snake模型工作原理

1、精品文檔Snake模型算法的基本思想數(shù)學(xué)模型及工作原理Snake模型是由Kass竽人首次提出的算法，廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)視覺(jué)及圖 像處理中的備個(gè)領(lǐng)域， 如邊緣檢測(cè)、 圖像分割*運(yùn)動(dòng)跟蹤等， 特別應(yīng)用于圖像屮 感興趣目標(biāo)輪廓的攝取.Snke模型引入高層知識(shí)，在處理局部間斷的邊煤時(shí)， 提取效呆比傳統(tǒng)輪屬提取方法坐好.1 Snake模型的基本思想Snake模型乂稱(chēng)為主動(dòng)輪廓線模j（active contour model*其星本思想卮依擁 圖像信息進(jìn)行曲線曲面） 演化， 使其最終找到目標(biāo)物休的邊界口這種方法將分割 問(wèn)題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問(wèn)題，利用閉合曲線（或曲面）形變的特定規(guī)彳心定義度量閉合 曲線（曲面）形

2、變的能爭(zhēng)隔數(shù)，通過(guò)最小化能星雷數(shù)使曲線（曲1而）逐漸逼近圖像屮 目標(biāo)物體的邊緣=Snake模盟能量函數(shù)的設(shè)計(jì)原則是:打利屬性鏗能導(dǎo)致能量編小.有利屬性包 括曲線（曲而）連續(xù)、平滑、與高梯度區(qū)域的接近以及具他些具體的先驗(yàn)知識(shí). 這樣，活勸輪廓在取值范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)，就能在能童曲數(shù)的指導(dǎo)下收斂到局部邊界* 而且能保持曲線（曲而）的連絨和平AT.Snake模哩是在曲線（曲面）本條的內(nèi)力利圖 像數(shù)據(jù)的外部約束力作用卜的移動(dòng)的變形輪廓作用在Snake模塑上的力依擁輪 廓所在的位置及其形狀決定如何在空聞局部的變化內(nèi)力和外力的作用是不同的: 內(nèi)力起平滑約束作用，外力則引導(dǎo)酮吐吐模型向圖像特征移型L2基于Swke

3、模型的輪廓提取方法對(duì)于傳統(tǒng)的輪廓提取方法,首先蚩進(jìn)行早本的邊緣檢測(cè)， 然后進(jìn)行邊緣連接* 一值化2后，繼而述行輪廉跟蹤處理口在邊緣檢測(cè)時(shí)，易受局部噪聲影響而產(chǎn)生 虛假邊緣，或考是不連續(xù)時(shí)間斷邊緣，無(wú)法保證分割或者提戰(zhàn)的結(jié)果就是連續(xù)光 滑的閉合輪廉;此外，基于底足信息的輪廓跟蹤，一方而對(duì)一值化過(guò)程的依賴(lài)性 比較大;另一方而，対于間斷的邊緣，使用上述簡(jiǎn)單方法將會(huì)跟氐失畋這些都 是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺(jué)屮分層處理模型所無(wú)法解決的問(wèn)題.Snake模型為解決輪郭提取任務(wù)提供了新的思維方法=仃別于傻統(tǒng)的輪廓提 取方法.Snake模型試圖從全新的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)H標(biāo)輪廓提取的任務(wù).傳統(tǒng)輪廓捉 取方法通常是首先讓算團(tuán)像的梯

4、度，提取山具有較人梯度值的像索點(diǎn)作為邊緣 點(diǎn)，然后依拯某種跟蹤準(zhǔn)則將邊緣點(diǎn)連按成廿標(biāo)輪廊線;而Srmke模熨采用另外 的策略進(jìn)行輪JF始即建立個(gè)連續(xù)光滑的閉合輪廓曲線I將此曲線13置在感興趣甘標(biāo)輪廓附近，在果種圖像力場(chǎng)的作用卞將此輪廓曲線定位到圖像屮具有較人梯度值的區(qū)域輪圍曲線的最終位置將是對(duì)模理相關(guān)能呈的數(shù)毘小化的 結(jié)呆.股展橈吃的獨(dú)軫性在于:它可以通赳綜合利用從圖像數(shù)擁屮得判的限制（自1歡迎下載精品文檔底向上）利齊種先驗(yàn)知識(shí)（自上向下h把兒何、估計(jì)理論、高層知識(shí)約束聯(lián)系起來(lái), 保證提取山的 ti 標(biāo)輪鄲是連續(xù)光滑的閉合曲線。3 Snake模型的數(shù)學(xué)模型Snake模型是在內(nèi)部約束力和外部約束

5、力作用下移動(dòng)的變形輪廓線=它可以 表示為定義在逅Uh IJ上的參數(shù)Iffi線，即:鞏滬儀（嘆舟）可模岷相關(guān)的能耳菌 數(shù)込為E噸定義如下：Eg = 瑋（）加=E=i（V（J）4也 g）（ I ）Eirt為snake模塑的內(nèi)部能雖函數(shù)，定義為%（臨） = *（松+附何*E幀為Snake模唱的外部能量朗數(shù)*定義為；M-0）在內(nèi)部能盤(pán)公武2）4幾叭 譏 Q 分別為曲線的階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)。品 定義-個(gè)可伸氏和可彎曲的輪廓何叨的內(nèi)部變形能量， 它包括猜個(gè)參數(shù):a控 制輪廊的“檢力3它是施加于Snake輪廓曲線上相鄰兩點(diǎn)的連續(xù)釣束項(xiàng)系數(shù)， 作用是調(diào)節(jié)Snake的伸縮力;0控制輪i廊的剛度.這些參數(shù)操縱著模型

6、的物理行 為利局部連紐性，囪休現(xiàn)了XJ Snake輪廓曲線連紐性和平滑性的約束.內(nèi)部能 呈隔數(shù)中加權(quán)系數(shù)口和0時(shí)選樣 與圖像噪聲分布有關(guān)， 噪聲越人，a和B的值 也應(yīng)該越大，以使Snake輪廓曲線可以拎越噪聲所造城的局部極小值位置.同時(shí),a和0的相對(duì)分布乂決定著輪廓收斂的性能芒il于執(zhí)控制著輪廓曲線階導(dǎo)矢模 分戢Q越丸 輪廉收縮的速度越快;而刀揑制著輪廓曲線階導(dǎo)矢模分呈.P越人，輪廓越平滑口當(dāng)選ffa =0時(shí)，允許Ske輪廓曲線出現(xiàn)間斷點(diǎn)，即不連 綻的輪廓醐線。因此，通過(guò)合理地選擇口和B的值，可以便輪廓收斂至圖像屮比 較合理的位置円公式（3）定義的E是外部能量處數(shù)，它決定著Snake輪廓曲線的

7、移動(dòng)方向， 不同的外部能量函數(shù)引導(dǎo)Snake輪靡曲線收斂到圖像水同的特征區(qū)域。般而W-外部能耳韻數(shù)主姿由兩部分組成:圖橡:圖像能陥直和約束力能E閃圖叫EimB衣示由圖像力產(chǎn)生的圖像能，它與圖像特性有關(guān)*E晦在圖像的菲邊緣處具有較 大數(shù)值，I仙在邊緣處數(shù)值較小.這樣，由此圖像能構(gòu)成的Snake 型能量函數(shù)在 最小化的過(guò)程屮，很容易便離散化的Snake控制點(diǎn)劉込邊緣時(shí)便不再離開(kāi)邊緣， 完成對(duì)H標(biāo)輪廓的持確定庭?？刂颇芸﹦e臥衣示外部約束力能，只有在解決杲 種具體問(wèn)題時(shí)才予以考慮口2歡迎下載精品文檔4 Snake模型的工作原理5a応模謝是-條參數(shù)化的曲線，用來(lái)表卿某種顯著的圖像特征(如:感興趣 的目標(biāo)

8、輪廓笞L模型的作原理是:ffiXl snake模犁遊行適當(dāng)?shù)某跏蓟痁后,輪 廓Illi線在來(lái)白模哩自身的內(nèi)力利來(lái)自模丿訊以外的外力的丿恫約束下，進(jìn)行住動(dòng)” 地變形利位移.其屮內(nèi)力釣束輪鄆曲絨的形狀特性，外力指導(dǎo)曲線的行為*將其 拖向顯善的圖像特征模型與某一恰當(dāng)定義的能量函數(shù)相關(guān)聯(lián)在模規(guī)向顯著圖 像特征收斂的過(guò)程中“通過(guò)實(shí)現(xiàn)此能量函數(shù)的最小化來(lái)實(shí)現(xiàn)提取顯著圖像特征的 任務(wù)舟模里的運(yùn)動(dòng)過(guò)程就退亍找凡豐最小值的過(guò)程岸對(duì)于Snake能量瞬數(shù)fmakc.J 嚴(yán)訓(xùn)詢(xún) +爐&+P(嗆)當(dāng)氐碰t達(dá)到最小化時(shí)*使用歐拉 拉解朗日方程進(jìn)疔求解，可以得到如下方程:OV(J)- 0廣何 -Vp(v(1= 0(5)從這個(gè)角度上看，能駅最小化方程還可以視為力半衡方程：耳=J其中，F(xiàn)祁表不弘吐亡模電受到的內(nèi)力作用，它控制曲線的收編以及平常等內(nèi)部 特性;凡表小模型所受到的外力作用，外力指號(hào)Snake模電曲線收斂到真實(shí)的H標(biāo)輪廓。因此可以從力的平衡角度對(duì)血吐已模甩的工作原理進(jìn)打解釋:Snake輪廓 曲線在外力的吸引下不斷地向克實(shí)tl標(biāo)輪廓移功;內(nèi)力F疏在保持對(duì)呂mke形 狀約朿的同時(shí)，隨