基于粒子群算法(PSO)的灰度图像阈值分割及多适应度函数实现

news/2025/11/5 16:20:00/文章来源:https://www.cnblogs.com/yu99999come/p/19194023

1. 算法框架设计

%% 核心流程
1. 图像预处理 → 2. PSO参数初始化 → 3. 适应度函数计算 → 4. 粒子群迭代 → 5. 阈值输出

2. PSO参数设置

% 粒子群参数
n_particles = 30;    % 粒子数量
max_iter = 100;      % 最大迭代次数
w = 0.7;             % 惯性权重
c1 = 1.5; c2 = 1.5;  % 学习因子
dim = 2;             % 搜索维度(二阈值时为2)
lb = [0, 0];         % 下界
ub = [255, 255];     % 上界

3. 多适应度函数实现

3.1 类间方差(Otsu准则)
function fitness = otsu_fitness(thresholds, hist)T1 = thresholds(1); T2 = thresholds(2);w0 = sum(hist(1:T1)); w1 = sum(hist(T1+1:T2)); w2 = sum(hist(T2+1:end));mu0 = sum((1:T1)' .* hist(1:T1)) / w0;mu1 = sum((T1+1:T2)' .* hist(T1+1:T2)) / w1;mu2 = sum((T2+1:end)' .* hist(T2+1:end)) / w2;fitness = w0*w1*(mu0-mu1)^2 + w1*w2*(mu1-mu2)^2;
end
3.2 最大熵准则
function fitness = entropy_fitness(thresholds, hist)T1 = thresholds(1); T2 = thresholds(2);H0 = -sum((hist(1:T1)./sum(hist(1:T1))).*log2(hist(1:T1)./sum(hist(1:T1))));H1 = -sum((hist(T1+1:T2)./sum(hist(T1+1:T2))).*log2(hist(T1+1:T2)./sum(hist(T1+1:T2))));H2 = -sum((hist(T2+1:end)./sum(hist(T2+1:end))).*log2(hist(T2+1:end)./sum(hist(T2+1:end))));fitness = H0 + H1 + H2;
end
3.3 区域均匀性
function fitness = region_uniformity(img, thresholds)T1 = thresholds(1); T2 = thresholds(2);mask1 = img < T1; mask2 = img >= T1 & img < T2; mask3 = img >= T2;uni1 = std2(img(mask1)); uni2 = std2(img(mask2)); uni3 = std2(img(mask3));fitness = 1 / (uni1 + uni2 + uni3 + eps);
end
3.4 梯度信息融合
function fitness = gradient_fitness(img, thresholds)[Gx, Gy] = imgradientxy(img);grad_mag = sqrt(Gx.^2 + Gy.^2);T1 = thresholds(1); T2 = thresholds(2);mask1 = grad_mag < T1; mask2 = grad_mag >= T1 & grad_mag < T2; mask3 = grad_mag >= T2;fitness = sum(mask1(:)) + 0.5*sum(mask2(:)) + 2*sum(mask3(:));
end

4. PSO主循环实现

%% 初始化粒子群
particles = lb + (ub-lb) .* rand(n_particles, dim);
velocities = 0.1*(ub-lb) .* (2*rand(n_particles, dim) - 1);
pbest = particles;    % 个体最优
gbest = particles(1,:); % 全局最优%% 适应度计算
fitness = arrayfun(@(i) otsu_fitness(particles(i,:), imhist(img)), 1:n_particles);%% 迭代优化
for iter = 1:max_iter% 更新速度r1 = rand(n_particles, dim); r2 = rand(n_particles, dim);velocities = w*velocities + c1*r1.*(pbest - particles) + c2*r2.*(gbest - particles);velocities = min(max(velocities, -abs(ub-lb)), abs(ub-lb)); % 速度限制% 更新位置particles = particles + velocities;particles = min(max(particles, lb), ub); % 边界处理% 计算新适应度new_fitness = arrayfun(@(i) otsu_fitness(particles(i,:), imhist(img)), 1:n_particles);% 更新个体最优update_idx = new_fitness < fitness;pbest(update_idx,:) = particles(update_idx,:);fitness(update_idx) = new_fitness(update_idx);% 更新全局最优[min_fit, min_idx] = min(fitness);if min_fit < otsu_fitness(gbest, imhist(img))gbest = particles(min_idx,:);end% 混沌扰动(防止早熟)if mod(iter,10) == 0particles = tent_map(particles);end
end

5. 多阈值扩展方法

5.1 多维PSO优化(三阈值示例)
dim = 3; % 三阈值
lb = [0, 0, 0]; ub = [255, 255, 255];
% 适应度函数改为多类间方差计算
5.2 协作学习策略
% 将高维问题分解为多个子问题
sub_swarm1 = particles(:,1:2); % 前两个阈值
sub_swarm2 = particles(:,3:end); % 第三个阈值
% 各子群独立优化后合并结果

参考代码 将基本粒子群用于阈值灰度图像分割,同时给出多种适应度函数 www.youwenfan.com/contentcnk/66080.html

6. 优化策略

  1. 混沌初始化:使用Logistic映射生成初始粒子群,提升全局搜索能力

    function x = logistic_map(n, r=4)x = zeros(n,1);x(1) = rand();for i=2:nx(i) = r*x(i-1)*(1-x(i-1));end
    end
    
  2. 动态参数调整:根据迭代次数自适应调整惯性权重

    w = 0.9 - 0.5*(iter/max_iter); % 线性递减
    
  3. GPU加速:利用CUDA并行计算适应度

    gpu_img = gpuArray(img);
    fitness = arrayfun(@(i) otsu_fitness(particles(i,:), imhist(gpu_img)), 1:n_particles);
    

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/956906.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

遍插茱萸少一N

你们开 ipart 不带 n 是吧?我把你们挂到 AI 学会上炒作一番好不好?明年就让你加倍 neural network 起来,改叫 ACGNN 如何?后年就是 ACG4N,最后就变成 ACG8N,学界被这种自娱自乐的小圈子产物塞满,彻底完 G8 蛋了…

小狗

小狗WSY MT 二哈

VScode输出控制台中文显示乱码解决方法(仅限于Python)

1、右键点击“我的电脑”(或“此电脑”),选择“属性”; 2、点击“高级系统设置”选项; 3、在弹出的系统属性窗口中,点击“环境变量”按钮; 4、在“系统变量”或“用户变量”下,点击“新建”来创建一个新的变量; 5…

高教工具箱使用说明书.docx

高教工具箱使用说明 一. 联接多个Excel表 1.适用场景:期末要汇总成绩了,而你的平时成绩、期中成绩和期末成绩存在三个不同的excel表里,而且学生排列的顺序是不同的。这时候,你可以使用此功能,把它们联结成一个Ex…

2025石家庄设计公司权威排行推荐榜:石家庄vi设计公司,石家庄画册设计公司品牌实力与创意服务的全景评测

引言 当前石家庄设计行业呈现蓬勃发展态势,但市场乱象同样不容忽视:设计水平参差不齐,部分公司缺乏专业设计团队和系统化服务流程,导致设计方案同质化严重,无法满足企业品牌建设与市场传播需求;服务质量良莠不齐…

2025年博物馆数字展厅制造企业权威推荐榜单:智能化展厅/企业展厅LED屏/企业展示展厅源头厂家精选

在数字化浪潮的推动下,博物馆展厅已从传统的静态陈列空间,升级为集VR/AR、AI、数字孪生等前沿技术于一体的沉浸式智能交互载体。行业数据显示,超过75%的新建展厅已集成至少三种数字互动技术,沉浸式体验项目的平均观…

基于直方图均衡化的图像去雾算法改进

一、传统直方图均衡化的局限性全局处理缺陷 无法处理局部光照不均(如浓雾区域与清澈区域并存) 容易导致过曝或细节丢失(如天空区域过度拉伸) 颜色失真问题 直接对RGB通道处理会破坏色彩平衡 暗通道估计偏差导致大气…

2025年现代候车亭企业权威推荐榜单:现代公交候车亭/现代公交站台/现代公交站亭源头厂家精选

随着城市智能化建设与公共交通服务的持续升级,现代候车亭作为城市家具的重要组成,其市场需求显著增长。现代候车亭以其智能化服务功能、耐用材质与人性化设计,广泛应用于城市干道、公交枢纽及社区周边等场景。本文将…

2025年水利铸铁闸门厂家权威推荐榜单:弧形铸铁闸门/抓斗式清污机/铸铁闸门源头厂家精选

在水利工程、农田灌溉及水电站建设领域,铸铁闸门作为水工建筑物的关键控制设备,其密封性、耐腐蚀性及结构强度直接影响水资源调控效率与工程安全。根据水利行业统计数据显示,2025年全国水利建设投资规模预计突破1.2…

智能充气泵方案:无线充气泵pcba的研发设计

充气泵PCBA(Printed Circuit Board Assembly)是现代充气设备的核心组件,负责控制充气泵的运行、监测气压、管理电源等功能。随着智能家居、汽车、户外运动等领域的快速发展,充气泵PCBA的设计与制造技术也在不断进步…

大屏动态交互总结

大屏动态交互总结大屏内容一般多且杂,根据设计图布局可分成左中右三栏或者左右两栏。 父组件 Index.vue 包含 左中右三栏。父组件作为“状态管理中心的“总指挥”它不关心具体数据怎么画成图表或表格,那是“执行部…

win7 系统完美运行. net 8 程序 所需依赖总结

经过数十次安装总结,基本上所有奇怪的情况都遇到了,最终总结出了下面的依赖清单,需要安装顺序从上到下依次安装。首先安装 [.net framwork 4.5.2],防止框架过老。安装下面的系统安全补丁更新系统的证书,防止在安装…

CONNECT 与 TLS 构建可治理边界

CONNECT 隧道机制 CONNECT 是 HTTP 协议中用于建立到目标主机与端口的隧道方法。客户端首先向出站节点发起 CONNECT 请求,指定目标域名与端口。隧道建立后,客户端与目标站点直接进行 TLS 握手,出站节点仅转发加密数…

2025年维修厂家推荐排行榜单:专业制冷服务引领行业

摘要 2025年维修厂家行业正迎来技术升级和服务多元化的高速发展期,尤其在制冷、螺杆机和冷库安装领域,高效节能和全生命周期服务成为核心趋势。本文基于行业数据和用户口碑,整理出2025年维修厂家推荐排行榜单,旨在…

2025 年度用友管理软件经销商最新推荐排行榜:权威测评 + 专业分析,精选优质服务商助力企业数字化转型制造业 / 建材行业管理软件代理商推荐

引言 在数字化转型浪潮下,企业对管理软件的需求持续攀升,用友管理软件因功能全面、适配性强成为主流选择。但市场上经销商服务质量参差不齐,为帮助企业精准选型,行业协会联合专业测评机构开展了 2025 年度用友管理…

2025年维修厂家口碑排行榜单:制冷行业技术创新与服务优势深度解析

摘要 随着制冷行业的快速发展,2025年维修厂家市场竞争日益激烈,用户对高效、可靠的制冷服务需求不断增长。本文基于行业数据、用户口碑和技术评测,推出维修厂家推荐排行榜单,旨在帮助用户选择优质服务提供商。榜单…

领先的安全可靠的数据分类分级厂商推荐

概要:随着《数据安全法》《个人信息保护法》以及《数据安全技术数据分类分级规则(2024版)》的实施,数据分类分级已从企业可选能力升级为合规运营的必备能力。在海量数据环境下,智能化的数据分类分级不仅能帮助企业…

2025年模块化甲板驳定制厂家权威推荐榜单:甲板驳船/甲板运输船/平板驳源头厂家精选

在海洋工程、港口物流及海上风电等领域,模块化甲板驳凭借其灵活的配置、高效的装载性能及强适应性,已成为重大设备运输与海上作业的关键装备。随着国内外海上风电、跨海桥梁等大型项目的持续推进,市场对定制化、大载…

CTF-show_Web方向(更新中)

萌新杯 web-14 过滤了括号以及分号 GET:?c=include$_POST[a]?> 、 POST:a=php://filter/read=convert.base64-encode/resource=config.php密码3 摩斯密码解密得到一个摩斯酷但培根更酷, MMDDMDMDMMMDDDDMDD%u3MM…