Clustering Pixels Using K-Means

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本文介绍如何使用K-Means算法对图像像素进行聚类处理，通过滑动窗口提取区域特征，并进行聚类分析，实现简单图像的分割。

原文来自我的个人博客：http://www.yuanyong.org/blog/python/clustering-pixels-using-k-means

在前一篇文章K-Means Using Python中，给出了一个用K-Means聚类的Tutorial，这个将K-Means用在具体图像像素聚类中，需要说明的是除了在很简单的图像上，单纯在像素值上应用K-Means给出的结果是毫无意义的。要产生有意义的结果，需要更多复杂的类模型或空间一致性而不是平均像素色彩。这里，我们仅仅在RGB三通道像素值上运用K-Means，关于图像分割问题会在后面的学习过程中给出一些笔记与示例。

这里，我们对两幅简单的图像利用K-Means进行像素聚类。下面代码先载入图像，然后用一个 100×100 的窗口在图像中滑动，在RGB三通道上，分别求窗口所在位置中窗口包含像素值的平均值作为特征，对这些特征利用K-Means进行聚类，然后进行向量量化，关于向量量化的解释及理解，可以参与[1,2]，下面是完整的对一幅简单的图像利用K-Means进行像素聚类的完整code:

 
"""
 
Function: Illustrate Clustering Pixels Using K-Means
 
Date: 2013-11-01
 
""""
 
from scipy.cluster.vq import *
 
from scipy.misc import imresize
 
from pylab import *
 
import Image
 
steps = 100 # image is divided in steps*steps region
 
infile = 'D:\NutStore\Project\Translation\PCV\pcv_data\data\empire.jpg'
 
im = array(Image.open(infile))
 
dx = im.shape[0] / steps
 
dy = im.shape[1] / steps
 
# compute color features for each region
 
features = []
 
for x in range(steps):
 
    for y in range(steps):
 
        R = mean(im[x * dx:(x + 1) * dx, y * dy:(y + 1) * dy, 0])
 
        G = mean(im[x * dx:(x + 1) * dx, y * dy:(y + 1) * dy, 1])
 
        B = mean(im[x * dx:(x + 1) * dx, y * dy:(y + 1) * dy, 2])
 
        features.append([R, G, B])
 
features = array(features, 'f') # make into array
 
# cluster
 
centroids, variance = kmeans(features, 3)
 
code, distance = vq(features, centroids)
 
# create image with cluster labels
 
codeim = code.reshape(steps, steps)
 
codeim = imresize(codeim, im.shape[:2], 'nearest')
 
figure()
 
ax1 = subplot(121)
 
ax1.set_title('Image')
 
axis('off')
 
imshow(im)
 
ax2 = subplot(122)
 
ax2.set_title('Image after clustering')
 
axis('off')
 
imshow(codeim)
 
show()