Önerilen Yayılan Ağaç Tabanlı Sıralı Görüntü Bölütleme Metodu

Wang ve arkadaşları (Wang ve ark., 2014) Prim’in sıralı MYA yapısını kullanan bir kümeleme algoritması önermişlerdir. Bu algoritmaya göre, bir hat kuyruğu olan aynı zamanda bir ağacının hatlarından oluşan hat kümesi olarak düşünülebilir. ve alt hat kümeleri de kuyruğundaki bir indeksin her iki tarafından, kullanıcı tarafından belirlenen miktarda hat elemanlarından kuyruğundaki sıralamayı bozmadan oluşturulan alt hat kümeleridir (Wang ve ark, 2014). Önceden kullanıcı tarafından olacak şekilde belirlenen parametresinin değeri ve alt hat kümelerinin uzunluklarını belirler ( ve ) (Şekil 3.18).

Wang ve arkadaşlarının algoritmasına göre, bir görüntünün bölütlenmesi, görüntünün MYA'sı üzerindeki bir hattı keserek gerçekleşmektedir (Denklem 3.2). Yaklaşımın asıl hedefi ise kesilecek olan hattın uyumsuz hat olup olmadığının nasıl belirleneceği sorusuna cevap verebilmektir. Bu metotta bu soruya cevap verebilmek için, kuyruğundaki bir hattı, her iki tarafından bulunan ve alt hat kümeleri

ile karşılaştırılmaktadır. Karşılaştırılacak olan hattı olacak şekilde sıralı olarak kuyruğundan seçilmektedir (Şekil 3.18).

Şekil 3.18. Sıralı MYA temsilindeki hat kuyruğunun taranması örneği

Şekil 3.18'de değeri 4 olarak belirlenmiş ve algoritma karşılaştırmaya ilk olarak indeksindeki hat olan hattından başlamıştır. hattı sol tarafındaki 4 hattan oluşan alt hat kümesi ve sağ tarafındaki 4 hattan oluşan alt hat kümesi ile karşılaştırılmaktadır. Daha sonraki adımda da şekilde görüldüğü gibi bir sonraki hat olan hattı sağındaki ve solundaki 4'er adet hattan oluşan ve alt hat kümeleri ile karşılaştırılmıştır.

Şekil 3.18'de de görüldüğü gibi ve alt hat kümeleri içindeki hatlar her adımda sıralı olarak değişmektedir. Bu tez kapsamında, yapılan bu sıralı kaydırma işlemi “tarama işlemi” olarak adlandırılmaktadır (Şekil 3.18).

MYA üzerindeki bir hattın ağırlık derecesini diğer hatlar veya kümeler ile karşılaştırmada bazı kriterler kullanılmıştır. Wang ve ark. (2014) hat kesme kriteri olarak Denklem 3.2'deki kriteri kullanmışlardır.

(3.2)

Burada ve sırası ile ve alt hat kümeleri içindeki en yüksek ağırlıklı olan hatların ağırlık değerlerini göstermektedir. Denkleme göre, iki küme ortasındaki hat ağırlığı bu iki dizgi içindeki hatlardan en yüksek olanından daha yüksek ise bu hat kesilmektedir.

Adım 1'de , , ve hatlarının arasındaki ağırlık değeri en yüksek olan hattın ağırlık değerini ve de , , ve hatlarının arasındaki ağırlık değeri en yüksek olan hattın ağırlık değerini ifade etmektedir. Örneğin; Şekil 3.18'de , , ve olsun. olduğundan olur. , , ve olsun. olduğundan olur. Eğer ise, Denklem 3.2’ye göre ifadesi sağlanmadığından, hattı kesilmemektedir. Hat kesilmediği takdirde tarama işlemi bir sonraki hattan devam etmektedir. Eğer şart sağlanır ve hat kesilirse, tarama işlemi sonraki hattan devam eder. Tarama işlemi numaralı indeksi aştığında algoritma sonlanır (Şekil 3.18).

Denklem 3.2'deki kriter “uyumsuz hat” olarak “belirgin hatları” belirlemektedir ama “geçiş hatlarını” belirleyememektedir. Bu probleme çözüm olarak Felzenszwalb ve Huttenlocher (2004) algoritmalarında hat birleştirme kriteri olarak Denklem 3.3'deki kriteri kullanmışlardır. Bu algoritma Kruskal algoritmasını kullanarak MYA oluşturma aşamasında bölütleme yapmaktadır. Elde edilmiş bir MYA yapısı üzerinde değil de MYA oluşturma aşamasında bölütleme yaptığı için kesme değil birleştirme kriteri vardır. Kruskal algoritmasında eklenecek hat birleştirme kriterini karşılamazsa, oluşturulmakta olan MYA üzerine eklenmemekte ve bu şekilde bölütleme sağlanmaktadır.

(3.3)

Denklem 3.3'e göre ve sırasıyla ve kümelerindeki en yüksek ağırlıklı olan hatları ifade etmektedir. ve ise sırasıyla ve kümelerinin büyüklüklerini hesaba katarak ayarlanan eşik değerleridir ve Denklem 3.4'deki gibi hesaplanmaktadır (Felzenszwalb ve Huttenlocher, 2004). ve kümeleri Kruskal algoritmasında eklenecek hattın iki ucundaki var olan (o aşamaya kadar eklenmiş olan) ağaçlardaki düğüm kümeleridir.

(3.4)

Denklem 3.4'de sabiti iki küme arasındaki farklılığın kümelerin iç farklılıklarından ne kadar büyük olması veya olmaması gerektiğini ayarlayan bir parametre değeridir. Genellikle değeri 481x321 piksel bir görüntü için 500 gibi değerler almaktadır. ise kümesinin eleman sayısını göstermektedir.

Yapılan tez çalışmasında, önerilen metoda göre, Felzenszwalb ve Huttenlocher'in kullandığı Denklem 3.3'deki ve kümelerin yerine Wang ve arkadaşlarının algoritmasındaki ve alt hat kümeleri dikkate alınmaktadır. Denklem 3.3 iki kümenin birleştirilip birleştirilmeyeceğini belirlerken, Denklem 3.2 ve tez kapsamında önerilen metotta kullanılan Denklem 3.5, bir hattın kesilip kesilmemesini belirlemektedir. Bu sayede ağaç yapısı alt ağaçlara ayrılmakta ve benzerlik açısından daha homojen ağaçlar (kümeler) elde edilmektedir.

(3.5)

Tez kapsamında önerilen metot için girilen iki parametreden birisi olan sabiti üzerindeki bir hattın uyumsuz hat olabilmesi için, iki tarafındaki ve alt hat kümelerinin en az birisinin iç farklılığından ne kadar büyük olması gerektiğini ayarlamaktadır. Bu sayede geçiş hatları da uyumsuz hat olarak değerlendirilebilmekte ve karşılaştırılacak hat sayısı ( değeri) değiştirilmeden farklı görüntü türleri için adaptasyon sağlanabilmektedir. Bu denklem ile hem belirgin hatlar ile birlikte geçiş hatlarının da tespit edilmesi sağlandığından hem de karşılaştırılan hat değerleri arasında belirli bir mesafe olması gerektiği şartı koyulduğundan genel olarak daha iyi sonuçlar vermektedir. Bu denklem, kesme koşulunda geçiş hatlarının kesilmesine izin

verdiğinden daha esnek bir kural oluştururken, karşılaştırıldığı hat ile arasına belirli bir ağırlık değeri mesafesi koyduğu için de bir birine yakın ağırlık değerlerine sahip olan hatlar için ise daha katı bir kural oluşturmuş olmaktadır.

Diğer parametre olan değeri ise Şekil 3.18'de görüldüğü gibi ağırlıkları, hattının ağırlık değeri ile karşılaştırılacak olan hatların sayısını ve bölütleme işlemi sonrasında oluşacak alt bölütlerin büyüklüğünün alt limitini ayarlamakta yani gürültü bölütleri için bir kriter koymaktadır. Bunu yapmak için de kesilecek hattın her iki ucundaki alt ağaçlardan en az birisi değerinden daha az sayıda hatta sahip ise o hat kesilmemektedir (Şekil 3.16 (c)).

Herhangi bir düğümü ve hattı için, ve ağaçları sırası ile düğümünün ve hattının ait oldukları ağaç yapılarını göstermektedirler. ağacı olarak etiketlendiği zaman bu ağacı içerisindeki düğümlerin sayısı ile numaralandırıldığı anlamına gelmektedir. Bir ağaç içerisindeki bir düğüm o ağaç içerisindeki bütün düğümler ile aynı, diğer ağaçlardaki düğümler ile farklı bir sayı ile numaralandırılır. Şekil 3.15'de ilk başta bütün MYA yapısı 1 ile numaralandırılmıştır. Ağaçtan bir hat kesildikten sonra, kesilen hattın bir ucunda yeni bir alt ağaç oluşmuş ve düğümleri öncekinden farklı bir numara ile numaralandırılmıştır. Bundan sonraki her hat kesilmesinde oluşan alt ağaçlara ait olan düğümler diğer ağaçlardaki düğümlerden farklı olacak bir numara ile numaralandırılmaktadır (Şekil 3.15).

Her ağaçta, ağacın düğüm sayısı gibi ağacın geneli ile ilgili bazı bilgileri olan bir kök düğüm bulunmaktadır ve ağaç içerisindeki bütün düğümlerden o kök düğüme bir bağlantı bulunmaktadır. sayısı ile etiketlenmiş bir ağaçtaki düğüm sayısı ile ifade edilmektedir. Ağaç yapısından bir hat kesildiği zaman yeni bir alt ağaç oluşmakta ve oluşan yeni ağaçtaki bütün düğümler diğer ağaçlardaki düğümlerden farklı bir numara ile etiketlenmektedirler. Algoritmanın sözde kodu Şekil 3.19'da gösterilmektedir.

Şekil 3.19'a göre PST-MYA yapısının daha önceden çıkarılmış olması ve ve parametrelerinin belirlenmiş olması gerekmektedir. İşlem adımları aşağıda açıklanmaktadır.

Adım 1 – değişken değeri 1 olarak atanmaktadır.

Adım 2 – başlangıç düğümünün ait olduğu ağaç (bütün MYA) yani olarak etiketlenmektedir. Bu da ağaç içerisindeki bütün düğümlerin 1 olarak numaralandırılması ile gerçekleşmektedir.

Adım 3 – Bu adım ilk çalıştırıldığında değeri olarak atanmaktadır. Daha sonraki her bu adıma gelişte değeri 1 artırılmakta ve eğer değişkeninin değeri değerinden yani MYA'daki hat sayısının eksiğinden daha fazla olduysa işlem sonlandırılmaktadır.

Adım 4 – ağırlık kuyruğunun değerinin eksiği ile 1 eksiği arasındaki indekslerdeki ( - ) en yüksek ağırlıklı hat değişkenine atanmaktadır.

Adım 5 – kuyruğunun değerinin 1 fazlası ile fazlası arasındaki indekslerdeki ( - ) en yüksek ağırlıklı hat değişkenine atanmaktadır.

Adım 6 – hat kuyruğunun indeksindeki hat olan hattının iki ucundaki düğümler ve düğüm değişkenlerine atanmaktadır. Burada düğümü ilk düğümü yani MYA üzerinde, başlangıç düğümünden ilerlerken hattına ilk ulaşan düğümü, düğümü de sonraki düğümü temsil etmektedir.

Adım 7 – ve değerlerinden küçük olanına parametre değeri

eklenmekte ve eğer ağırlık kuyruğunun . indeksindeki değer olan değeri bu değerden daha fazla ise sonraki adıma geçilmekte, değilse Adım 3'e gidilmektedir.

Adım 8 – ve düğümlerinin ait olduğu ağaçların her ikisinin de düğüm sayısı parametre değerinden daha büyük ise sonraki adıma geçilmekte, değilse Adım 3'e gidilmektedir.

Adım 9 – yani hattı kesilmektedir (MYA'dan kaldırılmaktadır). Adım 10 – değişkeninin değeri 1 artırılmaktadır.

Adım 11 – düğümünün ait olduğu ağaçtaki bütün düğümler olarak numaralandırılmaktadır.

Adım 12 – değeri kadar artırılmakta ve Adım 3'e gidilmektedir. Algoritmaya göre değeri aslında kadar artırılmaktadır. Ama Adım 3'te değeri 1 kadar daha artırılacağı için bu adımda kadar artırılmıştır.

Şekil 3.20. Hat kesme kriterini karşılama ve görüntü bölütleme örneği

Şekil 3.20'de önerilen algoritmaya göre hat kesme kriterini karşılamayan ve karşılayan iki hat için örnek görülmektedir. Örnek olarak Şekil 3.17'de oluşturulan PST- MYA yapısı ele alınmıştır. Parametre olarak ve değerleri kullanılmıştır. Karşılaştırma ilk olarak numaralı indeksin karşılığı olan hattından

başlamıştır. Hattın ağırlık değeri olan 82 değeri Denklem 3.5'te sunulan kriteri sağlamadığı için ikinci adımda bir sonraki hat olan hattına geçilmiştir. Bu hattın ağırlık değeri olan 127 değeri şekilde görüldüğü gibi kriteri karşılamıştır. Hattın her iki ucunda oluşacak her iki ağaçtaki düğüm sayısı da değeri olan 2'den büyük olduğu için algoritmaya göre bu hat kesilmiştir. Algoritmaya göre, hat kesildikten sonra hat sırası 1 değil kadar atlanmaktadır. Ancak algoritma 'inci sıradaki hatta kadar ilerleyebildiği için ile arasında bir hat bulunmadığı için ilk hat kesme işleminden sonra algoritma sonlanmıştır. Kullanılan graf yapısı Şekil 3.14'deki boyutları 3x3 olan örnek görüntünün grafı olduğu için bu görüntünün bölütlemeden sonraki hali de Şekil 3.20'de görülmektedir.