SLIC超像素（superpixel）算法

Posted 2023-01-14 zbxzc

SLIC算法是simple linear iterative cluster的简称，该算法用来生成超像素（superpixel）。

基本思想

算法大致思想是这样的，将图像从RGB颜色空间转换到CIE-Lab颜色空间，对应每个像素的（L，a，b）颜色值和（x，y）坐标组成一个5维向量V[L,a,b,x,y],两个像素的相似性即可由它们的向量距离来度量，距离越大，相似性越小。

算法首先生成K个种子点，然后在每个种子点的周围空间里搜索距离该种子点最近的若干像素，将他们归为与该种子点一类，直到所有像素点都归类完毕。然后计算这K个超像素里所有像素点的平均向量值，重新得到K个聚类中心，然后再以这K个中心去搜索其周围与其最为相似的若干像素，所有像素都归类完后重新得到K个超像素，更新聚类中心，再次迭代，如此反复直到收敛。怎么样，是不是感觉很像K-means聚类算法。

该算法接受一个参数K，用于指定生成的超像素数目。设原图有N个像素，则分割后每块超像素大致有N/K个像素，每块超像素的边长大致为S=[N/K]^0.5，开始我们每隔S个像素取一个聚类中心，然后以这个聚类中心的周围2S*2S为其搜索空间，与其最为相似的若干点即在此空间中搜寻。这里有一个问题，为了避免所选的聚类中心是边缘和噪声这样的不合理点，算法做了改进， 在3*3的窗口中将聚类中心移动到梯度最小的区域,梯度定义为

                                                    G(x，y)=[V(x+1,y)-V(x-1,y)]^2+[V(x,y+1)-V(x,y-1)]^2

这样就可以避免上面所说的情况。

因为L，a，b在CIE-Lab颜色空间，L,a,b的大小有限制，而图像尺寸则没有限制，如果图片的尺寸比较大，会造成衡量向量距离时空间距离（x，y）的影响过大，所以需要调制空间距离（x，y）的影响，所以需要对x，y进行normalize。改进向量距离的度量如下：

                                                   d_lab=[(Lk-Li)^2+(ak-ai)^2+(bk-bi)^2]^0.5

                                                   d_xy=[(Xi-Xk)^2+(Yk-Yi)^2]^0.5

                                                   Ds=d_lab+(m/S)*d_xy

m用来调整d_xy的权值，一般为1-20，在算法中设置为10。

最后可能出现一些小的区域d被标记为归属某一块超像素但却与这块超像素没有连接，这就需要把这块小区域d重新归类为与这块小区域d连接的最大的超像素中去，以保证每块超像素的完整。

算法流程

来看看效果吧：