基于改进k-均值聚类的纸币冠字号图像分割算法-论文.pdf

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1、第37卷第3期辽宁科技大学学报Vb1．37NO．32014年6月JoumalofUniversityofScienceandTechnologyLiaoningJun．2014基于改进均值聚类的纸币冠字号图像分割算法金佳鑫，欧阳鑫玉，赵楠楠，张娟娟(1．辽宁科技大学电子与信息工程学院，辽宁鞍山114051；2．国家金融安全及系统装备工程技术研究中心，辽宁鞍山114051)摘要：针对传统彩色图像分割方法的局限性，提出了基于HSI色彩空间和改进均值聚类的图像分割方法，通过将彩色图像分解成三个相互独立的H、

2、S、1分量，利用各个分量特点及其直方图确定聚类类别和初始聚类中心，在高饱和度区和低饱和度区分别聚类，并将聚类结果合并取交集，从而分割出目标区域。将该方法用于纸币冠字号码图像分割，经仿真验证，结果不受噪声和局部边缘变化的影响，分割效果得到明显提升，为后续冠字号准确识别提供了良好的基础。关键词：彩色图像分割；K-均值聚类；纸币冠字号码；HSI色彩空间中图分类号：TN911．3文献标识码：A文章编号：1674．1048(2014)03．0279．06随着中国经济的快速发展，人民币纸币的市场流通量已超过5万亿

3、元，随之而来的是假币纠纷、金融犯罪也日益增多，如何完善金融领域的反假币、反洗钱和反抢盗等措施，保证纸币安全快捷流通，是值得深入研究的课题。在此背景之下出现的金融物联网技术，通过识别和记录纸币冠字号码，实现了纸币的追溯和分析。该技术的关键问题之一是纸币冠字号码的准确识别。人民币脏污等大量噪声污染增加了图像分割的难度。常用的纸币冠字号码分割方法是将采集到的彩色图像先变换为灰度图像后再进行处理，该方法会损失图像的空间信息，并容易受到噪声干扰。为了克服这些缺点，彩色图像分割方法越来越受到人们的关注和重视。彩色

4、图像分割可以理解为灰度图像分割技术在色彩空间各分量上的应用。常用的彩色分割方法有直方图阈值法、边缘检测法、区域生长、形态学分割法、聚类算法、模糊技术、遗传算法等等⋯。其中，均值聚类算法(K-meansclusteringalgorithm)由于具有快速、直观、易于实现等优点，受到广泛应用但该算法需要事先确定初始聚类中心和聚类类别，选择不好对结果的影响非常大。因此，针对均值聚类算法，不少研究者提出了许多改进算法。周萍提出了改进的遗传均值聚类算法，通过合理选取聚类的特征向量及引人自适应算法，提高了算法的收

5、敛速度乜。谢娟英等将快速K中心点聚类算法确定初始中心点的思想应用于全局均值聚类算法，在不影响聚类效果的基础上缩短了聚类时间b。陶新民等提出的改进粒子群优化(PSO)和均值混合聚类算法，全局收敛能力和收敛速度显著提高。王莉等提出的改进的粗均值算法，分类正确率高，收敛速度快，能够克服离群点的不利影响b。蔡志华提出的快速彩色图像分割方法，速度比传统算法快了一个数量级[6]。本文在众多专家研究的基础上，基于彩色图像的HSI色彩空间特点，通过对纸币冠字号码图像在HSI色彩空间上三个分量的分析，有效地提取了初始聚

6、类中心及聚类类别，并通过对K-均值聚类方法的改进，减少了传统均值算法的迭代次数，避免了陷入局部极值，降低了聚类过程的计算量，提高了算法的收敛速度，分割效果明显。收稿日期：2013—09—09。作者简介：金佳鑫(1989一)，男(蒙古)，辽宁葫芦岛人。辽宁科技大学学报第37卷1色彩空间的选择与分割策略彩色图像分割主要包括：选取合适的彩色空间；采用恰当的分割方法。对于图像的颜色空间，最常用的就是RGB色彩空间，分别代表红、绿、蓝三基色，但是R，G，B三个分量之间的相关性很高，仅对色彩差别、目标与背景明显的

7、图像容易分割，因此彩色图像分割通常是将RGB图像变换到其他的色彩空间中去处理。为了使后续图像处理更为精确，本文选择更加接近人的视觉感知特性的HSI色彩空间。HSI色彩空间(或模型)从人的视觉系统出发，用色度(Hue)、饱和度(Saturation)和亮度(Intensity)来描述色彩。其中，H代表色调，表示颜色的类别；S表示颜色饱和度，即颜色深浅；l表示亮度，主要受光源强弱影响，与彩色信息无关。与RGB色彩空间相比，其分量可以分开处理而且相互独立，从而简化了图像分析和处理的工作量。虽然HSI色彩空间

8、与RGB色彩空间这两者定义的空间不一样，但只是同一物理量的不同表示方法，因而它们之间存在着转换关系。RGB色彩空间与HSI色彩空间的转换关系如下"r1⋯jl—}(1)2『(—G)+(R—)(G—)11日=一g(2)s=1一雨吉min(R，G，B)(3)，=(R+G+B)(4)利用HSI色彩空间进行彩色图像分割的策略如下：(1)将采集到的RGB图像转换到HSI色彩空间，提取出H，S，IX分量，画出其分量直方图。(2)通过分析目标图像的饱和度分量s后，在高饱