基于阈值的图像分割方法研究与实现

基于VC++的图像阈值分割与轮廓提取技术的研究与实现摘要：目前，随着计算机图像处理技术的飞速发展，医学图像分割技术在医疗诊断中的应用也越来越广泛。

本文分析了区域的图像分割算法，提出了结合距离正则化的水平集演化模型的自适应算法，基于vc++6.0软件对人体心脏核磁共振图像进行了仿真实验分析。

关键词：图像分割；医学图像；仿真实验中图分类号：tp391.41 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2012） 24-0028-031 基于区域的图像分割算法概述1.1 阈值分割算法阈值分割算法具有多种优点，包括简单便捷、性能高效等，对于目标背景与灰度级之间存在明显差异的图像来说，图像分割的效果比较理想。

阈值分割算法的应用首先要对图像进行部分预处理，为后期图像分割提供相关准备。

阈值分割算法在医学图像分割中经常用于身体骨骼、皮肤组织等医学图像。

但是，阈值分割算法也存在部分缺点，如果将阈值分割应用于灰度值差异不够明显，以及图像中噪声分布不均匀的图像中，其效果却不尽理想。

而且，阈值的选取对于医学图像的分割起着决定性作用，因此，阈值的选取也是至关重要的步骤。

1.2 区域生长及分裂合并算法区域生长算法的特点是图像分割步骤简单，经常用于对医学图像中的小部分组织进行图像分割，例如肿瘤分割、伤疤分割等等。

如果将区域生长算法与其他算法结合应用，将会达到事半功倍的分割效果。

区域生长算法的缺点是其对于图像噪声极为敏感，而且需要人工手动得到种子点。

区域分裂合并算法与区域生长算法的理念不尽相同，区域分裂合并算法是通过对图像的不断分裂得到图像的各个区域，这些区域之间具有一定的关联性，各个区域中相邻的部分根据合并准则完成合并。

1.3 分类器及聚类算法分类器包括参数分类器与非参数分类器两种。

典型的非参数分类器有parzen窗、k近邻等；而贝叶斯分类器为参数分类器的典型代表。

分类器的优点较多，包括能够有效降低算法的计算量，也不需要进行迭代运算，从而提高算法效率等等。

图像处理技术中的图像分割阈值选择方法探讨图像分割是图像处理的重要步骤之一，它将一幅图像划分成多个区域或对象，使得每个区域或对象具有一定的相似性或特征。

而图像分割的关键在于选择合适的阈值，以实现准确的分割结果。

本文将探讨图像处理技术中的图像分割阈值选择方法。

图像分割的目的是将图像中的前景和背景分开，使得每个区域或对象能够得到独立的处理。

在许多应用中，分割准确性对于后续处理步骤的成功非常关键。

因此，选择适当的阈值方法至关重要。

在图像处理中，有许多常用的图像分割阈值选择方法，比如全局阈值法、自适应阈值法、Otsu阈值法等。

下面将对这些方法进行详细的介绍和比较。

首先是全局阈值法，它是最简单和最常见的分割方法之一。

该方法假设图像中的前景和背景的灰度值具有明显的差异，并且像素的灰度值可以根据一个固定的阈值进行分类。

通常情况下，阈值可以通过试错法或者统计分析的方法来选择。

全局阈值法的优点是简单易用，计算速度快，适用于许多场景。

然而，该方法对于图像中存在灰度值分布不均匀或者背景复杂的情况表现不佳。

接下来是自适应阈值法，该方法能够根据图像中局部区域的特征动态地选择阈值。

它假设图像中的前景和背景的灰度值在局部区域内具有一定的相似性，并且像素的灰度值可以根据其局部区域的平均或中值来分类。

自适应阈值法的优点是能够适应图像中的灰度值变化和背景复杂的情况，但是计算复杂度会相应增加。

最后是Otsu阈值法，它是一种基于图像灰度直方图特性的自动分割方法。

Otsu 阈值法通过最大类间方差的方法选择阈值，即使得前景和背景之间的差异最大。

它能够自动选择合适的阈值，适用于各种图像。

Otsu阈值法的优点是能够自动化选择阈值，但是对于某些特殊图像，可能无法得到理想的分割结果。

除了以上介绍的常用方法外，还有一些其他的图像分割阈值选择方法，如基于聚类分析的方法、基于直方图的方法等。

这些方法在特定的应用场景中可能会有更好的效果，但是也有一定的局限性。

基于阈值法的图像分割技术阴国富(1．西安电子科技大学陕西西安710071；2．渭南师范学院陕西渭南714000)在对图像的研究和应用中，人们往往仅对图像中的某些部分感兴趣，这些部分称为目标或前景(其他部分称为背景)，他们一般对应图像中特定的、具有独特性质的区域。

为了辨识和分析目标，需要将他们分离提取出来，在此基础上才有可能对目标进一步利用。

图像分割就是指把图像分成格局特性的区域并提取出感兴趣目标的技术和过程。

这里特性可以是象素的灰度、颜色、纹理等，预先定义的目标可以对应单个区域，也可以对应多个区域。

现有的图像分割算法有：阈值分割、边缘检测和区域提取法。

本文着重研究基于阈值法的图像分割技术。

1 阈值法图像分割1.1 阈值法的基本原理阈值分割法是一种基于区域的图像分割技术，其基本原理是：通过设定不同的特征阈值，把图像象素点分为若干类。

常用的特征包括：直接来自原始图像的灰度或彩色特征；由原始灰度或彩色值变换得到的特征。

设原始图像为f(x，y)，按照一定的准则f(x，y)中找到特征值T，将图像分割为两个部分，分割后的图像为：若取：b0=0(黑)，b1=1(白)，即为我们通常所说的图像二值化。

1.2 阈值法图像分割方法分类全局阈值法指利用全局信息对整幅图像求出最优分割阈值，可以是单阈值，也可以是多阈值；局部阈值法是把原始的整幅图像分为几个小的子图像，再对每个子图像应用全局阈值法分别求出最优分割阈值。

其中全局阈值法又可分为基于点的阈值法和基于区域的阈值法。

阈值分割法的结果很大程度上依赖于阈值的选择，因此该方法的关键是如何选择合适的阈值。

由于局部阈值法中仍要用到全局阈值法，因此本文主要对全局阈值法中基于点的阈值法和基于区域的阈值法分别进行了研究。

根据阈值法的原理可以将阈值选取技术分为3大类：(1)基于点的全局阈值方法基于点的全局阈值算法与其他几大类方法相比，算法时间复杂度较低，易于实现，适合应用于在线实时图像处理系统。

图像分割实验报告图像分割实验报告一、引言图像分割是计算机视觉领域中的一个重要研究方向，它旨在将一幅图像分割成具有语义意义的不同区域。

图像分割在许多应用中发挥着关键作用，如目标检测、场景理解和医学图像处理等。

本实验旨在探索不同的图像分割方法，并对其进行比较和评估。

二、实验方法本实验选择了两种常用的图像分割方法：基于阈值的分割和基于边缘的分割。

首先，我们使用Python编程语言和OpenCV库加载图像，并对图像进行预处理，如灰度化和平滑处理。

接下来，我们将详细介绍这两种分割方法的实现步骤。

1. 基于阈值的分割基于阈值的分割是一种简单而常用的分割方法。

它通过将图像像素的灰度值与预先设定的阈值进行比较，将像素分为前景和背景两类。

具体步骤如下：（1）将彩色图像转换为灰度图像。

（2）选择一个适当的阈值，将图像中的像素分为两类。

（3）根据阈值将图像分割，并得到分割结果。

2. 基于边缘的分割基于边缘的分割方法是通过检测图像中的边缘来实现分割的。

边缘是图像中灰度变化剧烈的区域，通常表示物体的边界。

具体步骤如下：（1）将彩色图像转换为灰度图像。

（2）使用边缘检测算法（如Canny算法）检测图像中的边缘。

（3）根据边缘信息将图像分割，并得到分割结果。

三、实验结果与讨论我们选择了一张包含多个物体的彩色图像进行实验。

首先，我们使用基于阈值的分割方法对图像进行分割，选择了适当的阈值进行实验。

实验结果显示，基于阈值的分割方法能够将图像中的物体与背景分离，并得到较好的分割效果。

接下来，我们使用基于边缘的分割方法对同一张图像进行分割。

实验结果显示，基于边缘的分割方法能够准确地检测出图像中的边缘，并将图像分割成多个具有边界的区域。

与基于阈值的分割方法相比，基于边缘的分割方法能够更好地捕捉到物体的形状和边界信息。

通过对比两种分割方法的实验结果，我们发现基于边缘的分割方法相对于基于阈值的分割方法具有更好的效果。

基于边缘的分割方法能够提供更准确的物体边界信息，但也更加复杂和耗时。

医学图像配准与分割方法研究与实践医学图像配准与分割是医学影像处理中的两个重要任务，可以帮助医生更准确地诊断和治疗疾病。

图像配准旨在将多个医学图像对齐，使得它们在空间上或时间上完全或部分重叠。

而图像分割则是将医学图像中的组织、器官或异常区域进行分离和区分。

本文将介绍医学图像配准和分割的一些常见方法，并探讨其在实际应用中的研究与实践。

一、医学图像配准方法研究与实践医学图像配准是通过将多个医学图像进行准确对齐，实现多图像之间的一致性。

在医学影像处理中，常见的配准方法包括基于特征的方法和基于相似度度量的方法。

1. 基于特征的方法基于特征的配准方法通过提取图像中的特征点或特征区域来进行图像匹配。

其中，最常见的特征包括角点、边缘、纹理等。

常用的算法包括SIFT（尺度不变特征变换）、SURF（加速稳健特征）和ORB（旋转不变特征）等。

这些方法通过对特征点的检测、描述和匹配来实现图像配准。

在实践中，基于特征的方法往往具有较好的配准效果和鲁棒性。

2. 基于相似度度量的方法基于相似度度量的配准方法通过计算图像间的相似度来进行匹配。

常用的相似度度量指标包括互信息、相关系数和互相关等。

这些方法通过优化相似度度量指标来寻找最优的变换参数，从而实现图像的配准。

在实践应用中，基于相似度度量的方法通常能够得到较好的配准结果，并且具有较高的计算效率。

二、医学图像分割方法研究与实践医学图像分割是将医学图像中的组织、器官或异常区域进行分离和区分的过程。

常见的医学图像分割方法包括基于阈值的方法、基于边缘的方法和基于区域的方法。

1. 基于阈值的方法基于阈值的分割方法是最简单也是最直观的方法之一。

它通过选取适当的阈值来将图像进行二值化，将感兴趣的组织或区域与背景进行区分。

常见的阈值分割方法有全局阈值法、自适应阈值法和区域生长法等。

尽管基于阈值的方法简单易用，但对于复杂图像和噪声较多的情况下，效果不佳。

2. 基于边缘的方法基于边缘的分割方法通过检测图像中的边缘信息进行分割。

医学影像中的图像分割技术研究一、背景介绍随着医学成像技术不断的发展，医学影像在临床医疗领域已经成为了不可或缺的一部分。

然而，海量的医学影像数据对临床医生和医学研究工作者的影像学分析提出了新的挑战。

一项重要的任务是医学影像中的图像分割，即将一张医学影像图像分为若干不同的区域以帮助临床医生和研究人员更好地理解该区域的构造和特性。

基于这一任务，许多图像分割技术得到了广泛的研究和应用。

二、医学影像中的图像分割技术1. 基于阈值的图像分割技术基于阈值的图像分割技术是一种快速、简单的图像分割方法，广泛应用于医学影像中。

基本原理是将像素值高于或低于预先定义的阈值的像素分为两个部分，从而实现图像的分割。

但此方法在面对医学影像中复杂结构的图像时，分割效果很可能出现错误。

2. 基于边缘检测的图像分割技术基于边缘检测的图像分割技术是利用边缘信息对图像进行分割的方法，主要分两步进行。

首先，对图像进行边缘检测，提取边缘信息。

然后，利用这些边缘信息将图像分割为不同的部分。

但这种方法对图像中噪声的敏感度很高，同时对于一些形状较为复杂的结构分割效果也较差。

3. 基于区域生长的图像分割技术基于区域生长的图像分割技术是一种运用种子点的方法将图像分为不同的区域。

基本原理是从种子点开始，对相邻像素点的灰度值进行比较，将符合条件的像素点归为同一区域，直到所有符合条件的像素点都被归为同一区域。

该方法能够有效处理复杂的图像结构，并且对噪声的抗干扰能力较强。

4. 基于图论的图像分割技术基于图论的图像分割技术将像素看作图中的节点，在节点之间建立连接关系。

在分割过程中，将节点之间的连线权值看作像素之间的相似性，将图像分为不同的区域。

该方法可以很好的解决医学影像中复杂结构分割问题，但其计算复杂度较大，分割速度比较慢。

三、总结医学影像中的图像分割技术在临床医学中具有重要的应用价值。

但由于医学影像的复杂性，不同的图像分割方法都存在自己的优缺点。

因此，在实际应用过程中，需要结合具体的医学影像特点选择合适的图像分割方法，并进行不断地优化和改进，以达到更好的分割效果。

如何利用图像处理技术实现图像的阈值分割图像阈值分割是一种基本的图像处理技术，它可以将图像分割成不同的区域，以便于进一步的分析和处理。

在本文中，我们将探讨如何利用图像处理技术实现图像的阈值分割。

让我们了解阈值分割的基本概念。

阈值分割是通过将图像的像素按照一定的标准分成两个或多个不同的区域。

这个标准就是阈值，像素值大于阈值的被分到一个区域，像素值小于阈值的被分到另一个区域。

阈值分割可以用来提取图像中的目标区域，去除图像的背景，或者将图像进行二值化处理。

实现图像的阈值分割，通常需要经过以下几个步骤：1. 图像预处理：我们需要对图像进行预处理，以便更好地进行阈值分割。

预处理的方法包括灰度化、去噪和图像增强等。

2. 灰度化：将彩色图像转换为灰度图像。

这是因为在大多数情况下，图像的阈值分割是基于像素的灰度值进行的。

3. 去噪：当图像受到噪声影响时，阈值分割的效果往往不理想。

因此，我们需要对图像进行去噪处理，以减少噪声对阈值分割的影响。

去噪的方法包括中值滤波、高斯滤波和均值滤波等。

4. 图像增强：图像增强的目的是加强图像的对比度和边缘信息，以便更好地进行阈值分割。

图像增强的方法包括直方图均衡化、拉普拉斯增强和梯度增强等。

5. 选择合适的阈值：在图像预处理之后，我们需要选择一个合适的阈值进行分割。

选择阈值的方法有很多种，常见的有固定阈值法、自适应阈值法和Otsu阈值法等。

不同的方法适用于不同的图像。

6. 图像分割：根据选择的阈值，将图像的像素分成不同的区域。

像素值大于阈值的被分到一个区域，像素值小于阈值的被分到另一个区域。

除了上述基本步骤，还有一些进阶的技术可以用于改进阈值分割的效果，如自适应阈值、多阈值分割以及基于概率模型的阈值分割等。

这些方法可以根据图像特点和需求进行选择和调整，以获得更好的分割结果。

综上所述，利用图像处理技术实现图像的阈值分割是一个相对简单但却非常重要的任务。

通过合理的图像预处理、选择适当的阈值细分割算法，我们可以得到准确的图像分割结果，为后续的图像分析和处理提供有力的支持。

医疗影像处理中的图像分割算法使用方法与技巧医疗影像处理是一种应用广泛的技术，为临床诊断和治疗提供了重要支持。

在医疗影像中，图像分割是一个关键的步骤，它能够将影像中的不同区域或结构进行提取，为医生提供更准确的信息。

图像分割算法的使用方法和技巧对于提高分割效果具有重要意义。

本文将介绍医疗影像处理中常见的图像分割算法及其使用方法与技巧。

一、基于阈值的图像分割算法基于阈值的图像分割算法是最简单和最常用的方法。

它通过设定一个或多个阈值来将图像分割为不同的区域。

在医疗影像处理中，通过选择适当的阈值，我们可以将感兴趣的区域从背景中分离出来，例如分割出肿瘤或器官。

在使用基于阈值的算法进行图像分割时，以下几点技巧是需要注意的：1. 预处理：在进行图像分割之前，通常需要对图像进行一些预处理操作，例如去噪、增强对比度等。

这样可以提高分割的结果质量。

2. 自适应阈值：在某些情况下，图像中的亮度和对比度可能会发生变化。

为了应对这种情况，可以使用自适应阈值的算法，根据图像不同区域的统计信息来选择合适的阈值。

3. 多阈值分割：有时候，一个阈值无法对图像进行有效分割。

这时可以尝试使用多阈值分割算法，根据不同的阈值对图像进行多次分割，然后结合结果。

二、基于边缘的图像分割算法基于边缘的图像分割算法是利用图像中的边缘信息来分割图像的一种常见方法。

边缘是图像中灰度值变化较大的地方，通过检测图像中的边缘，可以将物体与背景分离出来。

以下是使用基于边缘的图像分割算法时的几个技巧：1. 边缘检测：为了得到图像的边缘信息，需要使用边缘检测算法，例如Canny算法、Sobel算法等。

在使用这些算法时，需要调整参数，以得到最佳的边缘检测结果。

2. 边缘连接：边缘检测算法有时会产生不连续的边缘线段。

为了得到完整的边缘，需要对边缘进行连接操作，将不连续的线段连接起来。

3. 边缘融合：在某些情况下，图像中的边缘可能会有重叠或交叉的情况。

为了解决这个问题，可以使用边缘融合算法，将重叠的边缘进行合并，提高分割的准确性。

图像分割算法的原理与效果评估方法图像分割是图像处理中非常重要的一个领域，它指的是将一幅图像分割成多个不同的区域或对象。

图像分割在计算机视觉、目标识别、医学图像处理等领域都有广泛的应用。

本文将介绍图像分割算法的原理以及评估方法。

一、图像分割算法原理图像分割算法可以分为基于阈值、基于边缘、基于区域和基于图论等方法。

以下为其中几种常用的图像分割算法原理：1. 基于阈值的图像分割算法基于阈值的图像分割算法是一种简单而高效的分割方法。

它将图像的像素值进行阈值化处理，将像素值低于阈值的部分归为一个区域，高于阈值的部分归为另一个区域。

该算法的优势在于计算速度快，但对于复杂的图像分割任务效果可能不理想。

2. 基于边缘的图像分割算法基于边缘的图像分割算法通过检测图像中的边缘来实现分割。

常用的边缘检测算法包括Sobel算子、Canny算子等。

该算法对边缘进行检测并连接，然后根据连接后的边缘进行分割。

优点是对于边缘信息敏感，适用于复杂场景的分割任务。

3. 基于区域的图像分割算法基于区域的图像分割算法将图像分割成多个区域，使得每个区域内的像素具有相似的属性。

常用的方法包括区域生长、分裂合并等。

该算法将相邻的像素进行聚类，根据像素之间的相似度和差异度进行分割。

优点是在复杂背景下有较好的分割效果。

4. 基于图论的图像分割算法基于图论的图像分割算法将图像看作是一个图结构，通过图的最小割分割图像。

常用的方法包括图割算法和分割树算法等。

该算法通过将图像的像素连接成边，将图像分割成多个不相交的区域。

该算法在保持区域内部一致性和区域间差异度的同时能够有效地分割图像。

二、图像分割算法的效果评估方法在进行图像分割算法比较和评估时，需要采用合适的评估指标。

以下为常用的图像分割算法的效果评估方法：1. 兰德指数（Rand Index）兰德指数是一种常用的用于评估图像分割算法效果的指标。

它通过比较分割结果和真实分割结果之间的一致性来评估算法的性能。

第41卷第6期2023年12月沈阳师范大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g N o r m a lU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n)V o l.41N o.6D e c.2023文章编号:16735862(2023)06052604基于阈值的图像分割算法研究综述:原理㊁分类及典型算法杨林蛟(沈阳师范大学化学化工学院,沈阳110034)摘要:随着计算机技术的飞速发展,图像处理技术在各个领域都得到了广泛应用,如产品质量检测㊁医学图像处理㊁军事目标的定位与跟踪等㊂作为图像处理技术和计算机视觉技术的研究基础,图像分割技术目前已出现了大量不同类型的算法,并在各个领域的应用中发挥着重要的作用㊂其中,基于阈值的图像分割算法因具有简单有效㊁计算量小㊁性能稳定等优点而受到了人们的普遍青睐㊂首先,对图像分割技术按照不同的划分方式进行了简单的分类;其次,对阈值分割算法的基本原理㊁分类及最典型的O t s u算法的基本思想进行了详尽的介绍;最后,对阈值分割算法目前存在的问题进行了阐述,并对算法未来的发展趋势进行了展望㊂研究工作可为图像处理技术的进一步发展提供理论借鉴㊂关键词:图像处理;阈值分割;阈值选取;算法中图分类号:T P391文献标志码:Ad o i:10.3969/j.i s s n.16735862.2023.06.007A r e v i e w o ft h r e s h o l d-b a s e di m a g es e g m e n t a t i o n a l g o r i t h m s:P r i n c i p l e s,c l a s s i f i c a t i o na n d t y p i c a l a l g o r i t h m sY A N GL i n j i a o(C o l l e g e o fC h e m i s t r y a n dC h e m i c a l E n g i n e e r i n g,S h e n y a n g N o r m a lU n i v e r s i t y,S h e n y a n g110034,C h i n a)A b s t r a c t:W i t h t h e r a p i dd e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r t e c h n o l o g y,i m a g e p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y h a sb e e n w i d e l y u s e di nv a r i o u s f i e l d s,s uc ha s p r od u c t q u a l i t y de t e c t i o n,m e d i c a l i m a g e p r o c e s s i n g,m i l i t a r y t a r g e t p o s i t i o n i n g a n d t r a c k i n g.A s t h e b a s i s o f i m a g e p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y a n d c o m p u t e rv i s i o nt e c h n o l o g y,al a r g e n u m b e r o f d i f f e r e n tt y p e s o fa l g o r i t h m s h a s e m e r g e d,a n d t h e s ea l g o r i t h m s p l a y a ni m p o r t a n t r o l e i nv a r i o u s f i e l d so fa p p l i c a t i o n.A m o n g t h e m,t h r e s h o l db a s e di m a g e s e g m e n t a t i o na l g o r i t h m h a sb e e n w e l c o m e db e c a u s eo f i t sa d v a n t a g e so fs i m p l e,e f f e c t i v e,l i t t l e c o m p u t a t i o na n ds t a b l e p e r f o r m a n c e.F i r s t l y,t h e i m a g es e g m e n t a t i o nt e c h n o l o g y i ss i m p l yc l a s s i f i e da c c o rd i n g t o t he d if f e r e n t p a r t i t i o n i ng w a y s.S e c o n d l y,th eb a si c p r i n c i p l e,c l a s s i f i c a t i o n,a n d t h eb a s i ci d e ao ft h e m o s tt y p ic a lO t s ua l g o r i t h m o ft h r e s h o l ds e g m e n t a t i o na l g o r i t h m a r ei n t r o d u c e di n d e t a i l.A tl a s t,t h ee x i s t i n g p r o b l e m s o ft h r e s h o l d s e g m e n t a t i o n a l g o r i t h m a r ed e s c r i b e d,a n dt h ef u t u r ed e v e l o p m e n tt r e n d o ft h i sa l g o r i t h m a r ef o r e c a s t e d.T h i s w o r kc a np r o v i d e t h e o r e t i c a l r e f e r e n c e f o r t h e f u r t h e r d e v e l o p m e n t o f i m a g e p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y.K e y w o r d s:i m a g e p r o c e s s i n g;t h r e s h o l d s e g m e n t a t i o n;t h r e s h o l d s e l e c t i o n;a l g o r i t h m 图像处理技术一般是指利用计算机对图像进行分析,以达到所需结果的技术,又可称为影像处理㊂收稿日期:20230929基金项目:辽宁省教育厅科学研究经费项目(L J C202004,L J C202005)㊂作者简介:杨林蛟(1976 ),男,青海西宁人,沈阳师范大学高级实验师,硕士㊂图像处理技术主要包括图像的数字化㊁图像的增强和复原㊁图像的分割和识别㊁图像的数据编码等㊂其中,图像分割在计算机视觉中起着至关重要的作用,是图像处理技术的基础㊂图像分割的目的是使图像得到简化或改变图像的表示形式,图像经过分割后会形成一些特定的㊁具有独特性质的区域,这里的独特性质一般指像素的灰度㊁颜色和纹理等㊂其过程就好比把图像中的每一个像素打上一个特定的标签,使得具有相同标签的像素具有相同的视觉特性,从而用来定位图像的物体和边界㊂图像分割技术一直是计算机视觉研究的热点之一,历经数十年的发展,大量的分割算法被人们相继提出并得到广泛应用[1]㊂其中,基于阈值的图像分割算法因具有实时㊁有效㊁自动㊁应用广泛等优点而受到人们的广泛关注㊂本文首先对现有的图像分割技术进行了简单的划分,接着对基于阈值的分割算法的原理㊁分类及最典型的O t s u 算法进行了系统的介绍,以期为图像处理技术的进一步发展提供理论借鉴㊂1 图像分割技术的分类目前,人们对图像分割技术进行了大量的研究,并取得了卓有成效的研究成果,开发出了很多算法㊂如图1所示,如果按照图像类型划分,图像分割技术可分为灰度图像分割和彩色图像分割,灰度图像分图1 图像分割技术的7种不同划分方式F i g .1 S e v e nd i f f e r e n tw a y s o f i m a g es e g m e n t a t i o n t e c h n o l o g y割主要用于处理非自然图像,彩色图像分割则主要用于处理自然图像;按照是否存在用户交互,可将图像分割技术分为监督式分割和非监督式分割,监督式分割主要用于对图像和视频进行编辑,非监督式分割则主要用于处理图像背景较为单一的文本图像㊁工业图像等;按照表示方式的不同,图像分割技术又可分为基于像素级的分割和超像素级的分割,目前大多数的分割算法属于基于像素级的分割技术,其通常具有较高的处理精度;按照图像的另一种表示方式,图像分割技术则分为单一尺度的分割和多尺度分割,单一尺度的分割是在原始尺度空间上构建相关的分割模型,而多尺度分割则可充分挖掘图像的基本信息;从属性来划分,图像分割技术可分为单一属性的分割和多属性分割,前者只对灰度㊁颜色㊁纹理等特征中的一种属性进行分割,后者则能综合运用图像的多种属性;从操作空间来划分,图像分割技术可分为利用图像特征信息的分割和利用空间位置信息的分割,其中前者主要包括阈值分割算法和聚类算法等,后者主要包括水平集分割算法㊁活动轮廓算法等;从驱动方式划分,图像分割技术可分为基于边缘的分割和基于区域的分割㊂2 阈值分割算法阈值分割算法主要利用图像的特征信息对图像进行分割,目前已有上百种算法被陆续提出㊂其主要思想是不同的目标具有不同的诸如颜色㊁灰度㊁轮廓等特征,根据特征间的细小差别,通过选取特定的阈值将目标物与背景划分开来,进而实现快速的图像分割㊂2.1 阈值分割算法的基本原理阈值法的基本原理是先确定一个阈值[2],然后将所有像素按照其特征值与阈值的大小关系划分为2个类别㊂当特征值大于阈值时,该像素被归为目标类;反之,被归为背景类㊂通过选择合适的阈值,可以实现对图像目标与背景的有效分离㊂设原始图像为f (x ,y ),在f (x ,y )中找出特征值T ,将原始图像分割为2个部分,得到分割后的图像为g (x ,y )=b 0,f (x ,y )<t b 1,f (x ,y )ȡ{t725 第6期 杨林蛟:基于阈值的图像分割算法研究综述:原理㊁分类及典型算法若取b 0=0(黑),b 1=1(白),即为图像的二值化㊂2.2 阈值分割算法的分类根据利用信息种类的不同,可将阈值分割算法分为以下几类:1)基于直方图形状的方法㊂该类方法主要根据直方图的形状属性来划分像素,其又可分为 凸壳 法㊁ 峰谷 法和形状建模法3类㊂1997年,C a r l o t t o [3]对图像的概率密度进行了多尺度分析,并以此估计最佳阈值;1998年,C a i 和L i u [4]利用P r o n y 谱分析法得到了图像多重指数信号能量谱的近似值;之后,G u o 和P a n d i t [5]提出了一个全极模型㊂2)基于熵的方法㊂该类方法利用灰度分布的熵信息来划分像素㊂J o h a n n s e n 和B i l l e [6]最早对熵算法进行了研究㊂之后,很多学者对这一算法进行了改进,如P a l [7]在交叉熵的基础上建立了一种对前景和背景后验概率密度的模型;S u n [8]依靠 模糊事件熵 的最大化,采用了Z a d e h 的S 隶属度函数㊂3)基于聚类的阈值分割方法㊂该类方法又可分为迭代法㊁聚类法㊁最小误差法和模糊聚类4类,其主要通过对灰度数据进行聚类分析来获取阈值㊂其中,聚类法是通过将前景和背景的加权方差最小化来获得最佳阈值,是阈值分割算法中较为经典的算法之一㊂L i u 和L i [9]将聚类法扩展到了二维,景晓军等[10]将聚类法扩展到了三维㊂4)基于对象属性的方法㊂该类方法通过度量原始图像与二值图像间的诸如灰度片段㊁形状紧密性㊁纹理等的属性特性来选取阈值㊂基于对象属性的方法可分为片段保存法㊁边缘匹配法㊁模糊相似法㊁拓扑固定态法㊁最大信息法和模糊紧密性增强法6类㊂5)基于空间的方法㊂该类方法又可分为同现方法㊁高次熵法㊁基于随机集合的方法和二维模糊划分法4类,其选取阈值的方式是度量灰度分布和邻域内像素的相关性㊂C h a n g 等[11]在确保源图像与二值图像的同现概率以最低程度发散的条件下建立了阈值;B r i n k [12]认为空间熵可由二元熵在所有可能间隔的总和来计算㊂6)局部自适应方法㊂局部自适应方法可以克服其他阈值算法的许多缺陷,受到了人们的普遍关注,其主要的2种形式分别为邻域法和分块法㊂邻域法一般会受到邻域范围的制约,因而对文字等狭长目标比较敏感,但对平坦的大块前景或背景容易造成误分;分块法的适用范围会更广,但分块之间结果的不连续是该方法的缺陷之一㊂2.3 典型阈值分割算法介绍O t s u 阈值分割算法,也可称为最大类间方差算法,是最常用的一类阈值分割算法,也是阈值分割领域各类文献中被引用数量最多的算法之一㊂该算法选取使得类间方差最大的灰度值作为划分背景和前景的最佳阈值,其基本思想如下:在一幅灰度图像中,假设其灰度级为L ,用n i 表示灰度级为i 的像素个数,N 表示总像素的个数,则N =n 0+n 1+ +n L -1㊂用p i 表示灰度图像中灰度值i 的像素点出现的概率,则有p i =n i N ㊂设有阈值t 将图像分为前景和背景2个部分,分别用C 0={0,1, ,t }和C 1={t +1,t +2, ,L -1}表示㊂设ω0为C 0出现的概率,ω1为C 1出现的概率,则有ω0=ðt i =0p i ,ω1=ðL -1i =t +1p i ,且ω0+ω1=1㊂则C 0和C 1的平均灰度μ0和μ1为μ0=ðt i =0i ㊃p i ω0=μ(t )ω0,μ1=ðL -1i =t +1i ㊃p i ω1=μ-μ(t )1-ω0用σ2B 表示类间方差,其表达式为σ2B =ω0(μ0-μ)2+ω1(μ1-m )2=ω0㊃ω1(μ0-μ1)2最佳分割阈值t *即为使得类间方差σ2B 最大的阈值t :t *=a r g m a x t ɪ{0,1, L -1}σ2B 上述O t s u 算法又称一维O t s u 算法,它在不对概率密度函数做出假设的情况下,以均值和方差的概率密度为基础对图像的分割状态进行描述,可以在很大程度上提高算法的运算速度㊂后来,人们又发展了二维O t s u 阈值分割方法,它是在原来一维算法灰度值的基础上加入了像素邻域平均灰度作为第825沈阳师范大学学报(自然科学版) 第41卷二维,因而提高了一维算法的抗噪声能力㊂O t s u 阈值分割算法的分割效果如图2所示㊂(a )原始图像(b )O t u s 法阈值选择图2 O t s u 阈值分割算法的分割效果F i g .2 S e g m e n t a t i o ne f f e c t o f O t s u t h r e s h o l d s e g m e n t a t i o na l g o r i t h m 2.4 阈值分割算法目前存在的问题虽然阈值分割算法在国内外研究者们数十年的努力下已经取得了长足的进步,但目前仍然存在着如不均匀光照㊁噪声干扰㊁文本图像 劣化 等问题亟待解决㊂其中,不均匀光照会使直方图中的目标波峰与背景波峰混杂在一起,从而降低直方图阈值法的效果;噪声对图像处理的整个过程都有影响,去噪已成为图像分割领域的一个研究重点;长时间保存的纸质文档会出现背面字迹浸透㊁字迹污染等现象,从而造成分割时产生大量的误分㊂3 结论与展望图像分割是计算机视觉的基础技术,分割效果将直接影响如目标定位㊁目标识别㊁目标跟踪㊁场景分析等的后续处理㊂在众多的图像分割算法中,阈值分割算法一直以其实时㊁高效等特点受到人们的普遍关注㊂但从目前来看,阈值分割算法仍面临着许多难以解决的困难,可行的解决方法是从更高的图像语义出发,对图像内容进行抽象分析,然后指导低层次的图像分割,重复这样的操作若干次,可以逐步提高分割的精度㊂目前,对该种分割方式的研究仍处于探索阶段㊂参考文献:[1]S E Z G I N M ,S A N K U RB .S u r v e y o v e r i m a g e t h r e s h o l d i n g t e c h n i qu e s a n d q u a n t i t a t i v e p e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n [J ].J E l e c t r o n I m a g i n g ,2004,13(1):146168.[2]阴国富.基于阈值法的图像分割技术[J ].现代电子技术,2007(23):107108.[3]C A R L O T T O M J .H i s t o g r a m a n a l y s i su s i n g as c a l e -s p a c ea p p r o a c h [J ].I E E E T r a n sP a t t e r n A n a l M a c hI n t e l l ,1997,9(1):121129.[4]C A I J ,L I UZQ.An e wt h r e s h o l d i n g a l g o r i t h m b a s e do na l l -p o l em o d e l [C ]ʊP r o c e e d i n g so f t h e14t hI n t e r n a t i o n a l C o n f e r 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