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領域分割処理

グラフカット法

画像処理における グラフカット法(Graph Cuts) は主に画像のセグメンテーションに使われる最適化手法の1つで、画像を前景と背景などに分割するために用いられる。

領域項(データ項)と境界項(平滑化項)と呼ばれる2つの項からなるコスト関数E(L)E(L)

E(L)=R(L)+λ⋅B(L)E(L)= R(L) + \lambda \cdot B(L)

を最小化する

R(L)=∑p∈PRp(Lp)B(L)=∑{p,q}∈NB{p,q}⋅δ(Lp,Lq)δ(Lp,Lq)={1(Lp≠Lq)0( それ以外 )\begin{aligned} R(L)&=\sum_{p\in P} R_p(L_p) \\ B(L)&=\sum_{\{p, q\} \in N} B_{\{p, q\}} \cdot \delta(L_p, L_q) \\ \delta(L_p, L_q) &= \begin{cases}1 & (L_p \neq L_q) \\ 0 & (\text { それ以外 })\end{cases} \end{aligned}
  • PP:画素の全集合、ppは1画素

  • NN:隣接する画素同士の組の全集合、{p,q}\{p, q\}はその要素

  • λ\lambda:領域項と境界項の相対的な重み。λ≥0\lambda \geq 0

  • LL:ラベル(前景・背景)

GrabCut

Graph Cut を改良した半自動の画像セグメンテーション手法。

GrabCutは2004年にMicrosoft Researchによって提案された(Rother et al., 2004)。

特徴:

  • 最初に矩形で前景をざっくり指定するだけで良い。

  • 背景/前景の色分布を GMM(Gaussian Mixture Model) でモデル化。

  • Graph Cut を使って、GMMに基づくエネルギー関数を反復的に最小化する。

<Figure size 640x480 with 1 Axes>
<Figure size 640x480 with 1 Axes>