作用点和作用方式作用点和作用方式 分析法：不需

16、求实现算法本身分析法：不需求实现算法本身实验法：对输入图象需进展实践分割实验法：对输入图象需进展实践分割 运用领域运用领域分析法：评价结果只与算法本身有关分析法：评价结果只与算法本身有关 优度实验法：结合了已分割图象的某些期优度实验法：结合了已分割图象的某些期望性目的望性目的差别实验法：参考图已充分思索了特差别实验法：参考图已充分思索了特定的运用情况定的运用情况 第26页第7讲7.5.2 准那么的分析比较 组评价准则通用性复杂性主客观性A-1先验知识部分算法低主观A-2处理策略所有算法低客观A-3计算费用部分简单算法低客观A-4检测概率比部分简单算法中客观A-5分辨率所有算法低客观G-1区域间

17、的对比度所有算法中主观G-2区域内的均匀性所有算法高主观G-3形状测度取阈值算法高主观D-1象素距离误差所有算法高客观D-2象素数量误差所有算法中客观D-3目标计数一致性所有算法低客观D-4最终测量精度所有算法中客观第27页第7讲7.5.2 准那么的分析比较 第28页第7讲7.5.2 准那么的分析比较 第29页第7讲7.5.3 准那么的实验比较 实验方法实验方法 借助对一系列一样分割图的评价来比较不借助对一系列一样分割图的评价来比较不同准那么同准那么计算各目的的一系列数值，从值的变化得计算各目的的一系列数值，从值的变化得到各准那么不同的特性，然后经过比较特性来比到各准那么不同的特性，然后经过比

18、较特性来比较准那么的优劣较准那么的优劣甲：区域间对比度，乙：区域内均匀性，甲：区域间对比度，乙：区域内均匀性，丙：象素间隔误差，丁：象素数量误差，丙：象素间隔误差，丁：象素数量误差，戊：最终丈量精度目的面积戊：最终丈量精度目的面积 第30页第7讲7.5.3 准那么的实验比较 评价准那么比较曲线评价准那么比较曲线00.20.40.60.81112 114 116 118 120 122 124 126 128 130 132 134 136 138甲乙 丙 丁戊第31页第7讲7.6 基于评价的分割算法优选系统基于评价的分割算法优选系统 分割评价的目的是为了能指点，改良和提高分割算法的运用性能建立分割专家系统以有效地利用评价结果进展归纳推理 7.6.1算法优选思想及战略7.6.2优选系统的实现和效果第32页第7讲7.6.1 算法优选思想及战略 问题：问题