【正文】 題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí) 際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評(píng)定成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”） 教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 第 3 頁(yè) 共 78 頁(yè) 目錄 中文摘要 ………………………………………………………………………………………… .1 ABSTRACT ……………………………………………………………………………………… .2 第一章 緒論 ……………………………………………………………………………………… .7 研究的背景和動(dòng)機(jī) ……………………………………………………………………… 7 研究工作內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn) ……………………………………………… ………………… 8 針對(duì)靜態(tài)圖像分割提出的基于細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的人工生命模型 ……………… .9 針對(duì)視頻序列特征提出的基于多粒度的改進(jìn)的人工生命模型 …………… .9 論文結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………………………… 9 第二章 圖像分割與人工生命 …………………………………………………………………… 11 圖像分割的定義 ……………………………………………………………………… ...11 傳統(tǒng)圖像分割的方法及其局限 ……………………………………………………… ..12 閾 值法 ……………………………………………………………………… ...12 基于區(qū)域的圖像分割方法 ………………………………………………… ...15 基于邊界的圖像分割方法 ………………………………………………… ...16 人工生命的產(chǎn)生，發(fā)展和現(xiàn)狀 ……………………………………………………… ..19 人工生命的產(chǎn)生和發(fā)展 …………………………………………………… ...19 人工生命的研究現(xiàn)狀 ………………………………… …………………… ...20 人工生命的研究思想 ………………………………………………………………… ..21 人工生命研究的領(lǐng)域 ………………………………………………………………… ..22 人工生命的應(yīng)用與發(fā)展前景 ………………………………………………………… ..24 本章小結(jié) ……………………………………………………………………………… ..27 第三章 基于細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的人工生命模型 ……………………………… ...………………… ....28 細(xì)胞自動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 ……………………………… ……………………………………… ..28 人工生命模型的設(shè)計(jì)思想 …………………………………………………………… ..29 智能體及其生存環(huán)境 ………………………………………………………………… ..30 生存與擴(kuò)張 …………………………………………………………………………… ..30 智能體的生存規(guī)則 ………………………………………………………… ...30 鄰域的定義 ………………………………………………………………… ...30 智能體的繁殖 … ……………………………………………………………………… ..31 繁殖規(guī)則 …………………………………………………………………… ...31 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果 ……………………………………………………………………… ..32 分割結(jié)果定量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) …………………………………………………… ...32 定量分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果 ………………………………………………… ...34 定性分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果 …………………………………… …………… ...37 與其他分割方法比較的結(jié)果 ……………………………………………… ...41 本章小結(jié) ……………………………………………………………………………… ..43 第四章 基于多粒度的改進(jìn)的人工生命模型 ………………………………… ...……………… 45 改進(jìn)模型的設(shè)計(jì)思想 ………………………………………………………………… ..47 生命體及其生存環(huán)境 ………………………………………………………………… ..48 生存環(huán)境 …………………… ……………………………………………… ...48 第 4 頁(yè) 共 78 頁(yè) 生命體的劃分 ……………………………………………………………… ...50 環(huán)境變化探測(cè)器 …………………………………………………………… ...51 生存規(guī)則及擴(kuò)張 ……………………………………………………………………… ..51 生存的規(guī)則 ………………………………………………………………… ...51 鄰域的定義 ………………………………………………………………… ...51 繁殖，擴(kuò)張，死亡的規(guī)則 ………………………………………………… ...52 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 ……………………………………………………………………… ..52 仿真環(huán)境 …………………………………………………………………… ...52 有效性測(cè)試 ………………………………………………………………… ...53 分割參數(shù)對(duì)分割效果的影響 ……………………………………………… ...53 模型對(duì)對(duì)象的 敏感性測(cè)試 ………………………………………………… ...56 與已有算法的比較 ………………………………………………………… ...60 實(shí)驗(yàn)小結(jié) …………………………………………………………………… ...60 本章小結(jié) ……………………………………………………………………………… ..61 第五章 結(jié)論與展望 ……………………………………………………………………………… 62 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………………… ..64 攻讀 碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參加的科研項(xiàng)目 ……………………………… ...………… ..69 致謝 ……………………………………………………………………………………………… ..70 第 5 頁(yè) 共 78 頁(yè) 第一章 緒論 研究的背景和動(dòng)機(jī) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于對(duì)指定的場(chǎng)景區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視，并把場(chǎng)景內(nèi)的信息傳遞給監(jiān)控者，使其能根據(jù)相應(yīng)的情況采取適當(dāng)措施的系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段 :模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng) 。生命體通過(guò)環(huán)境的變化獲得能量才能夠生存，它們能感覺到周圍的變化并向著變化的方向不斷擴(kuò)張。 在圖像分割的研究中引入人工生命的思想，將具有廣闊的研究空間和良好的應(yīng)用前景，將有希望發(fā)現(xiàn)新穎的更優(yōu)良的分割方法。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。只有在圖像分割的基礎(chǔ)上才能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行特征提取和參數(shù)測(cè)量 ， 使得更高層的圖像分析和理解成為可能。整個(gè)系統(tǒng)具有并行的、 自 適應(yīng)的、面向目標(biāo)等特征。 第四章是根據(jù)圖像視頻序列的圖像特征，針對(duì)目標(biāo)提取的圖像分割而提出的基于多粒度的改進(jìn)的人工生命模型，完整的介紹了該算法的設(shè)計(jì)思想，模型的各個(gè)模塊等 ， 并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)展示了 多粒度人工生命 模型用于 目標(biāo)提取 的性能優(yōu)勢(shì)和發(fā)展及應(yīng)用的潛力，并與其他經(jīng)典算法的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。若圖像的灰度直方圖呈雙峰狀且有明顯的谷 ,選擇谷點(diǎn)的灰度值作為閾值就可把目標(biāo)從背景中分割出來(lái)。它的缺點(diǎn)是需要人為確定種子點(diǎn)，對(duì)噪聲敏感，可能導(dǎo)致區(qū) 第 14 頁(yè) 共 78 頁(yè) 域內(nèi)有空洞。 Sobel算子 [12]是實(shí)際應(yīng)用中效果比較好的邊 緣算子。 人工生命的概念是由美國(guó)圣達(dá)菲研究所的 Langton C G 教授在 1987 年提 出來(lái)的，并把它定義為“研究具有自然生命系統(tǒng)行為特征的人造系統(tǒng)”。 20 世紀(jì) 40 年代和 50 年代，他在數(shù)字計(jì) 第 18 頁(yè) 共 78 頁(yè) 算機(jī)設(shè)計(jì)和人工智能領(lǐng)域做了很多開創(chuàng)性的工作。當(dāng)前主要有三個(gè)關(guān)于人工生命的系列學(xué)術(shù)研討會(huì)，一個(gè)是主要由美國(guó)承辦的 ALIFE 系列國(guó)際研討會(huì)；一個(gè) 是由歐洲主辦的“歐洲人工生命會(huì)議” (ECAL)，它從 1991 年開始每?jī)赡昱e辦一屆，到 20xx 年為止已經(jīng) 第 19 頁(yè) 共 78 頁(yè) 舉辦了 7 屆；另一個(gè)是由日本舉辦的“人工生命和機(jī)器人” (AROB)系列國(guó)際研討會(huì)，從 1996年開始每年舉行一屆。同樣，在復(fù)雜性問題研究中，突現(xiàn)意味著從低級(jí)行為和規(guī)則中無(wú)法預(yù)測(cè)而出現(xiàn)的高級(jí)現(xiàn)象。 細(xì)胞自動(dòng)機(jī)是由馮 （ 4）人工腦。 第 22 頁(yè) 共 78 頁(yè) 于是人們把生物系統(tǒng)中的 腦神經(jīng)系統(tǒng)、遺傳系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)的功能和分布式控制的思想運(yùn)用到機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)出了基于行為的進(jìn)化機(jī)器人。另外， Mataric研究 多機(jī)器人合作完成任務(wù)，而進(jìn)化機(jī)器人也是人工生命的應(yīng)用研究熱點(diǎn)。 另外，人 工生命優(yōu)化技術(shù)還被用于生物制藥中的分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化。傳統(tǒng)的人工智能使用自頂向下的方法，高層的智能行為是通過(guò)首先進(jìn)行明確的建模得到的。發(fā)展至今也出現(xiàn)了很多經(jīng)典的分割算法基本上分為三個(gè)大方向基于閾值的分割，基于區(qū)域的分割和邊緣檢測(cè)。諾伊曼未完成的工作，在他去世后多年由康韋等人進(jìn)一步發(fā)展。 從數(shù)學(xué)模型的角度看，該模型將平面劃分成方格棋盤，每個(gè)方格代表一個(gè) 細(xì)胞 。最初的智能體的個(gè)數(shù)，位置及其生命特征值是隨機(jī)生成的。 第 28 頁(yè) 共 78 頁(yè) 初 始 化（ 生 命 體 的 個(gè) 數(shù) ， 位 置 和 特 征 值 ）繁 衍擴(kuò) 張分 割 結(jié) 果死 亡 個(gè) 體 間 交 互 規(guī) 則與 環(huán) 境 的 交 互 規(guī) 則適 應(yīng) 度 判 定 規(guī) 則 圖 31 生命演化分割流程圖 智能體及其生存環(huán)境 我們將待處理圖像作為智能體生存的一個(gè)環(huán)境，并將待處理圖像視為方格狀環(huán)境，每個(gè)像素就是一個(gè)格子，每個(gè)像素格允許容納一個(gè)智能體存活。但生命游戲是具有產(chǎn)生動(dòng)態(tài)圖案和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)能力的 細(xì)胞 自動(dòng)機(jī)模型。凡是滿足這些規(guī)則的模型都可以算作是 細(xì) 胞自動(dòng)機(jī)模型。它們更可能成為并行過(guò)程和自治類型 , 第 25 頁(yè) 共 78 頁(yè) 沒有任何中央控制者或協(xié)調(diào)者。 20xx年 Ramos等人提出了能夠識(shí)別和分類理石紋理的人工生命模型，進(jìn)一步拓寬了人工生命的數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的應(yīng)用。日本的 Ha—yashi 和韓國(guó) 的 Yang、 Lee 等人采用人工生命的思想來(lái)進(jìn)行工程上的優(yōu)化研究，提出一種基于人工生命的進(jìn)化算法，他們利用人工生命的突現(xiàn)移植以及人工生命可以動(dòng)態(tài)地和環(huán)境相互作用的特點(diǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)全局尋優(yōu)，取得了較好的效果。相對(duì)于笨重的機(jī)器人結(jié)構(gòu)而言，昆蟲結(jié)構(gòu)雅致而精確。人工生命研究的重要內(nèi)容就是進(jìn)化現(xiàn)象，因此許多人工生命模型也都采用 GA 來(lái)創(chuàng)建進(jìn)化系統(tǒng)，使其成為研究進(jìn)化現(xiàn)象的重要方法之一。人工社會(huì)的行為者是一個(gè)能夠隨著時(shí)間發(fā)生變化或者具有適應(yīng)性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 在人工生命中，信息處理原則是基于實(shí)際生命中的大量并行處理過(guò)程，如在一個(gè)鳥群中 ， 是很多鳥的個(gè)體在飛行方向上的小的變化而給予鳥群動(dòng)態(tài)特征 的。如果能夠在另外一種物質(zhì)中獲得相同的邏輯，就可以創(chuàng)造出不同材料的另外一種生命。他認(rèn)為不應(yīng)將目光局限于已知形式的生命，如果人造系統(tǒng)具有繁衍、進(jìn)化、生存、死亡等生命特征，它也應(yīng)該看作是一種生命形式。他證明相對(duì) 簡(jiǎn)單的化學(xué)過(guò)程可以從均質(zhì)組織產(chǎn)生出新的秩序。 圖像分割領(lǐng)域的方法和文獻(xiàn)有很多，我們?cè)谏厦鎯H僅介紹了幾大類常用的方法。因此常用微分算子進(jìn)行邊緣檢測(cè)，它是一種并行邊界技術(shù)。把這些新像素作為種子繼續(xù)生長(zhǎng)，直到?jīng)]有滿足條件的像素可被包括，這時(shí)生長(zhǎng)停止，一個(gè)區(qū)域就形成了。如果圖像中有多個(gè)目標(biāo)，就需要選取多個(gè)閾值將各個(gè)目標(biāo)及背景分開，這種方法稱為多閾值分割。 第二章是圖像分割與人工生命的研究背景介紹部分。目前，己經(jīng)有研究人員嘗試將人工生命應(yīng)用到圖像分割領(lǐng)域中來(lái)，雖然相關(guān)的研究還比較少，但是取得的研究成果表明將人工生命引入到圖像分