基于FCM模糊聚类算法的图像分割matlab仿真

1.算法运行效果图预览

(完整程序运行后无水印)

2.算法运行软件版本

matlab2022a

3.部分核心程序

（完整版代码包含详细中文注释和操作步骤视频）

I_mean  = func_median(Im1,Lwin);
 
%% 将图像灰度按列排列
X          = Im1(:);  
X_spatial  = I_mean(:);
 
% 初始化标签数组
I_clust    = zeros(WI*HI,1);
% 执行FCM算法
[Ifcm,errs]= func_fcm(X, X_spatial, NumK, beta, Miter);
 
% 找到每个像素的最大隶属度
Ifcm_max   = max(Ifcm);
 
% 根据最大隶属度确定标签
for j = 1:NumK
    idx          = find(Ifcm(j, :) == Ifcm_max);
    I_clust(idx) = j;
end
 
% 将一维标签数组重塑为二维图像
Labs = reshape(I_clust, [WI,HI]);
 
% 显示分割后的图像
subplot(2,2,[3, 4]);
imshow(Labs, []);
title('分割之后的图');
 
% 绘制误差曲线
figure;
semilogy(errs,'linewidth',2);
xlabel('FCM迭代次数');
ylabel('error');
0173

4.算法理论概述

       图像分割是计算机视觉中的一个基本任务，其目的是将图像划分为若干有意义的区域或对象。传统的硬聚类算法如K-Means只能为每个像素分配一个确定的类别标签，而忽略了像素间可能存在的模糊关系。基于模糊C均值（Fuzzy C-Means, FCM）算法的图像分割是一种非监督学习技术，广泛应用于医学影像分析、遥感图像处理、模式识别等多个领域。FCM算法通过将每个像素分配到不同的聚类中心来实现图像分割，同时考虑到像素之间隶属度的模糊性。

4.1 FCM算法原理

隶属度矩阵U：表示像素与聚类中心之间的隶属关系，uij​表示第i 个像素对第j 个聚类中心的隶属度。

聚类中心矩阵V：表示每个聚类的中心位置。

隶属度指数m：控制隶属度的模糊程度，通常取值在 [1,∞)之间。

        FCM算法的目标是最小化每个像素与其所属聚类中心的距离，并且考虑到隶属度的影响。目标函数可以表示为：

      其中,N 是像素总数，C 是聚类数目，xi​ 表示第i 个像素的特征向量，vj​ 是第j 个聚类的中心，∥⋅∥表示范数。

4.2 图像分割中的应用

       在图像分割任务中，每个像素的特征向量通常是其灰度值或RGB颜色值。FCM算法通过上述步骤对图像进行分割，得到的聚类中心对应于不同的图像区域。

       对于灰度图像，每个像素的特征向量为单个灰度值。假设图像尺寸为M×N，则图像可以表示为 X={x1​,x2​,…,xMN​}，其中xi​ 是图像中第i 个像素的灰度值。

      对于彩色图像，每个像素的特征向量为RGB三通道值。此时，每个像素可以表示为一个三维向量 xi=(ri,gi,bi)，其中ri,gi,bi 分别是红色、绿色、蓝色通道的强度值。

       基于FCM模糊聚类算法的图像分割技术通过引入模糊隶属度来实现对图像的高效分割。该方法不仅适用于灰度图像，也能够扩展到彩色图像和多尺度分析。随着算法的不断改进和发展，FCM算法将继续在各种图像处理任务中发挥重要作用。