基于阈值的图像分割方法

- 欢迎下载 课课 程程 结结 业业 论论 文文 2017 年年 6 月月 12 日日 课题名称课题名称 基于阈值的图像分割方法基于阈值的图像分割方法 姓姓 名名湛宇峥湛宇峥 学学 号号 1412202-24 学学 院院信息与电子工程学院信息与电子工程学院 专专 业业电子信息工程电子信息工程 指导教师指导教师崔崔 治治 副教授副教授 - 欢迎下载 湖南城市学院课程结业论文诚信声明湖南城市学院课程结业论文诚信声明 本人郑重声明：所呈交的课程结业论文，是本人在指导老师的指导下，独立本人郑重声明：所呈交的课程结业论文，是本人在指导老师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用 的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律结果由本人承担意识到本声明的法律结果由本人承担 - 欢迎下载 目 录 摘摘 要要.1 1 关键词关键词.1 1 ABSTRACTABSTRACT.2 2 KEYKEY WORDSWORDS.2 2 引言引言.3 3 1 1 基于点的全局阈值选取方法基于点的全局阈值选取方法.4 4 1.11.1 最大类间交叉熵法最大类间交叉熵法 .5 5 1.21.2 迭代法迭代法.6 6 2 2 基于区域的全局阈值选取方法基于区域的全局阈值选取方法 .7 7 2.12.1 简单统计法简单统计法 .8 8 2.32.3 直方图变化法直方图变化法.9 9 3 3 局部阈值法和多阈值法局部阈值法和多阈值法 .1010 3.13.1 水线阈值算法水线阈值算法 .1111 3.23.2 变化阈值法变化阈值法 .1212 4 4 仿真实验仿真实验 结论结论.1212 参考文献参考文献.1313 附录附录 - 欢迎下载 基于阈值的图像分割方法基于阈值的图像分割方法 摘要：摘要：图像分割多年来一直受到人们的高度重视，至今这项技术也是趋于成图像分割多年来一直受到人们的高度重视，至今这项技术也是趋于成 熟，图像分割方法类别也是不胜枚举，近年来每年都有上百篇有关研究报道发熟，图像分割方法类别也是不胜枚举，近年来每年都有上百篇有关研究报道发 表。图像分割是由图像处理进到图像分析的关键环节，是指把图像分成各具特表。图像分割是由图像处理进到图像分析的关键环节，是指把图像分成各具特 性的区域并提取出有用的目标的技术和过程。在日常生活中，人们对图片的要性的区域并提取出有用的目标的技术和过程。在日常生活中，人们对图片的要 求也是有所提高，在对图像的应用中，人们经常仅对图像中的某些部分感兴趣，求也是有所提高，在对图像的应用中，人们经常仅对图像中的某些部分感兴趣， 这些部分就对应图像中的特定的区域，为了辨识和分析目标部分，就需要将这这些部分就对应图像中的特定的区域，为了辨识和分析目标部分，就需要将这 些有关部分分离提取出来，因此就要应用到图像分割技术。些有关部分分离提取出来，因此就要应用到图像分割技术。 关键词：关键词：图像分割；阈值；图像分割；阈值；matlabmatlab - 欢迎下载 Based on thresholding for image segmentation methods AbstractAbstract：Image segmentation is a indispensable part of image processing and analysis, have important practical significance.It is according to the needs of image processing and analysis of the image into each area and extract the characteristic of technology and process of interested target.Image segmentation methods and types have a lot of different categories, some segmentation operation can be directly applied to all images, while others can only apply to special image.The purpose of this paper is to through the collection of image segmentation method based on threshold related information, analysis the advantages and disadvantages of various segmentation algorithm, using the MATLAB tools to threshold segmentation algorithm is studied. Keywords:Keywords: image segmentation; The threshold value; matlab - 欢迎下载 引言引言 在现代科学中，随着计算机科学技术的不断发展，人们在日常生活中对图在现代科学中，随着计算机科学技术的不断发展，人们在日常生活中对图 像信息的需求急剧暴涨，人们对图像得要求也越来越高，像信息的需求急剧暴涨，人们对图像得要求也越来越高，p p 图软件，美颜相机图软件，美颜相机 等等也是越来越受大众喜爱，对此，数字图像处理技术在近年来也是得到了迅等等也是越来越受大众喜爱，对此，数字图像处理技术在近年来也是得到了迅 速的发展和改进，成为当下学科领域的热门焦点。速的发展和改进，成为当下学科领域的热门焦点。图像分割是图像识别和计算图像分割是图像识别和计算 机视觉至关重要的预处理。没有正确的分割就不可能有正确的识别。但是，进机视觉至关重要的预处理。没有正确的分割就不可能有正确的识别。但是，进 行分割仅有的依据是图像中像素的亮度及颜色，由计算机自动处理分割时，将行分割仅有的依据是图像中像素的亮度及颜色，由计算机自动处理分割时，将 会遇到各种困难。例如，光照不均匀、噪声的影响、图像中存在不清晰的部分，会遇到各种困难。例如，光照不均匀、噪声的影响、图像中存在不清晰的部分， 以及阴影等，常常发生分割错误。因此图像分割是需要进一步研究的技术。人以及阴影等，常常发生分割错误。因此图像分割是需要进一步研究的技术。人 们希望引入一些人为的知识导向和人工智能的方法，用于纠正某些分割中的错们希望引入一些人为的知识导向和人工智能的方法，用于纠正某些分割中的错 误，是很有前途的方法误，是很有前途的方法。图像分割是从图像处理到图像分析的关键步骤，可以。图像分割是从图像处理到图像分析的关键步骤，可以 说，图像分割结果的好坏直接影响对图像的理解。图像分割的方法也是说，图像分割结果的好坏直接影响对图像的理解。图像分割的方法也是不胜枚不胜枚 举举 。其中阈值法就是一种传统而又简单实用的图像分割方法，也是最基础和最。其中阈值法就是一种传统而又简单实用的图像分割方法，也是最基础和最 广泛的分割方法。这些方法都广泛应用于各个领域，比如，红外技术应用，医广泛的分割方法。这些方法都广泛应用于各个领域，比如，红外技术应用，医 药技术应用，农业工程技术应用，工业产业等行业。药技术应用，农业工程技术应用，工业产业等行业。 - 欢迎下载 1 1：基于点的全局阈值选取方法：基于点的全局阈值选取方法 1.1 最大类间交叉熵法 在取阈值分割中，一般要求月至的选取要使分割的目标与背景尽可能的差在取阈值分割中，一般要求月至的选取要使分割的目标与背景尽可能的差 异，假设图像有目标异，假设图像有目标 1 1 和背景和背景 2 2 两类像素，可以用交叉熵来度量目标和背景间两类像素，可以用交叉熵来度量目标和背景间 的差异，将这种类间差异性用原始图像的差异，将这种类间差异性用原始图像 p p 中的个像素点中的个像素点 S S 判决到目标和背景两判决到目标和背景两 类区域的两个后验概率类区域的两个后验概率 p(1/s),p(2/s)p(1/s),p(2/s)之间的交叉熵的平均值表示，通过最大之间的交叉熵的平均值表示，通过最大 化将像素点判决到不同的区域的后验概率来求最优的阈值。化将像素点判决到不同的区域的后验概率来求最优的阈值。 在这里，我们设在这里，我们设 X X 是一幅具有是一幅具有 L L 级灰度级的图像，其中第级灰度级的图像，其中第 i i 级像素为级像素为个，个， i N 其中其中 i i 的值在的值在 0L-10L-1 之间，图像的总像素点个数为：之间，图像的总像素点个数为： 第第 i i 级出现的概率为：级出现的概率为： 图像的总平均灰度级为：图像的总平均灰度级为： 类像素所占面积的比例为：类像素所占面积的比例为： 0 C 1 0 L i i iP N N P i i 1 0 L i i NN 1 0 k i i P - 欢迎下载 类像素所占面积的比例为：类像素所占面积的比例为： 1 C 1 类像素的平均灰度为：类像素的平均灰度为： 0 C / )()(kk 类像素的平均灰度为：类像素的平均灰度为： 1 C / )()(kk 其中，其中， 则类间方差公式为：则类间方差公式为： 22 )()()( k 1.2 迭代法 迭代法求阈值的原理：迭代法求阈值的原理： 基于逼近的思想，步骤如下：基于逼近的思想，步骤如下： 1 1 求出图象的最大求出图象的最大 灰度值和最小灰度值，分别记为灰度值和最小灰度值，分别记为 ZMAXZMAX 和和 ZMINZMIN，令初始阈值，令初始阈值 T0=(ZMAX+ZMIN)T0=(ZMAX+ZMIN) /2/2； 2 2 根据阈值根据阈值 TKTK 将图象分割为前景和背景，分别求出两者的平均灰度值将图象分割为前景和背景，分别求出两者的平均灰度值 ZOZO 和和 ZBZB 3 3 求出新阈值求出新阈值 TK+1=(ZO+ZB)/2TK+1=(ZO+ZB)/2； 4 4 若若 TK=TK+1TK=TK+1，则所得即为阈，则所得即为阈 值；否则转值；否则转 2 2，迭代计算。，迭代计算。 1 0 )( k i i iPk 1 )(1)( L ki i kiPk - 欢迎下载 2 2：基于区域的全局阈值选取方法：基于区域的全局阈值选取方法 2.1 简单统计法 简单统计法是一种基于简单的图像统计的基础阈值选取方法。阈值通过简简单统计法是一种基于简单的图像统计的基础阈值选取方法。阈值通过简 单统计法可以直接计算得到，从而避免了去分析灰度直方图。该方法的计算公单统计法可以直接计算得到，从而避免了去分析灰度直方图。该方法的计算公 式为式为 (8) (8) xy xy yxe yxfyxe T , , 其中，其中， yx eeyxe,max, yxfyxfex, 1, 1 1,1,yxfyxfey 2.22.2 直方图变化法直方图变化法 实际的说，直方图的谷底是非常理想的分割阈值，现实很难操作，而且在实实际的说，直方图的谷底是非常理想的分割阈值，现实很难操作，而且在实 际应用中，图像也会受到噪声等其他环境等的影响从而使其直方图上原本分离际应用中，图像也会受到噪声等其他环境等的影响从而使其直方图上原本分离 的峰之间的谷底被填充，或者目标和背景的峰相距很近或者大小差不多。的峰之间的谷底被填充，或者目标和背景的峰相距很近或者大小差不多。 直方图变化的基本思想是利用一些像素领域的局部性质对原来的直方图进行直方图变化的基本思想是利用一些像素领域的局部性质对原来的直方图进行 变换已得到一个新的直方图，对比原直方图，或者峰之间的谷更深了。或者谷变换已得到一个新的直方图，对比原直方图，或者峰之间的谷更深了。或者谷 转变成峰从而更好检测了。借助前面的梯度算子作用于领域可以得到该像素的转变成峰从而更好检测了。借助前面的梯度算子作用于领域可以得到该像素的 梯度值。梯度值。 - 欢迎下载 3 3：局部阈值法和多阈值法：局部阈值法和多阈值法 3.1 水线阈值算法 分水岭图像分割算法是借助地形学的概念进行操作的，这种方法近年来得分水岭图像分割算法是借助地形学的概念进行操作的，这种方法近年来得 到了广泛的使用，该算法要操作需要掌握相关的数学形态学的理念和方法。该到了广泛的使用，该算法要操作需要掌握相关的数学形态学的理念和方法。该 算法是串行计算过程，得到的是目标的边界，这种方法是通过确定分水岭的位算法是串行计算过程，得到的是目标的边界，这种方法是通过确定分水岭的位 置而进行的图像分割，但由于各区域内部像素的灰度很相近，相邻区域的像素置而进行的图像分割，但由于各区域内部像素的灰度很相近，相邻区域的像素 灰度差距比较大，可以先计算一幅图的梯度图，再找梯度图的分水岭。灰度差距比较大，可以先计算一幅图的梯度图，再找梯度图的分水岭。 3.2 变化阈值法 有时候图像中有如下一些情况：有阴影，照度不均匀，各处的对比度不同，有时候图像中有如下一些情况：有阴影，照度不均匀，各处的对比度不同， 突发噪声，背景灰度变化等，在这些情况下，如果只用一个固定的全局阈值对突发噪声，背景灰度变化等，在这些情况下，如果只用一个固定的全局阈值对 整幅图像进行分割，则由于不能兼顾图像各处的情况而使分割效果受到影响。整幅图像进行分割，则由于不能兼顾图像各处的情况而使分割效果受到影响。 有一种解决办法就是用与象素位置相关的一组阈值来对图像各部分分别进行分有一种解决办法就是用与象素位置相关的一组阈值来对图像各部分分别进行分 割。这种与坐标相关的阈值也叫动态阈值，此方法也叫变化阈值法。割。这种与坐标相关的阈值也叫动态阈值，此方法也叫变化阈值法。 例如，一幅照度不均（左边亮右边暗）的原始图像为：例如，一幅照度不均（左边亮右边暗）的原始图像为： 图图 4.4.原始图像原始图像 图图 5.5.阈值低，对亮区效果好，则暗区差阈值低，对亮区效果好，则暗区差 图图 6.6.阈值高，对暗区效果好，则亮区差阈值高，对暗区效果好，则亮区差 图图 7.7.按两个区域取局部阈值的分割结果按两个区域取局部阈值的分割结果 - 欢迎下载 4 4：仿真实验：仿真实验 - 欢迎下载 结结论论 阈值法是一种传统但有简单有效实用的基础图像分割方法。图像的的变化阈值法是一种传统但有简单有效实用的基础图像分割方法。图像的的变化 是无穷无尽的，在实际应用中，通常将多种分割算法有效地结合在一起使用以是无穷无尽的，在实际应用中，通常将多种分割算法有效地结合在一起使用以 获得更好的分割效果。除了以上介绍的方法外，还存在着多种不同的其他有效获得更好的分割效果。除了以上介绍的方法外，还存在着多种不同的其他有效 方法，在此，就不多介绍，此外，本片论文也存在在一些描述不是很清楚的地方法，在此，就不多介绍，此外，本片论文也存在在一些描述不是很清楚的地 方，希望有缘读者可以提供相关建议和意见，一定多加感谢。方，希望有缘读者可以提供相关建议和意见，一定多加感谢。 - 欢迎下载 参考文献参考文献： 1 1 夏得深，傅德胜夏得深，傅德胜. .现代图像处理技术与应用现代图像处理技术与应用. .东南大学出版东南大学出版,2001,2001 2 2 余成波余成波. .数字图像处理及数字图像处理及 MATLABMATLAB 实现实现M.M.重庆重庆: :重庆大学出版社重庆大学出版社,2003.,2003. 3 3 刘直芳刘直芳, ,游胜志等游胜志等. .基于多尺度彩色形态矢量算子的边缘检测基于多尺度彩色形态矢量算子的边缘检测. .中国图像图形学中国图像图形学 报报 20022002 (9)(9) 888-893888-893 4 4 周铭周铭, ,周惠周惠. .基于遗传算法的自适应聚类图像阈值分割方法基于遗传算法的自适应聚类图像阈值分割方法. .计算机工程与应用计算机工程与应用 JJ，2005,5(6):231-245.2005,5(6):231-245. 5 5 杨杰，黄朝兵杨杰，黄朝兵. . 数字图像处理及数字图像处理及 MATLABMATLAB 实现实现. .电子工业出版社电子工业出版社,2010,2010 6 6 吴一全吴一全, ,朱兆达朱兆达. .图像处理中阈值选取方法图像处理中阈值选取方法 3030 年年(1962-1992)(1962-1992)的进展（一）的进展（一）. .数数 据采集与处理据采集与处理J,1993,9(3):193-201.J,1993,9(3):193-201. 7 7 吴一全吴一全, ,朱兆达朱兆达. .图像处理中阈值选取方法图像处理中阈值选取方法 3030 年年(1962-1992)(1962-1992)的进展（二）的进展（二）. .数数 据采集与处理据采集与处理 8 8 王茜蓓王茜蓓, ,彭中彭中, ,刘莉刘莉. .一种基于自适应阈值的图像分割算法一种基于自适应阈值的图像分割算法. .北京理工大学学报北京理工大学学报 J,2003J,2003，23(4):531-524.23(4):531-524. 9 9 SahooSahoo P P K K etet al.al. A A surveysurvey ofof thresholdingthresholding techniques.techniques