图像分割和特征提取技术研究
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图像分割和特征提取技术研究
摘要
图像分割是图像分析的第一步，是图像理解的重要组成部分，在有关图像处理的几乎所有领域具有广泛的应用。因此，图像分割一直受到高度重视，对其研究具有十分重要的意义。长期以来，研究人员提出了许多实用的分割算法。随着统计学理论，神经网络，小波理论等在图像分割中的应用日益广泛，遗传算法、尺度空间、非线性扩散方程等近期涌现的新方法和新思想也不断被用于解决分割问题，许多国内外学者也针对一些具体应用提出了许多实用有效的方法。
本文介绍了数字图像处理技术中图像分割技术的基本理论和三种图像分割方法(1)基于阈值图像分割；(2)基于边缘检测及算子分割；(3)基于区域特性的图像分割。对基于点的分割方法进行了较全面的叙述，主要研究了图像分割方法中的边缘检测法，区域提取法和阈值分割法。通过大量的理论研习。并编写了MATLAB软件程序，对各分割方法进行了仿真实验，得到分割图像。最后对于仿真进行了数据处理分析，验证了Canny算子的整体效果最好, Prewitt算子分割细致。但对于一幅图像仅仅只有只用一种方法达不到很好的效果，而根据待分割图象的不同特点，结合已知的先验知识，研究符合具体图象特性的分割模型，才是提高图象分割的重要手段。
关键词：图像分割；边缘法；区域法；阈值法；分水岭分割法
Lmage Segmentation And Feature Extraction
Technology Research
Abstract
Image segmentation is the first step in image analysis, image segmentation is an important component of image understanding, in almost all areas of the image processing has widely application. As a result, image segmentation has been attached great importance to, its research has the very vital significance. For a long time,researchers put forward many practical segmentation algorithm. With statistics theory, the neural network, wavelet theory has been used increasingly in image segmentation, such as genetic algorithm, scale space, and nonlinear diffusion equation with the recent emergence of new methods and new ideas are constantly being used to solve the segmentation problem, many scholars at home and abroad for some specific application put forward many practical and effective method.
Digital image processing techniques were introduced in This paper introduces the digital image processing technology of image segmentation technology in basic theory and three methods of image segmentation. (1) based on threshold image segmentation. (2) segmentation based on edge detection and operator; (3) the image segmentation based on region feature. On the segmentation method based on the point of narrative, mainly studies the edge of image segmentation method, region extraction method and threshold segmentation method. Through a lot of theory study. And write the MATLAB software, the segmentation method, the simulation experiment for image segmentation. Finally analyzed the data processing for simulation.Verify the Canny operator of the overall effect is best. Prewitt operator segmentation and detailed. But for an image only only one way to reach a good effect, and according to the different characteristics of for image segmentation, combined with the known prior knowledge, research in accordance with the specific image segmentation model, is an important means to improve the image segmentation.
KEYWORDS：Segmentation；edge method；the regional method；threshold；watershed segmentation
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目录
第1章绪论 (1)
1.1 课题研究背景与意义 (1)
1.2国内外发展现状 (1)
1.3 课题设计内容 (2)
第2章概述 (3)
2.1图像和数字图像 (3)
2.2 数字图像处理简介 (3)
2.3 图像处理文件格式 (3)
2.4图像分割理论概述 (5)
2.4.1 图像分割的定义 (5)
2.4.2图像分割的目的和意义 (6)
2.5图像分割主要研究方法 (6)
2.5.1边缘检测法 (7)
2.5.2区域提取法 (7)
2.5.3阈值分割法 (7)
2.5.4结合特定理论工具的分割方法 (8)
2.6数字图像分割质量评价体系 (8)
第3章图像分割方法综述 (10)
3.1基于阈值图像分割算法 (10)
3.2 基于边缘检测分割算法 (12)
3.3 基于区域特性的图像分割算法 (14)
第4章基于Matlab的图像分割仿真结果与讨论 (16)
4.1 图像阈值分割算法研究 (16)
4.1.1 Otsu 阈值图像分割算法 (16)
4.1.2 直方图阈值算法 (17)
4.2 图像边缘分割算法的研究 (19)
4. 2.1 Canny 边缘检测算法 (19)
4. 2.2 Log 分割算发 (20)
4.3 区域特性图像分割方算法的研究 (21)
4.3.1 分水岭图像分割算法 (22)
4.4 本章小结 (23)
4.4.1主要工作总结 (23)
4.4.2 结论 (24)
第5章总结 (26)
参考文献 (28)
致谢 (27)
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第1章绪论
1.1 课题研究背景与意义
图像分割是图像处理中的一项关键技术，也是一经典难题，发展至今仍没有找到一个通用的方法，也没有制定出判断分割算法好坏的标准，对近几年来出现的图像分割方法作了较为全面的综述，探讨了图像分割技术的发展方向，对从事图像处理研究的科研人员具有一定的启发作用。
图像分割是图像分析的第一步，图像分割接下来的任务，如特征提取、目标识别等的好坏，都取决于图像分割的质量如何。由于该课题的难度和深度，进展比较缓慢。图像分割技术自20世纪70年代起一直受到人们的高度重视，虽然研究人员针对各种问题提出了许多方法，但迄今为止仍然不存在一个普遍适用的理论和方法。另外，还没有制定出选择适用分割算法的标准，这给图像分割技术的应用带来许多实际问题。最近几年又出现了许多新思路、新方法或改进算法，对一些经典方法和新出现的方法作了概述，并将图像分割方法分为阈值分割方法、边缘检测方法、区域提取方法和结合特定理论工具的分割方法4类。
然而，对图像分割的效果好坏或正确与否，还没有一个统一的评价判断准则。不同的分割方法对同一幅图像的分割效果是不同的，而且同一种分割方法对一幅图像在不同空间下的分割效果也是不同的。
21世纪是一个充满信息的时代，图像作为人类感知世界的视觉基础，是人类获取信息、表达信息和传递信息的重要手段。首先，视觉是人类最重要的感知手段，图像又是视觉的基础，因此，数字图像成为心理学、生理学、计算机科学等诸多领域内的学者们研究视觉感知的有效工具。其次，图像处理在军事、遥感、气象等大型应用中有不断增长的需求。以上说明本次的基于MATLAB图像分割算法研究对社会需求具有重要意义。
1.2国内外发展现状
自20世纪70年代起图像分割一直受到人们的高度重视，至今已提出上千种分割算法，但因尚无通用的分割理论，现提出的分割算法大都是针对具体问题的，并没有一种适合所有图像的通用分割算法。另外，还没有制定出选择适用分割算法的标准，这给图像分割技术的应用带来许多实际问题。最近几年又出现了许多新思路、新方法或改进算法，对一些经典方法和新出现的方法作了概述。并将图像分割方法分为阈值分割方法、边缘检测方法、区域提取方法和结合特定理论工具的分割方法。早期的图像研究中，图像的分割方法主要可以分为两大类。
一类是边界方法，这种方法的假设是图像分割结果的某个子区域在原来的图像中一定会有边缘存在；
一类是区域方法，这种方法的假设是图像分割结果的子区域一定会有相同的性质，而不同区域的像素没有共同的性质。
这两种方法都有缺点和优点，有的学者也试图把两者结合起来进行图像分割，随着计算机处理能力的提高，很多方法不断涌现，如基于彩色分量分割、纹理图像分割。所使用的教学工具和实验手段也是不断的扩展，从时域信号到频域信号处理，近来小波变换也应
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用在图像分割当中。
1.3 课题设计内容
图像信号因其传递信息的丰富性，在科学研究与生产实践中有着极其重要的应用，特别在公共事务管理中，存在着大量图像处理应用需求。在图像信息应用中，利用图像分割技术，能够有效地从原始图像中，提取目标信息，从而为图像数据库管理，图像信息检索与应用等提供可靠的技术保障。作为一种成熟的应用软件，Matlab有着强大的数字图像处理功能。本课题要求以之作为应用开发平台，研究不同噪声水平下，分割方法选择、实现及其效果评估，具有一定的应用价值和现实可行性。基于原始图像及其特征分析，应用不同的算法，进行图像分割方法研究与效果比较。
本文主要以MATLAB为工具来实现数字图像分割的处理。
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第2章概述
2.1图像和数字图像
图像是能为人类视觉所感知的信息形式或人们心目中的有形想象。据统计，在人类接受的信息中，视觉信息约占80％，俗语“百闻不如一见”就反映了图像在信息感知中的独到之处。目前，图像处理技术发展迅速，应用领域也越来越广。
图像可以通过各种各样的形式存在，例如：静止图像于运动图像；灰度图像和彩色图像；平面图像与立体图像等等，但是就其本质而言，我们可将图像分为连续图像和离散图像。
对于图像信号，为了描述的方便和不失一般性，假定图像的指标空间为时间（t）和几何空间（x,y,z）构成，其值空间为U，其元素u＝｛u R,u G,u B}。如果指标空间D中的所有元素d=(d1,d2,.....d n)=(x,y,z,t)均可取连续值，则称此信号为连续图像。相反的，如果d只能取离散值的图像为离散图像。习惯上，把空间连续（或离散）的图像称为连续（或离散）图像。数字图像指幅度和空间同时离散（或同时连续的图像）。
与模拟图像相比，数字图像具有以下显著特点[1]：
1）精度高：目前的计算机技术可以将一幅模拟图像化为任意的二维数组，即数字图像可以由无限个像素组成，每个像素的亮度可以量化为12位（即4096个灰度级），这样的精度使数字图像与彩色图像的效果相差无几；
2）处理方便：由于数字图像本质上是一组数据，所以可以使用计算机对它进行任意方式的修改，例如，放大、缩小、改变颜色、幅值和删除某一部分等；
3）重复性好：模拟图像（例如，照片）即便使用非常好的底片和相纸，也会随着时间的流逝而褪色、发黄，而数字图像可以储存在光盘中，上百年后再用计算机重现也不会有丝毫的改变。
2.2数字图像处理简介
数字图像处理(Digital Image Processing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。数字图像处理的产生和迅速发展主要受三个因素的影响：一是计算机的发展；二是数学的发展(特别是离散数学理论的创立和完善)；三是广泛的农牧业、林业、环境、军事、工业和医学等方面的应用需求的增长。
2.3 图像处理文件格式
组成数字图像的基本单位称为像素(Pixel)，把像素按不同的方式进行组织和存储，就得到不同的图像格式；把图像数据存为文件就得到图像文件。图像文件按其格式的不同一般具有不同的扩展名。常用的图像文件格式有位图文件、JPEG文件、GIF文件、PNG文件等。每一种格式都有它的特点和用途，在选择输出的图像文件格式时，应考虑图像的应用目的以及图像文件格式对图像数据类型的要求。下面我们介绍几种常用的图像文件格式及其特点。
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（1）BMP图像格式
这是一种DOS和Windows兼容计算机系统的标准图像格式。BMP格式支持索引色、灰度等色彩模式。图像存储为BMP格式时，每一个像素所占的位数可以是1位、4位、8位或32位，相对应的颜色数也从黑白一直到真彩色。对于使用Windows格式的4位和8位图像，可以指定采用RLE压缩。BMP图像文件含文件头、调色板数据和图像数据三个层次。这种格式在PC机上应用非常普遍。
（2）JPEG图像格式
JPEG是由联合照片专家组(Joint Photo graphic Experts Group)开发的一种图像文件格式。它采用有损压缩方式去除冗余的图像和彩色数据，在获取极高的压缩率的同时也能展现十分丰富生动的图像。也就是说，可以用较少的磁盘空间得到较好的图像质。另外，JPEG 还是一种比较灵活的格式，当将图像保存为JPEG格式时，允许用户用不同的压缩比例对文件进行压缩，就是可以指定图像的品质和压缩级别。
（3）TIFF图像格式
TIFF文件主要由三部份组成，包括文件头、标识信息区和图像数据区。TIFF文件的图像数据区以行扫描的方式存取图像，存储图像前先将图像分割成若干部分，压缩后再存储。存储时，单色图像一个字节存储8个点，16色图像一个字节2个点，而256色图像就是一个字节存储一个点。TIFF图像格式是一种应用非常广泛的位图图像格式，几乎被所有绘画、图像编辑和页面排版应用程序所支持。TIFF格式常常用于在应用程序之间和计算机平台之间交换文件。
(4)GIF图像格式
GIF是Graphics Interchange Format(图形交换格式)的缩写，是由ComputerServe公司推出的一种图像格式。该种图像格式的特点是压缩比高，可以极大地节省存储空间。最初的GIF只是简单的用来存储单幅静止图像，后来可以同时存储若干幅静止图像从而形成连续的动画；同时，GIF格式支持透明背景，可以较好地与网页背景融合在一起。因此，GIF 常常用于保存作为网页数据进行传输的图像文件，成为网络和BBS上使用频率较高的一种图像文件格式。但是GIF最多只能处理256种色彩，不能用于存储真彩色的图像文件。
（5）PNG图像格式
这种格式称为可移植网络图像文件格式(Portable Network Graphics)，由Thomas Boutell, Tom Lan。等人提出并设计。其特点是:
①支持48位真彩色图像、16位灰度图像和颜色索引数据图像；
②主要面向网络图像传输和图像编辑，其提供的二维交叉存储机制使用户在图像网络
传输过程中能更快的观察到接近真实的近似图像；
③对用户完全透明且无专利限制，用户可以从Internet上随时下载与PNG文件格式配
套的图像数据压缩算法源程序代码：
④具有比GIF高5-20%的压缩效率；
⑤具有可扩展性。
作为目前最不失真的图像格式，PNG格式图像吸取了GIF和JPEG二者的优点。它可以把文件压缩到极限以利于网络传输，但由于采用无损压缩方式来减少文件大小，PNG格式能保留所有与图像品质有关的信息。同时，PNG支持图像背景透明，显示速度快。
本文是在灰度图像BMP格式下的研究，在MATLAB中，灰度图像是保存在一个矩阵中的，矩阵中的每一个元素代表一个像素点。矩阵可以是双精度类型，其值域为[0，1]；也可以为uint8类型，其数据范围为[0，255]。矩阵的每个元素代表不同的亮度或灰度级。
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2.4图像分割理论概述
图像分割是图像从处理到分析的转变关键，也是一种基本的计算机视觉技术。通过图像的分割、目标的分离、特征的提取和参数的测量将原始图像转化为更抽象更紧凑的形式，使得更高层的分析和理解成为可能，因此它被称为连接低级视觉和高级视觉的桥梁和纽带。所谓图像分割就是要将图像表示为物理上有意义的连通区域的集合，也就是根据目标与背景的先验知识，对图像中的目标、背景进行标记、定位，然后将目标从背景或其它伪目标中分离出来。
2.4.1 图像分割的定义
文字定义：把图象（空间）按一定要求分成一些“有意义”区域的处理技术。“有意义”—希望这些区域能分别和图象景物中各目标物(或背景)相对应。
正式“集合”定义：
令集合 R 代表整个图像区域，对R 的分割可看作将R 分成若干个满足如下五个条件的非空的子集（子区域）：
（1）R R U ==i n
1i （分割所得全部子区域的总和（并集）应能包括图像中所有像素或将图像中每个像素都划分进一个子区中）
（2）对所有的i 和j ,有Ri ∩ Rj = ? (i≠j )；（各子区互不重叠）
（3）对i=1，2，3……，N ，有P （Ri ）=TRUE ；（属于同一子区像素应具有的某些共同特性）
（4）对i≠j ，有P(Ri ∪Rj)=FALSE ；（属于不同子区像素应具有某些不同特性）
（5）对i=1，2，……，N ，Ri 是连通区域。（同一子区内像素应当是连通的）
条件1指出对一幅图像的分割结果的全部子区域的总和(并集)就是原图像，或者说分割应该是将图像中的每个像素都分进某个子区域中。条件2指出在分割结果中各个子区域是互不重叠的，或者说在分割结果中一个像素不能同时属于两个区域。条件3指出在分割结果中每个子区域都有独特的特性，或者说属于同一个区域中的像素应该具有某些相同的特性。条件4指出在分割结果中，不同的子区域具有不同的特性，没有公共元素，或者说属于不同区域的像素应该具有一些不同的特性。条件5要求分割结果中同一个子区域内的像素应当是相通的，即同一个子区域内的任意两个像素在该子区域内是互相连通，或者说分割得到的区域是一个连通组元。
上面的定义，不仅对明确的说明了分割的含义，而且对进行分割也有相当的指导作用。因为分割总是根据一些分割准则进行的。条件1和条件2说明正确的分割准则应可适用于所有区域和所有像素，条件3和条件4说明合理的分割准则应该能够帮助确定各区域像素有代表性的特性，而条件5说明完整的分割准则应直接或间接地对区域内象素的连通性有一定的要求或限定。最后需要指出的是，在实际应用中图像分割不仅是要把一幅图像分成满足以上五个条件的各具特性的区域，而且需要把其中感兴趣的目标区域提取出来,只有这样才算是真正完成了图像分割的任务。
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2.4.2图像分割的目的和意义
图像分割的目的在于根据某些特征(如灰度级、频谱、纹理等)将一幅图像分成若干有意义的区域，使得这些特征在某一区域内表现一致或相似，而在不同区域间表现出明显的不同[5]。
在图像的研究和应用过程中，人们往往仅对各幅图像中的某些部分感兴趣。这些部分常称为目标或前景，它们一般对应图像中特定的具有独特性质的区域。为了辨别和分析目标，需要将这些区域分离提取出来，在此基础上才有可能对目标进一步利用。图像分割就是将图像分成各具特性的区域并提取出感兴趣的目标的技术和过程。在进行图像分割时，首先要根据目标和背景的先验知识来对图像中的目标、背景进行标记、定位，然后将等待识别的目标从背景中分离出来。图像分割是由图像处理进到图像分析的关键步骤，也是一种基本的计算机视觉技术。这是因为图像的分割、目标的分离、特征的提取和参数的测量将原始的图像转化为更抽象更紧凑的形式，使得更高层的分析和理解成为可能。因此，图像分割多年来一直得到人们的高度重视。
图像分割在实际中已得到广泛的应用，例如在工业自动化，在线产品检验，生产过程控制，文档图像处理，遥感和生物医学图像分析，保安监视，以及军事，体育，农业工程等方面。概括来说，在各种图像应中，只要需对图像目标进行提取，测量等都离不开图像分割。近年来，图像分割在对图象的编码中也起到越来越重要的作用，例如国际标准MPEG-4中模型基/目标基编码等都需要基于分割的结果。可见，图像分割在图像工程中有重要的地位和影响。
2.5图像分割主要研究方法
图像分割是图像处理中的一项关键技术，自20世纪70年代起一直受到人们的高度重视，至今已提出了上千种各种类型的分割算法，现提出的分割算法大都是针对具体问题的，并没有一种适合于所有图像的通用分割算法，而且近年来每年都有上百篇相关研究报道发表。然而，还没有制定出选择合适分割算法的标准，这给图像分割技术的应用带来许多实际问题。因此，对图像分割的研究还在不断深入之中，是目前图像处理中研究的热点之一。
图像分割在图像工程中的位置它起着承上启下的作用，可以认为是介于低层次处理和高层次处理的中间层间。最近几年又出现了许多新思路、新方法、或改进算法。下面对一些经典传统方法作简要的概述。
多年来人们对图像分割提出了不同的解释和表述，借助集合概念对图像分割可给出如下定义：令集合R代表整个图像区域，对R的图像分割可以看做是将R分成N个满足以下条件的非空子集R1，R2，R3，…，R N；
（1）在分割结果中，每个区域的像素有着相同的特性；
（2）在分割结果中，不同子区域具有不同的特性，并且它们没有公共特性；
（3）分割的所有子区域的并集就是原来的图像；
（4）各个子集是连通的区域；
图像分割是把图像分割成若干个特定的、具有独特性质的区域并提取出感兴趣目标的技术和过程，这些特性可以是像素的灰度、颜色、纹理等提取的目标可以是对应的单个区域，也可以是对应的多个区域。图像分割方法有许多种分类方式，在这里将分割方法概括为四类：
(1)边缘检测方法
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(2)区域提取方法
(3)阈值分割方法
(4)结合特定理论工具的分割方法。
下面就这些方法展开介绍。
2.5.1边缘检测法
图像分析和理解的第一步常常是边缘检测。边缘检测方法是人们研究得比较多的一种方法，它通过检测图像中不同区域的边缘来达到分割图像的目的。边缘检测的实质是采用某种算法来提取出图像中对象与背景问的交界线。我们将边缘定义为图像中灰度发生急剧变化的区域边界。图像灰度的变化情况可以用图像灰度分布的梯度来反映，因此我们可以用局部图像微分技术来获得边缘检测算子。经典的边缘检测方法，是通过对原始图像中像素的某小邻域构造边缘检测算子来达到检测边缘这一目的。
2.5.2区域提取法
区域提取法有两种基本形式：一种是从单个像素出发，逐渐合并以形成所需的分割区域；另一种是从全图出发，逐渐分裂切割至所需的分割区域。在实际中使用的通常是这两种基本形式的结合。根据以上两种基本形式，区域提取法可以分为区域生长法和分裂合并法。区域生长法的基本思想是将具有相似性质的像素合起来构成区域，具体做法是先给定图像中要分割的目标物体内的一个小块或者说种子区域，再在种子区域的基础上不断将其周围的像素点以一定的规则加入其中，达到最终将代表该物体的所有像素点结合成一个区域的目的。该方法的关键是要选择合适的生长或相似准则。生长准则一般可分为三种：基于区域灰度差准则、基于区域内灰度分布统计性质准则和基于区域形状准则。分裂合并法是先将图像分割成很多的一致性较强的小区域，再按一定的规则将小区域融合成大区域，达到分割图像的目的。区域提取法的缺点是往往会造成过度分割，即将图像分割成过多的区域，因此近年来针对这种方法的研究较少。
2.5.3阈值分割法
对灰度图像的取阈值分割就是先确定一个处于图像灰度取值范围之中的灰度阈值，然后将图像中各个像素的灰度值都与这个阈值相比较，并根据比较结果将对应的像素分为两类。这两类像素一般分属图像的两类区域，从而达到分割的目的。阈值分割算法主要有两个步骤：
（1）确定需要的阈值；
（2）将分割阈值与像素值比较以划分像素。
可以看出，确定一个最优阈值是分割的关键。现有的大部分算法都是集中在阈值确定的研究上。阈值分割方法根据图像本身的特点，可分为单阈值分割方法和多阈值分割方法：也可分为基于像素值的阈值分割方法、基于区域性质的阈值分割方法和基于坐标位置的阈值分割方法．若考虑分割算法所用的特征或准则的特点，还可以分为直方图与直方图变换法、最大类空间方差法、最小误差法与均匀化误差法、共生矩阵法、最大熵法、简单统计法与局部特性法、概率松弛法、模糊集法等。
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2.5.4 结合特定理论工具的分割方法
近年来，随着各学科许多新理论和方法的提出，人们也提出了许多结合特定理论工具的分割方法，例如基于数学形态学的分割方法，基于神经网络的分割方法，基于信息论的分割方法，基于模糊集合和逻辑的分割方法，基于小波分析和变换的分割方法，基于遗传算法的分割方法等。基于小波分析和变换的分割方法是借助新出现的数学工具小波变换来分割图像的一种方法，也是现在非常新的一种方法。小波变换是一种多尺度多通道分析工具，比较适合对图像进行多尺度的边缘检测，例如可利用高斯函数的一阶和二阶导数作为小波函数，利用Mallat 算法分解小波，然后基于马尔算子进行多尺度边缘检测，这里小波分解的级数可以控制观察距离的“调焦”。而改变高斯函数的标准差可选择所检测边缘的细节程度。小波变换的计算复杂度较低，抗噪声能力较强。理论证明以零点为对称点的对称二进小波适合检测屋顶状边缘，而以零点为反对称点的反对称二进小波适合检测阶跃状边缘。近年来多通道小波也开始用于边缘检测。另外，利用正交小波基的小波变换也可提取多尺度边缘，并可通过对图像奇异度的计算和估计来区分一些边缘的类型。
2.6数字图像分割质量评价体系
通常我们对一副图像分割结果的好坏判断，是以人的主观判断作为标准的，因此人的视觉决定了分割效果的优良，从而导致了由于人的视觉差异对图像分割好坏评价的差异，所以我们对不同的分割方法做一个定量的、定性的评价是非常有意义的。
为了把握图像分割算法的性能，应当对各种算法都进行评价。分割评价是改进和提高现有算法的性能，改善分割质量和指导新算法研究的重要手段。评价方法一般可以分为直接法和间接法两大类：直接发是直接对算法的原理和性能进行评价，而没有考虑到应用环境的影响，评价结果只与算法有关；间接法在对结果进行测试和对比进行评价。 图像输入图像分割
分割图直接法分割算法间接法
参考图
图1-1 图像分割评价方法示意图
由图1-1可知，直接评价法研究图像分割所用的算法本身，通过分析它的原理、性质、特点，从而推断和评判算法的优劣;而间接评价法是去研究输出分割图的质量，或由输入图得到的参考图与输出图的差别从而通过归纳总结得到分割算法的性能。同样要评价分割技术，各种方法的难易程度也不同。用间接法评判算法需要用算法对图像进行分割实验以得到输出分割图(有时还需获得参考图)，而用直接法则只需要对算法本身进行分析就可
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以。
关于图像分割评价方法方面，许多学者提出了不少评价方法和准则；在这些准则中，定量实验准则提出最多，而且运用这类准则得到的评价标准也具有说服力，定量实验评价准则主要包括：区域间对比度、区域内部均匀性、形状测度、目标计数一致性、像素距离误差、像素数量误差、最终测量精度等。
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第3章图像分割方法综述
图像分割是指将图像划分为与其中含有的真实世界的物体或区域有强相关性的组成部分的过程。图像分割是图像处理和分析中的重要问题,也是计算机视觉研究中的一个经典问题。尽管它一直受到科研人员的重视,但是它的发展很慢,被认为是计算机视觉的一个瓶颈。迄今为止,还没有一种图像分割方法适用于所有的图像,也没有一类图像所有的方法都适用于它。近几年来,研究人员不断改进原有方法并将其它学科的新理论和新方法引入图像分割,提出了不少新的分割方法。本文对传统的图像分割方法进行分析。
典型的图像分割方法有阈值法，边缘检测法，区域法。
分析各种图像分割方法可以发现，它们分割图像的基本依据和条件有以下4方面：(l)分割的图像区域应具有同质性，如灰度级别相近、纹理相似等；
(2)区域内部平整，不存在很小的小空洞；
(3)相邻区域之间对选定的某种同质判据而言，应存在显著差异性；
(4)每个分割区域边界应具有齐整性和空间位置的准确性。
现有的大多数图像分割方法只是部分满足上述判据。如果加强分割区域的同性质约束，分割区域很容易产生大量小空洞和不规整边缘，若强调不同区域间性质差异的显著性，则极易造成非同质区域的合并和有意义的边界丢失。不同的图像分割方法总有在各种约束条件之间找到适当的平衡点。
下面，我们将图像分割算法分为以下5类：基于阈值化的分割、基于边缘的分割、基于区域的分割、基于聚类的分割、基于形态学及其他分割方法。
3.1基于阈值图像分割算法
阈值分割是一种常用的图像分割方法，它主要利用图像中要提取的目标物与其背景在灰度特性上的差异，通过设置合适的灰度门限（阈值），将图像的灰度划分为两个或多个灰度区间，以确定有意义的区域或分割物体的边界。阈值分割常用于图像的二值化处理，即选择一个合适的阈值，通过判断图像中的每一个像素点的特征属性是否满足阈值的要求来确定图像中该像素点是属于目标区域还是属于背景区域，从而将图像转化成二值图像。简单地用一个或几个阈值将图像的直方图分成几类, 图像中灰度值在同一个灰度类内的象素属干同一个类。其过程是决定一个灰度值, 用以区分不同的类, 这个灰度值就叫做“阈值”。它可以分为全局阈值分割和局部阈值分割。所谓全局阈值分割是利用利用整幅图像的信息来得到分割用的阈值, 并根据该阈值对整幅图像进行分割而局部阈值分割是根据图像中的不同区域获得对应的不同区域的阈值, 利用这些阈值对各个区域进行分割, 即一个阈值对应相应的一个子区域, 这种方法也称适应阈值分割。
阈值法是一种简单但是非常有效的方法, 特别是不同物体或结构之间有很大的强度对比时, 能够得到很好的效果它一般可以作为一系列图像处理过程的第一步。它一般要求在直方图上能得到明显的峰或谷, 并在谷底选择阈值。如何根据图像选择合适的阈值是基于阈值分割方法的重点所在, 也是难点所在。
它的主要局限是, 最简单形式的阈值法只能产生二值图像来区分两个不同的类。另外, 它只考虑象素本身的值, 一般都不考虑图像的空间特性, 这样就对噪声很敏感它也没有考虑图像的纹理信息等有用信息,使分割效果有时不能尽如人意。
阈值法的几种阈值选择方法：
全局阈值法
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（1）双峰法
对于目标与背景的灰度级有明显差别的图像,其灰度直方图的分布呈双峰状,两个波峰分别与图像中的目标和背景相对应,波谷与图像边缘相对应。当分割阈值位于谷底时,图像分割可取得最好的效果。该方法简单易行,但是对于灰度直方图中波峰不明显或波谷宽阔平坦的图像,不能使用该方法。
假设，一副图像只有物体和背景两部分组成，其灰度图直方图呈现明显的双峰值，如图3-1所示：
图3-1双峰法灰度直方图
找出阈值T，则可以对整个图像进行二值化赋值。
程序的实现：
通过数组记录直方图中的各像素点值的个数，再对逐个像素值进行扫描。记录每个像素能作为谷底的范围值，接着找出能作为谷底范围最大的点作为阈值。
其实现流程图如图3-2所示：
开始
通过数组g[255]读入直方图
逐个查看能每个像素值在直方图中能作为谷底的范围
找出能作为谷底范围最大的像素值作为阈值
根据取得的阈值对图像进行二值化
结束
图3-2双峰法实现流程图
（2）灰度直方图变换法
该方法不是直接选取阈值,而是对灰度直方图进行变换,使其具有更深的波谷和更尖的波峰,然后再利用双峰法得到最优阈值。这种方法的一个共同特征是根据像素点的局部特性,对其进行灰度级的增强或减弱的变换。这种方法假设图像由目标和背景组成,并且目标和背
图像分割技术的研究报告
西安郵電學院 科研训练总结报告书 系部名称：计算机学院 学生姓名：于乐 专业名称：计算机科学与技术 指导老师：刘军 班级：计科0906 学号：04091178 时间：至2012年 10月14日2012年 12月28日
图像分割技术的前景及研究意义： 在计算机视觉，模式识别中，常常要将一些图像分割成一些有意义的区域，或者将图像中的有意义的特征提取出来，以便机械识别和检验。因此，图像分割是图像处理中最基本最重要的技术之一，它是任何理解系统和自动识别系统必不可少的一个重要环节。数字图像处理技术是一个跨学科的领域。随着计算机科学技术的不断发展，图像处理和分析逐渐形成了自己的科学体系，新的处理方法层出不穷，尽管其发展历史不长，但却引起各方面人士的广泛关注。首先，视觉是人类最重要的感知手段，图像又是视觉的基础，因此，数字图像成为心理学、生理学、计算机科学等诸多领域内的学者们研究视觉感知的有效工具。其次，图像处理在军事、遥感、气象等大型应用中有不断增长的需求。 图像分割技术的需求分析： 分水岭分割方法：分水岭的计算过程是一个迭代标注过程。分水岭比较经典的计算方法是L. Vincent提出的。在该算法中，分水岭计算分两个步骤，一个是排序过程，一个是淹没过程。首先对每个像素的灰度级进行从低到高排序，然后在从低到高实现淹没过程中，对每一个局部极小值在h阶高度的影响域采用先进先出(FIFO)结构进行判断及标注。 区域增长算法：对格网数据点逐格网单元扫描，当找不到这样的地物点时结束操作；把这个点同周围的8-邻域点比较，若小于阈值，则合并到同一区域，并对合并的地物点赋予该区域的标记；从新合并的地物点开始，反复进行上述的操作； 反复进行上述两部的的操作，直到不能合并为止；返回最初的操作，寻找新区域出发点。 K均值聚类算法：K-均值聚类算法的基本思想 随机选取 K个点作为初始聚类中心，计算各个样本到聚类中心的距离，把样本归到离它最近的那个聚类中心所在的类，对调整后的新类计算新的聚类中心。如果相邻两次的聚类中心没有任何变化 说明样本调整结束，聚类准则函数已经收敛。 K-均值聚类算法中重要的一步是初始聚类中心的选取，一般是随机选取待聚类样本集的K个样本，聚类的性能与初始聚类中心的选取有关，聚类的结果与样本的位置有极大的相关性。一旦这 K个样本选取不合理，将会增加运算的复杂程度，误导聚类过程，得到不合理的聚类结果。通过粗糙集理论提供，K-均值聚类所需要的初始类的个数和均值，提高了聚类的效率和分类的精度 基于拓扑结构图的分割：定义扫掠面周长在扫掠结点之间的积分为骨架树中分支的面积 并将此面积定义为几何函数 定义拓扑函数为相邻两个扫掠面拓扑差异的符号函数。并定义了基于微分几何和拓扑函数的关键点。整个过程无需用户干涉。 图像分割技术可行性分析： 图像分割技术的研究，了解图像分割技术的实际应用，与图像分割方法，支
图像纹理检测与特征提取技术研究综述
龙源期刊网 https://www.docsj.com/doc/4b4657893.html, 图像纹理检测与特征提取技术研究综述 作者：李秀怡 来源：《中国管理信息化》2017年第23期 [摘要] 图像纹理作为图像数据的重要信息，是符合人类视觉特征的重要信息之一。纹理 检测与特征提取是纹理分类与分割的基础前提，可以应用到医疗、工业、农业、天文等多个领域，也是近几十年来一个经久不衰的热点研究。随着图像处理领域各种技术的发展，纹理特征分析提取方法也得到不断创新。文章在对相关文献进行调研的基础上，叙述了纹理特征提取方法的发展历程及研究现状，并重点对近十年纹理特征提取方法进行了论述，最后指出了该领域的发展趋势及问题。 [关键词] 图像纹理；特征提取；小波；支持向量机 doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 23. 088 [中图分类号] TP311 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）23- 0175- 04 1 引言 随着大数据时代的到来，相对于一般数据，图像信息作为一种更直观更形象的数据表现形式，其应用已经深入到医学、工业、航空、农业等各行业领域中。而纹理作为图像的重要特征之一，可以充分反映图像的整体特征，因此也成为了诸多图像后处理技术所必备的研究条件。但是，纹理的复杂多样性使得研究者们对其分析和准确识别是非常困难。而解决这个困难的方法之一是对图像提取纹理，然后对提取的纹理进行分析研究。这也是模式识别、图像检索、和计算机视觉等研究的基础。在纹理研究的每个阶段内，随着国内外学者研究对图像纹理提取模型及算法的不断创新，以及纹理提取的广泛的应用价值，促使着大家对这一领域进行更深入的研究。 2 纹理的基本定义及特性 目前，人们对纹理的精确定义还没有完全统一，当前几个类别的定义基本上按不同的应用类型形成相对的定义。一般认为，纹理是图像色彩或者灰度在空间上的重复或变化形成纹理。通常，人们将组成纹理的基本单元称为纹理基元或纹元（texture element）。 尽管关于纹理的定义尚未统一，但人们对纹理信息所具有的如下特性达成共识： （1）纹理基元是纹理存在的基本元素，并一定是按照某种规律排列组合形成纹理；（2）纹理信息具有局部显著性，通常可以表现为纹理基元序列在一定的局部空间重复出现；（3）纹理有周期性、方向性、密度、强度和粗糙程度等基本特征，而与人类视觉特征相一致的周期
图像分割技术的GUI设计
图像分割技术的GUI设计 一、概述（意义及背景） 图像分割就是把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标的技术和过程。它是由图像处理到图像分析的关键步骤。现有的图像分割方法主要分以下几类：基于阈值的分割方法、基于区域的分割方法、基于边缘的分割方法以及基于特定理论的分割方法等。1998年以来，研究人员不断改进原有的图像分割方法并把其它学科的一些新理论和新方法用于图像分割，提出了不少新的分割方法。图像分割后提取出的目标可以用于图像语义识别，图像搜索等等领域。 二、设计方案 利用MATLAB中的GUI（图形用户界面），实现图像的读取，边缘检测，四叉树分解，直方图阈值分割，二值化差值的实现，并设计了退出按钮。 三、实现步骤 1、打开MATLAB; 2、打开Command Window 窗口中输入guide或点击快捷键 ; 3、在GUIDE Quick Start 窗口中选择Blank GUI(Default)中选择Blank GUI(Default),再单击OK; 4、在新出现的窗口中选择需要的GUI控件； 5、在控件上右击选择View Callbacks—callback; 6、输入各控件对应的回调函数； 四、系统调试及验证 完成后系统是这样的
1、单击系统前置图的运行按钮进入系统调试 2、点击第一个模块相应按钮完成相应实验 点击读取图片按钮的效果点击图像边缘检测按钮的效果 点击四叉树分解按钮的效果点击直方图阈值分割按钮的效果3、点击第二个模块相应按钮完成相应的实验
点击读取原图按钮的效果点击读取背景图按钮的效果 点击二值化差值图按钮的效果 4、点击退出按钮结束实验 点击退出按钮结束实验 五、参考文献 [1] 杨帆.数字信号处理与分析[M]. 北京:北京航空航天大学出版社，2010. [2] 徐飞，施晓红.MATLAB应用图像处理[M].西安.西安电子科技大学出版社，
图像特征提取方法
图像特征提取方法 摘要 特征提取是计算机视觉和图像处理中的一个概念。它指的是使用计算机提取图像信息，决定每个图像的点是否属于一个图像特征。特征提取的结果是把图像上的点分为不同的子集，这些子集往往属于孤立的点、连续的曲线或者连续的区域。 至今为止特征没有万能和精确的图像特征定义。特征的精确定义往往由问题或者应用类型决定。特征是一个数字图像中“有趣”的部分，它是许多计算机图像分析算法的起点。因此一个算法是否成功往往由它使用和定义的特征决定。因此特征提取最重要的一个特性是“可重复性”：同一场景的不同图像所提取的特征应该是相同的。 特征提取是图象处理中的一个初级运算，也就是说它是对一个图像进行的第一个运算处理。它检查每个像素来确定该像素是否代表一个特征。假如它是一个更大的算法的一部分，那么这个算法一般只检查图像的特征区域。作为特征提取的一个前提运算，输入图像一般通过高斯模糊核在尺度空间中被平滑。此后通过局部导数运算来计算图像的一个或多个特征。 常用的图像特征有颜色特征、纹理特征、形状特征、空间关系特征。当光差图像时，常 常看到的是连续的纹理与灰度级相似的区域，他们相结合形成物体。但如果物体的尺寸很小 或者对比度不高，通常要采用较高的分辨率观察：如果物体的尺寸很大或对比度很强，只需 要降低分辨率。如果物体尺寸有大有小，或对比有强有弱的情况下同事存在，这时提取图像 的特征对进行图像研究有优势。 常用的特征提取方法有：Fourier变换法、窗口Fourier变换（Gabor)、小波变换法、最 小二乘法、边界方向直方图法、基于Tamura纹理特征的纹理特征提取等。
设计内容 课程设计的内容与要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：一、课程设计的内容 本设计采用边界方向直方图法、基于PCA的图像数据特征提取、基于Tamura纹理特征的纹理特征提取、颜色直方图提取颜色特征等等四种方法设计。 （1）边界方向直方图法 由于单一特征不足以准确地描述图像特征,提出了一种结合颜色特征和边界方向特征的图像检索方法.针对传统颜色直方图中图像对所有像素具有相同重要性的问题进行了改进,提出了像素加权的改进颜色直方图方法;然后采用非分割图像的边界方向直方图方法提取图像的形状特征,该方法相对分割方法具有简单、有效等特点,并对图像的缩放、旋转以及视角具有不变性.为进一步提高图像检索的质量引入相关反馈机制,动态调整两幅图像相似度中颜色特征和方向特征的权值系数,并给出了相应的权值调整算法.实验结果表明,上述方法明显地优于其它方法.小波理论和几个其他课题相关。所有小波变换可以视为时域频域的形式，所以和调和分析相关。所有实际有用的离散小波变换使用包含有限脉冲响应滤波器的滤波器段(filterbank)。构成CWT的小波受海森堡的测不准原理制约，或者说，离散小波基可以在测不准原理的其他形式的上下文中考虑。 通过边缘检测，把图像分为边缘区域和非边缘区域，然后在边缘区域内进行边缘定位．根据局部区域内边缘的直线特性，求得小邻域内直线段的高精度位置；再根据边缘区域内边缘的全局直线特性，用线段的中点来拟合整个直线边缘，得到亚像素精度的图像边缘．在拟合的过程中，根据直线段转角的变化剔除了噪声点，提高了定位精度．并且，根据角度和距离区分出不同直线和它们的交点，给出了图像精确的矢量化结果 图像的边界是指其周围像素灰度有阶跃变化或屋顶变化的那些像素的集合，边界广泛的存在于物体和背 景之间、物体和物体之间，它是图像分割所依赖的重要特征．边界方向直方图具有尺度不变性，能够比较好的 描述图像的大体形状．边界直方图一般是通过边界算子提取边界，得到边界信息后，需要表征这些图像的边 界，对于每一个边界点，根据图像中该点的梯度方向计算出该边界点处法向量的方向角，将空间量化为M级， 计算每个边界点处法向量的方向角落在M级中的频率，这样便得到了边界方向直方图． 图像中像素的梯度向量可以表示为[ ( ，)，)，( ，)，)] ，其中Gx( ，)，)，G ( ，)，)可以用下面的
图像分割技术与MATLAB仿真
中南民族大学 毕业论文(设计) 学院: 计算机科学学院 专业: 自动化年级:2012 题目: 图像分割技术与MATLAB仿真 学生姓名: 高宇成学号:2012213353 指导教师姓名: 王黎职称: 讲师 2012年5月10日
中南民族大学本科毕业论文（设计）原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：年月日
目录 摘要 (1) Abstract (1) 引言 (3) 1 图像分割技术 (3) 1.1 图像工程与图像分割 (3) 1.2 图像分割的方法分类 (4) 2 图像分割技术算法综述 (5) 2.1 基于阈值的图像分割技术 (5) 2.2边缘检测法 (5) 2.3 区域分割法 (7) 2.4 基于水平集的分割方法 (8) 2.5 分割算法对比表格 (8) 3基于水平集的图像分割 (9) 3.1 水平集方法简介 (9) 3.2 水平集方法在图像分割上的应用 (9) 3.3 仿真算法介绍 (10) 3.4 实验仿真及其结果 (11) 结论 (18) 致谢 (19) 参考文献 (19)
图像分割技术研究及MATLAB仿真 摘要：作为一项热门的计算机科学技术，图像分割技术已经在我们生活中越来越普及。顾 名思义这项技术的目的就是，将目标图像从背景图像中分离出去。由于这些被分割的图像区域在某些属性上很相近，因此图像分割与模式识别以及图像压缩编码有着密不可分的关系。完成图像分割所采用的方法各式各样，所应用的原理也不同。但他们的最终目的都是把图像中性质相似的某些区域归为一类，把性质差异明显的不同区域分割开来。通常在分割完成之后，我们就要对某些特定区域进行分析、计算、评估等操作，因而分割质量的好坏直接影响到了下一步的图像处理[1]，因此图像分割是图像处理的一个关键步奏。图像分割技术在各个领域都有着及其重要的意义；在工业上有卫星遥感，工业过程控制监测等等；在医学方面，水平集的分割方法还可以通过医学成像帮助医生识别模糊的病变区域；在模式识别领域还可应用到指纹扫描、手写识别、车牌号识别等等。 本课题的研究内容是对图像分割技术的几种常用的方法进行综述和比较，并基于其中一种方法进行MATLAB仿真测试，给出性能分析比较结果。 关键字：图像分割，MA TLAB仿真，模式识别 Image Segmentation and Matlab Simulation Abstract:Image segmentation is to image representation for the physically meaningful regional connectivity set, namely according to the prior knowledge of target and background, we on the image of target and background of labeling and localization, then separate the object from the background. Because these segmented image regions are very similar in some properties, image segmentation is often used for pattern recognition and image understanding and image compression and coding of two major categories. Because the generated in the segmented region is a kind of image content representation, it is the image of visual analysis and pattern recognition based and segmentation results of quality of image analysis, recognition and interpretation of quality has a direct impact. Image segmentation it is according to certain features of the image (such as gray level, spectrum, texture, etc.) to a complete picture of the image is segmented into several meaningful area. These features made in a certain region of consistent or similar, and between different regions showed significantly different. Image segmentation technology in various fields have most of the field and its important significance in digital image processing, image segmentation has a wide range of applications, such as industrial automation, process control, online product inspection, image coding, document image processing, remote sensing and medical image analysis, security surveillance, as well as military, sports and other aspects. In medical image processing and analysis, image segmentation for body occurrence of three-dimensional display of the diseased organ or lesion location determination and analysis plays an effective role in counseling; in the analysis and application of road traffic conditions,
图像特征提取总结
图像常见特征提取方法简介 常用的图像特征有颜色特征、纹理特征、形状特征、空间关系特征。 一、颜色特征 （一）特点：颜色特征是一种全局特征,描述了图像或图像区域所对应的景物的表面性质。一般颜色特征是基于像素点的特征，此时所有属于图像或图像区域的像素都有各自的贡献。由于颜色对图像或图像区域的方向、大小等变化不敏感，所以颜色特征不能很好地捕捉图像中对象的局部特征。另外，仅使用颜色特征查询时，如果数据库很大，常会将许多不需要的图像也检索出来。颜色直方图是最常用的表达颜色特征的方法，其优点是不受图像旋转和平移变化的影响，进一步借助归一化还可不受图像尺度变化的影响，基缺点是没有表达出颜色空间分布的信息。 （二）常用的特征提取与匹配方法 （1）颜色直方图 其优点在于：它能简单描述一幅图像中颜色的全局分布，即不同色彩在整幅图像中所占的比例，特别适用于描述那些难以自动分割的图像和不需要考虑物体空间位置的图像。其缺点在于：它无法描述图像中颜色的局部分布及每种色彩所处的空间位置，即无法描述图像中的某一具体的对象或物体。 最常用的颜色空间：RGB颜色空间、HSV颜色空间。 颜色直方图特征匹配方法：直方图相交法、距离法、中心距法、参考颜色表法、累加颜色直方图法。 （2）颜色集 颜色直方图法是一种全局颜色特征提取与匹配方法，无法区分局部颜色信息。颜色集是对颜色直方图的一种近似首先将图像从RGB颜色空间转化成视觉均衡的颜色空间（如HSV 空间），并将颜色空间量化成若干个柄。然后，用色彩自动分割技术将图像分为若干区域，每个区域用量化颜色空间的某个颜色分量来索引，从而将图像表达为一个二进制的颜色索引集。在图像匹配中，比较不同图像颜色集之间的距离和色彩区域的空间关系 （3）颜色矩 这种方法的数学基础在于：图像中任何的颜色分布均可以用它的矩来表示。此外，由于颜色分布信息主要集中在低阶矩中，因此，仅采用颜色的一阶矩（mean）、二阶矩（variance）和三阶矩（skewness）就足以表达图像的颜色分布。 （4）颜色聚合向量 其核心思想是：将属于直方图每一个柄的像素分成两部分，如果该柄内的某些像素所占据的连续区域的面积大于给定的阈值，则该区域内的像素作为聚合像素，否则作为非聚合像素。（5）颜色相关图 二纹理特征 （一）特点：纹理特征也是一种全局特征，它也描述了图像或图像区域所对应景物的表面性质。但由于纹理只是一种物体表面的特性，并不能完全反映出物体的本质属性，所以仅仅利用纹理特征是无法获得高层次图像内容的。与颜色特征不同，纹理特征不是基于像素点的特征，它需要在包含多个像素点的区域中进行统计计算。在模式匹配中，这种区域性的特征具有较大的优越性，不会由于局部的偏差而无法匹配成功。作为一种统计特征，纹理特征常具有旋转不变性，并且对于噪声有较强的抵抗能力。但是，纹理特征也有其缺点，一个很明显的缺点是当图像的分辨率变化的时候，所计算出来的纹理可能会有较大偏差。另外，由于有可能受到光照、反射情况的影响，从2-D图像中反映出来的纹理不一定是3-D物体表面真实
图像分割方法综述
图像分割方法综述
图像分割方法综述 摘要：图像分割是计算计视觉研究中的经典难题，已成为图像理解领域关注的一个热点，本文对近年来图像分割方法的研究现状与新进展进行了系统的阐述。同时也对图像分割未来的发展趋势进行了展望。 关键词：图像分割；区域生长；活动边缘；聚类分析；遗传算法 Abstract:Image segmentation is a classic problem in computer vision,and become a hot topic in the field of image understanding. the research actuality and new progress about image segmentation in recent years are stated in this paper. And discussed the development trend about the image segmentation. Key words: image segmentation; regional growing; active contour; clustering
analysis genetic algorithm 1 引言 图像分割是图像分析的第一步，是计算机视觉的基础，是图像理解的重要组成部分，同时也是图像处理中最困难的问题之一。所谓图像分割是指根据灰度、彩色、空间纹理、几何形状等特征把图像划分成若干个互不相交的区域，使得这些特征在同一区域内表现出一致性或相似性，而在不同区域间表现出明显的不同。简单的说就是在一副图像中，把目标从背景中分离出来。对于灰度图像来说，区域内部的像素一般具有灰度相似性，而在区域的边界上一般具有灰度不连续性。 关于图像分割技术，由于问题本身的重要性和困难性，从20世纪70年代起图像分割问题就吸引了很多研究人员为之付出了巨大的努力。虽然到目前为止，还不存在一个通用的完美的图像分割的方法，但是对于图像分割的一般性规律则基本上已经达成的共识，已经产生了相当多的研究成果和方法。本文根据图像发展的历程，从传统的图像分割方法、结合特定工具的图像分割方
图像分割和特征提取技术研究
毕业设计 图像分割和特征提取技术研究 摘要 图像分割是图像分析的第一步，是图像理解的重要组成部分，在有关图像处理的几乎所有领域具有广泛的应用。因此，图像分割一直受到高度重视，对其研究具有十分重要的意义。长期以来，研究人员提出了许多实用的分割算法。随着统计学理论，神经网络，小波理论等在图像分割中的应用日益广泛，遗传算法、尺度空间、非线性扩散方程等近期涌现的新方法和新思想也不断被用于解决分割问题，许多国内外学者也针对一些具体应用提出了许多实用有效的方法。 本文介绍了数字图像处理技术中图像分割技术的基本理论和三种图像分割方法(1)基于阈值图像分割；(2)基于边缘检测及算子分割；(3)基于区域特性的图像分割。对基于点的分割方法进行了较全面的叙述，主要研究了图像分割方法中的边缘检测法，区域提取法和阈值分割法。通过大量的理论研习。并编写了MATLAB软件程序，对各分割方法进行了仿真实验，得到分割图像。最后对于仿真进行了数据处理分析，验证了Canny算子的整体效果最好, Prewitt算子分割细致。但对于一幅图像仅仅只有只用一种方法达不到很好的效果，而根据待分割图象的不同特点，结合已知的先验知识，研究符合具体图象特性的分割模型，才是提高图象分割的重要手段。 关键词：图像分割；边缘法；区域法；阈值法；分水岭分割法
Lmage Segmentation And Feature Extraction Technology Research Abstract Image segmentation is the first step in image analysis, image segmentation is an important component of image understanding, in almost all areas of the image processing has widely application. As a result, image segmentation has been attached great importance to, its research has the very vital significance. For a long time,researchers put forward many practical segmentation algorithm. With statistics theory, the neural network, wavelet theory has been used increasingly in image segmentation, such as genetic algorithm, scale space, and nonlinear diffusion equation with the recent emergence of new methods and new ideas are constantly being used to solve the segmentation problem, many scholars at home and abroad for some specific application put forward many practical and effective method. Digital image processing techniques were introduced in This paper introduces the digital image processing technology of image segmentation technology in basic theory and three methods of image segmentation. (1) based on threshold image segmentation. (2) segmentation based on edge detection and operator; (3) the image segmentation based on region feature. On the segmentation method based on the point of narrative, mainly studies the edge of image segmentation method, region extraction method and threshold segmentation method. Through a lot of theory study. And write the MATLAB software, the segmentation method, the simulation experiment for image segmentation. Finally analyzed the data processing for simulation.Verify the Canny operator of the overall effect is best. Prewitt operator segmentation and detailed. But for an image only only one way to reach a good effect, and according to the different characteristics of for image segmentation, combined with the known prior knowledge, research in accordance with the specific image segmentation model, is an important means to improve the image segmentation. KEYWORDS：Segmentation；edge method；the regional method；threshold；watershed segmentation
图像分割技术的原理及方法
浅析图像分割的原理及方法 一．研究背景及意义 研究背景： 随着人工智能的发展，机器人技术不断地应用到各个领域。信息技术的加入是智能机器人出现的必要前提。信息技术泛指包括通信技术、电子技术、信号处理技术等相关信息化技术的一大类技术。它的应用使得人们今天的生活发生了巨大变化。从手机到高清电视等家用电器设备出现使我们的生活越来越丰富多彩。在一些军用及民用领域近几年出现了一些诸如:图像制导、无人飞机、无人巡逻车、人脸识别、指纹识别、语音识别、车辆牌照识别、汉字识别、医学图像识别等高新技术。实现它们的核心就是图像处理、机器视觉、模式识别、智能控制、及机器人学等相关知识。其中图像处理具有重要地位。而图像分割技术是图像分析环节的关键技术。 研究图像分割技术的意义： 人类感知外部世界的两大途径是听觉和视觉，尤其是视觉，同时视觉信息是人类从自然界中获得信息的主要来源，约占人类获得外部世界信息量的80%以上。图像以视觉为基础通过观测系统直接获得客观世界的状态，它直接或间接地作用于人眼，反映的信息与人眼获得的信息一致，这决定了它和客观外界都是人类最主要的信息来源，图像处理也因此成为了人们研究的热点之一。人眼获得的信息是连续的图像，在实际应用中，为便于计算机等对图像进行处理，人们对连续图像进行采样和量化等处理，得到了计算机能够识别的数字图像。数字图像具有信息量大、精度高、内容丰富、可进行复杂的非线性处理等优点，成为计算机视觉和图像处理的重要研究对象。在一幅图像中，人们往往只对其中的某些区域感兴趣，称之为前景，这些区域内的某些空间信息特性(如灰度、颜色、轮廓、纹理等)通常与周围背景之间存在差别。图像分割就是根据这些差异把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提取感兴趣目标的技术和过程。在数字图像处理中，图像分割作为早期处理是一个非常重要的步骤。为便于研究图像分割，使其在实
彩色图像分割技术研究本科毕业论文
彩色图像分割技术研究本科毕业论文 目录 1. 引言 (1) 1.1．课题的研究背景和意义 (1) 1.2．彩色图像分割的现状 (2) 1.3．本文的容安排 (5) 2．彩色图像分割研究 (6) 2.1．数字图像处理概述 (6) 2.2．常用的颜色空间 (7) 2.3．彩色图像分割方法 (9) 2.3.1．阈值化方法 (10) 2.3.2．基于边缘的分割方法 (10) 2.3.3．基于区域的分割方法 (12) 3．无监督彩色图像分割 (13) 3.1．概述 (13) 3.2．颜色空间的转换 (14) 3.3．Sobel算子边缘提取 (15) 3.4．种子的选取 (16) 3.5．区域生长与合并 (17) 4．实验结果与分析 (18)
5．结论 (20) 参考文献 (21) 谢辞 (23)
1. 引言 1.1．课题的研究背景和意义 在人类所接收的信息中，有80%是来自视觉的图形信息，对获得的这些信息进行一定的加工处理也是目前一种广泛的需求，图像分割就是将图像中感兴趣的部分分割出来的技术。在图像分割的基础上，才能对目标进行特征提取和参数测量，使得更高层的图像分析和理解成为可能。因此，对图像分割的研究在图像处理领域具有非常重要的意义。 图像分割作为图像分析的基础，是图像分析过程中的关键步骤。图像分割，顾名思义是将图像按照一定的方法划分成不同的区域，使得同一区域像素之间具有一致性，不同区域间不具有这种一致性。 因为人眼对亮度具有适应性，即在一幅复杂图像的任何一点上只能识别几十种灰度级，但可以识别成千上万种颜色，所以许多情况下，单纯利用灰度信息无法从背景中提取出目标，还必须借助于色彩信息。由于彩色图像提供了比灰度图像更加丰富多彩的信息，因此随着计算机处理能力的提高，彩色图像处理正受到人们越来越多的关注。 自数字图像处理问世不久就开始了图像分割的研究，吸引了很多研究者为之付出了巨大的努力，在不同的领域也取得了很大的进展和成就，现在人们还一直在努力发展新的、更有潜力的算法，希望实现更通用、更完美的分割结果。目前，针对各种具体问题已经提出了许多不同的图像分割算法，对图像分割的效果也有很好的分析结论。但是，由于图像分割问题所面向领域的特殊性，而且问题本身具有一定的难度和复杂性，到目前为止还不存在一个通用的分割方法，也不存在一个判断分割是否成功
图像分割技术
图像分割技术 图像分割就是将一副数字图像分割成不同的区域，在同一区域内具有在一定的准则下可认为是相同的性质，如灰度、颜色、纹理等，而任何相邻区域之间器性质具有明显的区别。 主要包括：边缘分割技术、阈值分割技术和区域分割技术。 1.边缘分割技术 边缘检测是检测图像特性发生变化的位置，是利用物体和背景在某种图像特性上的差异来实现的。不同的图像灰度不同，边界处会有明显的边缘，利用此特征可以分割图像。边缘检测分割法是通过检测出不同区域边界来进行分割的。 常见的边缘检测方法：微分算子、Canny算子和LOG算子等，常用的微分算子有Sobel算子、Roberts算子和Prewit算子等。 （1）图像中的线段 对于图像的间断点，常用检测模板： -1 -1 -1 -1 8 -1 -1 -1 -1?????????? 对于图像中的线段，常用的检测模板： 检测图像中的线段： close all;clear all;clc; I=imread('gantrycrane.png'); I=rgb2gray(I); h1=[-1,-1,-1;2 2 2;-1 -1 -1];%模板 h2=[-1 -1 2;-1 2 -1;2 -1 -1]; h3=[-1 2 -1;-1 2 -1;-1 2 -1]; h4=[2 -1 -1;-1 2 -1;-1 -1 2]; J1=imfilter(I,h1);%线段检测 J2=imfilter(I,h2); J3=imfilter(I,h3); J4=imfilter(I,h4); J=J1+J2+J3+J4;%4种线段相加 figure, subplot(121),imshow(I); subplot(122),imshow(J); （2）微分算子 ○1Roberts算子的计算公式： 采用edge()函数进行图像的边缘检测。 Roberts算子进行图像的边缘检测： close all; clear all;clc; I=imread('rice.png'); I=im2double(I); %Roberts算法进行边缘检测
图像分割技术综述---20050620
综述：PDE图像分割技术 沈民奋 汕头大学工学院，广东省图像处理重点实验室，汕头 515063 摘要：偏微分方程（PDE's）图像处理在图像处理的各个方面已经得到了广泛的应用，该 方法通常与水平集方法配合使用。在图像分割方面提出了许多基于偏微分方程（PDE's）的 方法，比如，M-S分片光滑法，C-V无需边缘的活动围线法，P-D测地活动区域组等等。本文 追踪偏微分方程（PDE's）图像分割的发展，回顾偏微分方程（PDE's）图像分割领域的重 要文献，也简述了偏微分方程（PDE's）图像分割中的数值技巧。从本文的综述可以看出， 当前偏微分方程（PDE's）图像分割的主要发展趋势有三个方面：将图像分割的边界特征和 区域特征相结合；建立新的水平集方法来实现偏微分方程（PDE's）图像分割；将偏微分方 程（PDE's）图像分割技术与传统技术如贝叶斯方法相结合。 关键词：偏微分方程，图像分割，水平集，活动围线，综述 中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 图像分割是图像分析和计算机视觉中一个基本处理环节。这方面的文献很多。本文主要关注偏微分方程（PDE）图像分割的最新进展。方程的建模通常是根据变分法寻找一个使能量泛函最小化的函数，并辅之以水平集技术。尽管本文主要综述关于二维灰度图像的分割方法，由于偏微分方程图象处理的固有优势，这些方法往往很容易推广到彩色图像分割或序列图像的运动追踪问题[1,5,29,30,33,35,41]。 传统的图像分割方法，无论是基于时域还是频域的分割，总是利用图像中的灰度边界信息或灰度同质区域进行分割图像。偏微分方程图像分割也是基本如此。从根本上说，偏微分方程图像处理是基于对图像的确定性描述，近年来，许多研究人员试图把概率性描述的一些手段与偏微分方程图像处理相结合。最早的偏微分方程图像分割借助于各向异性的灰度扩散技术，扩散的结果是使得原输入图象变换成为由一些分片光滑的灰度同质区域所组成的近似图像，从而更容易分割出图像中的不同区域。后来，随着水平集方法的提出，曲线演化和传统的参数型曲线演化相比，变得更加方便和有效。因此，曲线演化或称活动围线模型成为图像分割的主流。此后，偏微分方程活动围线的发展主要在于两个方面：多相活动围线和边界无关的活动围线模型。最近，活动围线和先验形状信息相结合的方法也相继被提出。另一方面，偏微分方程图像分割的技术改进也来自于新的数值技巧，比如改进传统的水平集方法；多尺度水平集技术；甚至完全抛开水平集方法而寻找方程的直接数值求解。 偏微分方程图象处理的一般方法是这样的：给定一个问题，在特定准则下最小化一个能量泛函，使得最小化函数即为问题的解。以图像分割为例，这些准则通常是图像中的灰度边缘信息或灰度同质区域信息；其次，根据这些准则确立一个能量泛函，使得仅在我们所期望达到的分割边界上该能量泛函达到最小；然后，从最小化问题中推导出相应的欧拉-拉格朗日方程（组），方程的解的存在性往往需要专门给出证明；最后，使用适当的数值技术求解这个方程（组）。偏微分方程图象处理确实能够提供与传统图象处理手段所不同的处理方法和效果，尤其对于复杂的图像分割问题显得灵活和有效。最近偏微分方程图象处理的繁荣就是由于它所能够提供灵活多样的，而且往往是传统处理方法所不能企及的处理性能。过去二十年来，有很多偏微分方程图像分割的文章相继发表，有基于边缘或测地边缘的活动围线模型，分片光滑的灰度同质区域分割模型，和结合其它方法（如贝叶斯方法）的偏微分方程图像分割模型。读者也可以参
图像分割技术的研究背景及意义
图像分割技术的研究背景及意义 1概述 2图像分割技术的研究背景及意义 2.1阈值分割方法 2.2基于边缘的分割方法 2.3基于区域的分割方法 2.4 结合特定理论工具的分割方法 1概述 图像的研究和应用中，人们往往对图像中的某些部分感兴趣，这些感兴趣的部分一般对应图像中特定的、具有特殊性质的区域（可以对应单一区域，也可以对应多个区域），称之为目标或前景；而其他部分称为图像的背景。为了辨识和分析目标，需要把目标从一幅图像中孤立出来，这就是图像分割要研究的问题。 2图像分割技术的研究背景及意义 图像分割是图像处理中的一项关键技术，也是一经典难题，发展至今仍没有找到一个通用的方法，也没有制定出判断分割算法好坏的标准，对近几年来出现的图像分割方法作了较为全面的综述，探讨了图像分割技术的发展方向，对从事图像处理研究的科研人员具有一定的启发作用。 图像分割是图像分析的第一步，图像分割接下来的任务，如特征提取、目标识别等的好坏，都取决于图像分割的质量如何。由于该课题的难度和深度，进展比较缓慢。图像分割技术自20世纪70年代起一直受到人们的高度重视，虽然研究人员针对各种问题提出了许多方法，但迄今为止仍然不存在一个普遍适用的理论和方法。另外，还没有制定出选择适用分割算法的标准，这给图像分割技术的应用带来许多实际问题。最近几年又出现了许多新思路、新方法或改进算法，对一些经典方法和新出现的方法作了概述，并将图像分割方法分为阈值分割方法、边缘检测方法、区域提取方法和结合特定理论工具的分割方法4类。
2.1阈值分割方法 阈值分割方法的历史可追溯到近40前，现已提出了大量算法。阈值分割法就是简单的用一个或几个阈值将图像的直方图分成几类，图象中灰度值在同一个灰度类内的像素属于同一个类。它是一种PR法。其过程是决定一个灰度值，用以区分不同的类，这个灰度值就叫阈值。它可以分为全局阈值分割和局部阈值分割。所谓全局阈值分割是利用整幅图像的信息来得到分割用的阈值，并根据该阈值对整幅图像进行分割；而局部阈值分割是根据图像中的不同区域获得对应的不同区域的阈值，利用这些阈值对各个区域进行分割，即一个阈值对应一个相应的子区域，这种方法也叫称为适应阈值分割。可以看出，确定一个最优阈值是分割的关键。现有的大部分算法都是集中在阈值确定的研究上。阈值分割方法根据分割算法所有的特征或准则，还可以分为直方图与直方图变换法、最大类空间方差法、最小误差法与均匀化误差法、共生矩阵法、最大熵法、简单统计法与局部特性法、概率松驰法、模糊集法、特征空间聚类法、基于过渡区的阈值选取法等。 目前提出了许多新方法，如严学强等人提出了基于量化直方图的最大熵阈值处理算法，将直方图量化后采用最大熵阈值处理算法，使计算量大大减小。薛景浩、章毓晋等人提出基于最大类间后验交叉熵的阈值化分割算法，从目标和背景的类间差异性出发，利用贝叶斯公式估计象素属于目标和背景两类区域的后验概率，再搜索这两类区域后验概率之间的最大交叉熵。这种方法结合了基于最小交叉熵以及基于传统香农熵的阈值化算法的特点和分割性能，取得很好的通用性和有效性，该算法也容易实现二维推广，即采用二维统计量（如散射图或共生矩阵）取代直方图，以提高分割的准确性。俞勇等人提出的基于最小能量的图像分割方法，运用了能量直方图来选取分割阈值。任明武等人提出的一种基于边缘模式的直方图构造新方法，使分割阈值受噪声和边缘的影响减少到最小。程杰提出的一种基于直方图的分割方法，该方法对Ostu准则的内在缺陷进行了改进，并运用对直方图的预处理及轮廓追踪，找出了最佳分割阈值。此方法对红外图像有很强的针对性，付忠良提出的基于图像差距度量的阈值选取方法，多次导出Ostu方法，得到了几种与Ostu类似的简单计算公式，使该方法特别适合需自动产生阈值的实时图像分析系统。陈向东、常文森等人提出了基于小波变换的图像分数维计算方法，利用小波变换计算图像的分数维准确性高的特性。结果表明计算出的图像分数维准确，而且通过应用快速小波变换可以满足实时计算的要求，为实时场景分析提供有效的方法。建立在积分几何和随机集论基础之上的数学形态学以其一整套变换、概念和算法为数学工具，提供了并行的、具有鲁棒性的图像分割技述。它不仅能得到图像中各种几何参数的间接测量，反映图像的体视特性，而