改进遗传算法在最小错误图像分割法中的应用.pdf

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1、，，一⋯一，，，～一蠲一臻⋯晦鼹j{{ANC0P{下改进遗传算法在最小错误图像分割法中的应用何雅琴(常州机电职业技术学院信息工程系江苏常州213164)【摘要】：传统自适应遗传算法有可能使问题求解陷入局部最优解，而求得错误的图像分割闽值。为了得到最优的图像分割阈值，提出了改进遗传算法在最小错误图像分割法中的应用。改进的算法重新构建了交叉率和变异率的计算公式，使得交叉率和变异率在任何情况下都不为零。算法使用误差最小函数作为适应度函数，采用选择、交叉、变异等遗传操作搜索最优分割阈值。实验结果表明，改进遗传算法应用到最

2、小错误图像分割法中，减少了运算时间，提高了分割准确度。【关键词】：遗传算法；图像分割；阈值；适应度函数0引言2最小错误图像分割法图像分割是数字图像处理的关键技术，也是机器最小误差法是1986年由Kttler和Illingworth提视觉必须要研究的课题。图像分割技术目前已经成为出的。该方法假定目标和背景的灰度服从正态分布，图像处理领域的一个热点问题。图像分割可以分为三在此假设的基础上，设法找到一个阈值，使目标像素大类：基于阈值的分割、基于边缘的分割和基于区域和背景像素被错分的概率最小，这个阈值称为最佳分的分割。阈

3、值分割法是一种简单而非常有效的方法，割阈值。此种图像分割法抗噪声性能比较好[41。该方法对物体和背景对比度特别强的图像特别有效，设全部图像的像素为N，图像的灰度级为0～(M—常采用的方法有双峰法、迭代法、大津法和最小错误1)级，灰度级为i的像素点的个数为n(i)，图像的分割法l1I21。阈值分割法分割图像的关键是确定最优分割阈阈值为T。值，确定最优分割阈值的过程好比是求问题的最优解由以上假设可以求出图像中灰度级为0～T，(T+的过程。为此引入了类似于自然界“优胜劣汰”的遗传1)～fM一1)的像素个数分别为：算法，

4、并对该算法进行了改进，最终把改进的算法应用到最小错误图像分割法中，取得了良好的效果。po(T)：=∑n(i)⋯式2．1i=01遗传算法、遗传算法(geneticalgorithm)是一种基于自然选择pl=n(i)⋯式2．2和基因遗传学原理的优化搜索方法。它是一种“优胜图像中灰度级为0～T，(T+1)～(M一1)像素灰度的劣汰，适者生存”的生物进化方法[31，通过一代一代的平均值分别为：遗传变异得到最佳的适应个体。该算法首先要进行编T码(coding)，编码的好坏将直接影响选择、交叉、变异u。(T)=(∑n(i))

5、／p⋯式2．3等遗传运算。然后要生成一个初始的种群(popula—i=0tion)，种群中的每个个体可以看成是带有遗传信息的u。(T)=(∑n(i)1)／pl⋯式2．4染色体，经过一代一代演化，进化出越来越好的个体。每一代都通过适应度函数来衡量每个个体对环境的图像中灰度级为0一T，(T+1)一(M一11像素的方差适应能力(适应度)，根据适应度挑选个体作为下一代分别为：父体。此过程还要借助遗传算子按照一定的概率进行O-=(∑[i。(T)]n(i))／p。(T)⋯式2．5复制、交叉、变异等遗传操作产生新的优良个体，同

6、时M一12去除适应度低的不良个体，保留适应度高的个体，共仃一(T)]们，pl(T1⋯式2．6同组成下一代群体。这个过程使种群像自然进化一，可以取图像总体的误差最小函数为：样，一代比一代更优秀。通过反复迭代，种群向着最优解的方向进化，直至满足问题的求解指标为止。G=l+2[po(T)*ln(r0(1r)+p1*lnf1(T)]一2[po*ln2014~l期l福建电脑·133·誊j魄聱籀jJ}ANeOlf黼po(T)+pl(T)Inpl(T)]⋯式2．7行编码，然后生成初始种群，并使用误差最小函数作图像的最佳分割阈值

7、可以取使判别函数取极小值为算法的适应度函数，对种群进行选择、交叉和变异的灰度值T。等一系列操作，最终找到最优分割阈值_5]。算法的具体3改进遗传算法在最小错误图像分割法中的应用操作步骤如下：3．1遗传算法的改进①编码。编码的好坏将直接影响问题的求解。由在遗传算法中，交叉率p和变异率13,的选择将于灰度图像的灰度值在0-255之间，采用8位二进制直接影响问题求解的准确性和时间性。P或p过大，数就可以表示所有的信息，所以将阈值编码为8位二有可能导致优秀基因消失的可能性越大，不利于种群进制串。的快速进化。p或p过小，有

8、可能使算法收敛于局部②种群初始化。初始种群的大小直接影响算法的最优解。在自适应遗传算法(AGA)中，交叉率p。和变运行。初始种群太大，算法运行时问过长，初始种群太异率p可由式3．1和式3．2给出。小，群体的多样性就差。试验中选择初始种群规模M为28，最大进化代数为200。√)／(_，⋯式3．1③适应度函数的选择。最佳分割阈值可以通过式【k2，厂一厂r—2．7来求出。遗传算