基于Matlab的根系断层图像分割处理算法
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MATLAB技术图像分块处理图像处理是计算机视觉和计算机图形学领域的重要分支之一。
在实际应用中,处理大型图像的挑战成为了一项关键任务。
为了解决这个问题,图像分块处理成为了一种常见的解决方案。
本文将探讨MATLAB技术在图像分块处理中的应用,并介绍其原理和方法。
图像分块处理是指将大型图像划分为若干个较小的图像块,并对这些小图像块进行独立处理。
这种处理方式可以显著减少处理时间和计算资源的消耗,并能够更好地适应不同处理需求。
MATLAB作为一种常用的科学计算工具,在图像处理领域有着广泛的应用。
下面将介绍MATLAB技术在图像分块处理中的具体应用。
首先,MATLAB提供了一系列用于图像分块的函数和工具箱。
其中最重要的是im2col函数,它可以将图像转换为一个由列向量组成的矩阵。
通过指定分块的大小,我们可以将图像划分为若干个小图像块,并通过对这些小图像块进行处理来实现图像的分块处理。
除此之外,MATLAB还提供了一些其他有用的函数,如col2im函数用于将分块的结果还原成原始图像。
其次,MATLAB支持多种图像分块处理方法。
其中最常见的方法是基于滑动窗口的分块处理。
这种方法基于一个滑动窗口,通过将窗口以固定步长在图像上滑动,对每个小图像块进行处理。
例如,我们可以通过计算每个小图像块的均值或方差来实现图像的平滑处理。
此外,MATLAB还支持其他一些更复杂的分块处理方法,如基于小波变换和离散余弦变换的分块处理。
另外,MATLAB还提供了一些用于图像处理的工具箱。
这些工具箱可以帮助我们更方便地进行图像分块处理。
例如,Image Processing Toolbox包含了一些常用的图像处理函数和算法,可以大大简化我们的工作。
除此之外,Computer Vision Toolbox还提供了一些高级的图像处理和计算机视觉算法,如物体识别和目标跟踪等,可以进一步提升图像分块处理的效果和性能。
最后,MATLAB技术在图像分块处理中的应用有着广泛的领域。
matlab 分割算法-回复Matlab 分割算法Matlab 是一种强大的数值计算和科学与工程数据分析的编程环境。
在这个环境中,有许多用于图像处理和计算机视觉的函数和工具箱。
分割算法是其中一个关键方面,它可以在图像中识别和提取出感兴趣的部分。
分割算法的基本目标是将图像分成若干个区域,每个区域内的像素具有相似的特征,例如颜色、纹理或灰度。
这个过程有助于图像理解、对象识别和跟踪,以及更高级的计算机视觉任务。
在Matlab 中,有几种常用的图像分割算法,例如阈值法、区域生长法和基于边缘的算法。
下面将一步一步详细介绍这些算法的原理和实现步骤。
1. 阈值法:阈值法是最简单的图像分割方法之一。
它基于像素灰度值的阈值来将图像分为两个区域:一个是小于或等于阈值的区域,另一个是大于阈值的区域。
在Matlab 中,这个算法可以使用`imbinarize` 函数来实现。
首先需要选择合适的阈值,可以通过Otsu 自适应阈值法或试验法来确定。
2. 区域生长法:区域生长法是基于像素相似性的图像分割方法。
它从一个或多个种子像素开始,通过选择相邻像素并比较其与当前区域的相似度来逐步扩展区域。
这个算法在Matlab 中可以使用`regiongrowing` 函数来实现。
首先需要选择适当的种子点,并设定相似度的判别条件。
3. 基于边缘的算法:基于边缘的算法是利用图像中物体边缘的特征进行分割的方法。
常见的基于边缘的算法包括Canny 边缘检测算法和边缘检测器。
在Matlab 中,可以使用`edge` 函数来检测边缘,然后使用`imfill` 函数填充边缘内的区域,从而实现分割。
除了这些基本的算法,Matlab 中还有其他更高级的图像分割算法可供选择,如基于图的分割、基于聚类的分割和基于深度学习的分割。
其中,基于深度学习的分割算法如U-Net 和Mask R-CNN 在近年来非常受关注。
总结起来,Matlab 提供了丰富的图像分割算法和工具,可以根据具体需求选择合适的方法。
一种SEM图像高效的图像分割技术摘要:在经过了大量的实验探索和努力后,建立了通过自动检查基准比较法来取代以往依靠人类眼睛检查的SEM图像。
这种检查方法有两种类型:直接比较法和间接比较法。
在实际中,间接比较方法使用更广泛,这种方法需要分段步骤即分裂原图像分割成两个区域:前景区域和背景区域。
尤其是SEM图像分割是不容易的,因为高噪音水平,图像偏移,变化和多样性图案。
在以往的工作中,山脊探测器已被广泛用来检测和克服具有这些特征的SEM 图像。
在本文中,我们提出了一个有效的分割方法上发展起来的分水岭分割算法,全局-局部阈值法,高斯滤波器的拉普拉斯算子和非最大值抑制。
在对各种SEM图像分割中的应用,所提出的方法对于1D图像和2D图像分别显现了94%和98%的准确性。
1引言:在以前是通过人的眼睛,用于扫描电子显微镜(SEM)图像半导体硅晶片的检查,人眼检测然而是具有一定的局限性,而且并不是对测试的所有图像都是可靠的,所以经过许多努力,最终发现了自动检测以取代人眼检查[1,4,5,8,9]。
对于自动检查中两种类型的比较方法——直接和间接方法,相继出台。
直接比较方法进行比较的基准图像和检验图像,这种方法直接计算基准图像和检验图像之间的差别。
直接比较方法通常能够较快速和容易找两者之间的差别。
但是,它由于各种偏移值得不同所以很难找到合适的阈值。
更广泛使用的间接比较的方法,不对两个原图像进行直接的参考和检验的比较。
相反,它是比较两个预处理后的分割图像。
本文提出的分割方法扫描电子显微镜(SEM)图像划分为两个区域,前景和背景。
前景部分是导体,而背景部分是绝缘体。
SEM图像从半导体硅的晶圆上得到的。
为了有效的将SEM图像分割成两个区域,由于SEM图像不同于通常的光学图像,他的的某些性能应予以考虑。
首先,它看起来像一个边缘图像。
由于SEM使用电子扫描,其结果是依赖于目标的的结构。
反射的电子的量与结构的变化的量成比例的。
在结构上的边缘,因此,灰度值远高于一个平面区域。
使用Matlab进行图像分割的方法研究引言:图像分割技术在计算机视觉领域具有重要的应用价值。
它可以将一幅图像划分成若干个区域,将相似的像素点归为一组,从而提取出感兴趣的目标。
Matlab作为广泛使用的科学计算软件,提供了丰富的图像处理工具包,为图像分割领域的研究提供了许多便利。
本文将通过对Matlab中常用的图像分割方法的研究,探讨如何使用Matlab进行图像分割。
一、基于阈值的图像分割方法1.1 简单阈值法简单阈值法是一种最常用的图像分割方法之一。
它基于图像灰度值的差异,将像素点分成两类:黑色和白色。
具体实现上,我们需先选择合适的阈值,然后将图像中灰度值小于阈值的像素点设为黑色,灰度值大于等于阈值的像素点设为白色。
Matlab提供了丰富的图像处理函数,可以通过一行简洁的代码实现简单阈值法。
1.2 自适应阈值法简单阈值法在图像灰度均匀性较好的情况下效果较好,但在图像灰度不均匀的情况下会出现分割效果不佳的情况。
而自适应阈值法则可以根据图像的局部灰度特性进行分割,从而提高图像分割的准确性。
Matlab中提供了一系列的自适应阈值法函数,比如局部均值法、局部中值法等,可以根据具体的需求选择合适的方法进行图像分割。
二、基于边缘的图像分割方法2.1 Roberts算子Roberts算子是一种经典的图像边缘检测算法,它通过对图像进行微分运算,提取出图像边缘的特征。
在Matlab中,我们可以使用函数"edge"结合Roberts算子进行图像分割,并得到图像的边缘信息。
通过对提取得到的边缘信息进行二值化处理,即可将图像分成物体和背景两部分。
2.2 Canny算子Canny算子是一种常用的边缘检测算法,它通过利用图像中像素点的梯度变化信息来提取出图像的边缘。
在Matlab中,我们可以使用函数"edge"结合Canny算子进行图像分割。
Canny算子具有较好的抗干扰性和边缘连接性,因此在图像分割中使用广泛。
Matlab中的图像分割和目标检测技巧引言Matlab是一种强大的数学建模与编程软件,被广泛应用于图像处理和计算机视觉领域。
本文将探讨在Matlab中实现图像分割和目标检测的技巧,介绍一些常用的算法和方法,并展示其在实际应用中的效果和优势。
一、图像分割技巧图像分割是指将图像分为多个不同的区域或对象的过程。
在Matlab中,可以使用多种方法实现图像分割,其中包括阈值分割、边缘检测和区域生长等技术。
1. 阈值分割阈值分割是最简单和常用的图像分割技术之一。
通过将图像的灰度值与一个或多个阈值进行比较,将像素归类为不同的区域。
Matlab提供了丰富的函数来实现阈值分割,如im2bw和graythresh等。
通过灵活的参数设置,可以实现不同类型的分割效果。
2. 边缘检测边缘检测是图像分割中的重要步骤,用于在图像中找到边界或轮廓。
Matlab提供了多种边缘检测算法,如Sobel、Canny和Laplacian等。
这些算法基于图像的灰度变化来检测边缘,并生成二值图像或边缘图像。
3. 区域生长区域生长是一种基于相似性的图像分割技术,其通过将相邻像素生长为一个区域来实现分割。
在Matlab中,可以使用regiongrowing函数来实现区域生长。
该函数通过设置种子点和相似度阈值,自动将相邻像素合并为一个区域,从而实现图像的分割。
二、目标检测技巧目标检测是图像处理和计算机视觉领域的核心任务之一,其目标是在图像中自动识别和定位感兴趣的目标。
在Matlab中,可以应用各种算法和技术来实现目标检测,包括特征提取、模板匹配和机器学习等方法。
1. 特征提取特征提取是目标检测的重要步骤,用于从图像中提取具有代表性的特征。
在Matlab中,可以使用各种特征提取算法,如HOG、SIFT和SURF等。
这些算法通过计算图像的局部特征或全局特征,将图像转换为特征向量,从而实现目标的判定和分类。
2. 模板匹配模板匹配是一种简单而有效的目标检测技术,它通过在图像中滑动一个模板来寻找可能与目标匹配的位置。
如何使用Matlab进行图像分割和目标检测如何利用MATLAB进行图像分割和目标检测图像分割和目标检测是计算机视觉中重要的技术领域,它们可以帮助我们从图像中识别、提取和分析感兴趣的目标。
MATLAB作为一款功能强大的科学计算软件,提供了一系列的图像处理和计算机视觉工具箱,可以帮助我们进行图像分割和目标检测任务。
本文将介绍如何使用MATLAB进行图像分割和目标检测,并提供一些实用的技巧和方法。
一、图像分割图像分割是将图像划分成若干个具有独立语义的区域的过程,这些区域可以是物体、纹理或者其他感兴趣的特征。
MATLAB提供了多种图像分割算法和函数,可以帮助我们实现不同领域的图像分割任务。
1. 基于阈值的分割:MATLAB中的graythresh函数可以自适应地计算图像的二值化阈值,可以根据图像的直方图特征进行阈值的选择。
使用imbinarize函数可以基于指定的阈值对图像进行二值化处理。
2. 基于边缘检测的分割:MATLAB提供了多种边缘检测算法,如Canny算子、Sobel算子等。
可以使用这些算法检测图像中的边缘,并根据边缘特征进行分割。
使用edge函数可以方便地实现边缘检测。
3. 基于区域生长的分割:区域生长是一种基于像素相似性的图像分割方法,它将具有相似特征的像素进行分组。
MATLAB中的regiongrowing函数可以根据指定的种子点和相似性准则对图像进行区域生长。
4. 基于聚类的分割:聚类是一种将相似的数据点分组的方法,可以通过对图像进行聚类将具有相似特征的像素进行分割。
MATLAB中的kmeans函数可以帮助我们实现图像的聚类和分割。
二、目标检测目标检测是识别和定位图像中感兴趣的目标的过程,MATLAB提供了多个工具箱和函数,可以辅助实现目标检测任务。
1. Haar特征分类器:Haar特征是一种基于图像的局部特征,可以用于目标检测和分类。
MATLAB中的vision.CascadeObjectDetector函数可以基于Haar特征分类器进行目标检测,可以通过训练自定义的Haar分类器来适应不同的检测任务。
如何使用MATLAB进行图像分割与识别图像分割与图像识别是计算机视觉领域中的重要研究方向,其中MATLAB作为一种常用的编程工具,在图像处理和机器学习方面有着广泛的应用。
本文将介绍如何使用MATLAB进行图像分割与识别,并分析其中的关键技术和算法。
一、图像分割图像分割是将一副图像分割成多个具有独立语义的区域的过程。
图像分割可以帮助我们理解图像中的目标和背景,并为图像后续处理提供基础。
在MATLAB中,有许多图像分割算法可供选择,其中比较常用的是基于聚类的方法和基于边缘检测的方法。
聚类方法是将像素点根据它们在颜色、纹理或其他特征空间中的相似度进行分组。
在MATLAB中,可以使用k-means聚类算法进行图像分割。
通过设置合适的聚类中心数量,可以将图像分成不同的区域。
边缘检测方法是通过检测图像中的边缘来进行分割。
MATLAB提供了多种边缘检测算法,如Sobel算子和Canny算子。
这些算法可以帮助我们找到图像中的边缘,并将图像分割成不同的区域。
二、图像识别图像识别是通过计算机算法对图像中的目标进行自动识别和分类的过程。
MATLAB中有多种图像识别算法可供选择,其中比较常用的是基于特征提取和机器学习的方法。
特征提取是图像识别的关键步骤之一。
在MATLAB中,可以使用SIFT、SURF和HOG等算法提取图像的特征。
通过提取图像的关键点和描述子,可以将图像转换成一组可用于识别的特征向量。
机器学习是图像识别的核心技术之一。
在MATLAB中,可以使用支持向量机(SVM)、卷积神经网络(CNN)和深度学习等算法进行图像识别。
这些算法可以对提取的特征进行训练和分类,并实现目标的自动识别和分类。
三、MATLAB图像处理工具箱MATLAB提供了丰富的图像处理工具箱,包含了大量处理图像的函数和工具。
使用MATLAB图像处理工具箱,可以很方便地进行图像处理和分析。
例如,可以使用MATLAB图像处理工具箱中的imread函数读取图像,并使用imresize函数修改图像的尺寸。
Matlab中的图像分析与图像分割技术概述Matlab是一种常用的编程语言和开发环境,在图像处理和分析领域具有广泛的应用。
图像分析是一门研究如何对图像进行理解和解释的学科,而图像分割则是图像处理中的一项重要技术。
本文将介绍Matlab中的图像分析与图像分割技术,并分析其在不同领域中的应用。
1. 图像处理基础在讨论图像分析和分割之前,有必要先了解一些图像处理的基础知识。
Matlab提供了丰富的图像处理工具箱,可以用于图像读取、显示、处理和分析等操作。
图像由像素组成,每个像素包含了图像中某一点的亮度或颜色信息。
图像处理的基本任务包括平滑滤波、锐化、边缘检测和噪声去除等。
2. 图像分析图像分析是指从给定的图像中提取特定的信息或进行某种分类、标记或识别的过程。
在Matlab中,图像分析可以通过使用图像处理工具箱中的函数来实现。
例如,可以使用图像分析函数来测量图像中不同物体的形状、大小和颜色等特征。
此外,还可以通过图像分析来检测图像中的边缘、角点和纹理等特征。
3. 图像分割图像分割是指将图像划分为不同的区域或对象的过程。
图像分割可以用于目标检测、图像增强和图像压缩等应用。
在Matlab中,有多种图像分割算法可供选择,包括阈值分割、区域生长、边缘检测和基于能量最小化的分割方法等。
这些方法可以根据图像的特点和需求来选择和应用。
4. 图像分割应用图像分割技术在许多领域中都有广泛的应用。
下面将介绍一些常见的应用领域。
4.1 医学图像分割在医学领域中,图像分割被广泛用于CT扫描、MRI和X射线图像等的分析和处理。
通过将医学图像分割为不同的组织或器官,可以帮助医生诊断疾病和指导手术。
Matlab提供了一些专门用于医学图像分割的工具箱,如Image Processing Toolbox和Medical Image Processing Toolbox等。
4.2 视频分析图像分割技术也可以应用于视频分析。
通过对视频序列中的每一帧进行分割,可以实现目标跟踪、运动检测和场景分析等任务。
MATLAB中的图像分割与目标检测技术指南引言图像分割是计算机视觉领域中非常重要的一项技术,它能够将一幅图像划分成多个区域,每个区域具有相似的像素特征。
而目标检测则是利用图像分割的结果,确定图像中是否存在特定的目标物体。
本文将介绍MATLAB中的图像分割与目标检测技术,包括基础概念、常用算法和实现方法。
一、图像分割的基础概念图像分割的目标是将图像中的每个像素划分成若干互不重叠的区域。
这些区域可能是图像中的目标物体或者具有相似特征的背景。
图像分割可以根据不同的准则进行,比如颜色、纹理、形状等。
常用的图像分割方法包括阈值分割、区域生长、边缘检测等。
二、MATLAB中的图像分割算法1. 基于阈值分割的图像分割阈值分割是一种简单有效的分割方法,它根据像素的灰度值将图像进行二值化。
在MATLAB中,可以使用imbinarize函数进行图像的二值化处理。
此外,MATLAB还提供了基于全局阈值、局部阈值和自适应阈值等不同方法进行阈值分割。
2. 基于区域生长的图像分割区域生长是一种将相邻像素进行合并的分割方法,它利用像素之间的相似度来确定是否属于同一区域。
在MATLAB中,可以使用regiongrowing函数实现基于区域生长的图像分割。
该函数通过设定种子点和生长准则来生成不同区域的分割图像。
3. 基于边缘检测的图像分割边缘检测是图像处理中常用的一种方法,它可以通过检测图像中的边缘信息来实现图像的分割。
在MATLAB中,可以使用edge函数进行基于边缘检测的图像分割。
该函数提供了多种不同的边缘检测算法,如Sobel算子、Canny算子等。
三、目标检测的基本原理目标检测是在图像分割的基础上,进一步确定图像中是否存在特定的目标物体。
目标检测的主要目标是将图像中的目标物体与背景进行有效区分。
常用的目标检测方法包括特征提取与匹配、机器学习等。
四、MATLAB中的目标检测算法1. 基于特征提取与匹配的目标检测特征提取与匹配是一种常用的目标检测方法,它通过提取图像中的特征信息,并与已知目标物体的特征进行匹配来实现目标检测。
2006年12月农业机械学报第37卷第12期基于Matlab的根系断层图像分割处理算法3周志艳 周学成 罗锡文 李 庆 【摘要】 根据植物根系原位形态可视化研究的需要,利用Matlab提供的图像处理算法,编制了根系断层图像分割处理算法的优选整合程序,用多种不同算法组合对根系CT原位图像进行实例检验,采用最终测量精度法作为评价准则,对分割效果进行分析研究。研究结果表明,在90%的置信水平下,处理模块的不同组合顺序以及每个模块中不同算法的选择对最终分割效果有显著的影响,各因素对分割效果总变异贡献率的大小排序为分割(4611%)、灰度调整(1719%)、分割前滤波(415%)、分割后滤波(216%)、执行序列(015%)。根据所设计的实验例
证,提出了处理流程及算法中的较优组合。关键词:根系 图像分割 算法优选中图分类号:S126;TP391141文献标识码:A
StudyonMatlab-basedSegmentationAlgorithmsforX-rayCTImageofPlantRoot
ZhouZhiyan ZhouXuecheng LuoXiwen LiQing(SouthChinaAgriculturalUniversity)
AbstractAccordingtotheneedofplantrootmorphologyvisualization,anoptimalselectionsystemforsegmentationalgorithmsofplantrootX2rayCTimagebasedonMatlabhasbeendeveloped,andthesegmentationexperimentswithrealimageinstancewereprovidedtoshowtheeffectivenessofthesystem.Theanalysisbasedontheevaluationofalgorithm(UMA——ultimatemeasurementaccuracy)wasdeveloped.Atthe90%confidencelevel,theresultsshowedthattheeffectofeveryfactortothefinalsegmentationqualitywassignificant.Theorderofthefactors’percentcontributionwas:segmentation(4611%),intensityadjustment(1719%),andnoisereductionfilteringbeforesegmentation(415%),noisereductionfilteringaftersegmentation(216%)andtreatmentcombinationsindifferentorder(015%).Thissystemcouldbeusedasanexaminationtofindoutthebesttreatmentalgorithmcombinationunderthegivenexperimentalinstances.Keywords Rootsystems,Imagesegmentation,Optimalalgorithmselection
收稿日期:2005-08-12
3国家自然科学基金资助项目(项目编号:60375005)
周志艳 华南农业大学工程学院 工程师,510642 广州市周学成 华南农业大学工程学院 副教授罗锡文 华南农业大学工程学院 教授 博士生导师 通讯作者李 庆 华南农业大学工程学院 讲师
引言采用生物医学影像技术中的XCT、MRI成像技术获取植物根系的原位断层图像,经过图像分割、三维重建等过程,利用计算机生成三维立体根系,是进行植物根系原位构型可视化研究的有效手段,已受到广泛关注[1]。其中,根系原位断层图像的准确分割是实现可视化三维重建和测量分析的关键环节,直接影响根系三维重建的可靠性和测量分析的准确性。为了寻求适合根系断层图像特点的较优预处理及分割算法,本文利用Matlab图像处理工具箱中提供的多种图像处理算法,编制图像分割处理算法的优选整合程序,并采用最终测量精度法(ultimatemeasurementaccuracy,简称UMA)作为评价准则,对根系XCT图像分割效果进行研究。1 程序设计的基本思想及评价准则111 基本框架根系断层图像的预处理及分割,包括灰度调整、降噪、分割3个环节。其理想化的设计目标是把根系与土壤介质彻底分离,并清除全部噪声点。但在现实中要达到这个目标几乎不可能,切合实际的目标是在尽量不损失根系像素的情况下,把图像中的杂质成份减到最小值。因此,本程序分为4个模块,即:①灰度调整。②滤波降噪。③分割。④结果评价。处理的流程如图1所示。另外,灰度调整、滤波降噪、分割3个模块在程序中的运行顺序对图像的最终分割效果也有一定的影响,故将这3个模块按不同顺序组合,得到4种执行序列:A:①→②→③,B:①→③→②,C:②→①→③,D:①→②→③→②。同时,每个模块中分别设置了多个算法备选。通过对不同组合的分割处理结果进行评价,找出一种较优的组合及其相应的算法。图1 程序处理流程示意图Fig.1 Diagrammaticsketchoftheprogram 112 灰度调整要弱化介质像素对根系分割的影响,必须对其灰度范围进行压缩调整。为了观察灰度调整对分割效果的影响,设置3个选择水平:不进行灰度调整、固定灰度范围调整、直方图均衡化。113 滤波降噪Matlab的图像处理工具箱中提供了多种有关滤波、锐化等消除图像噪声的算法,为了比较不同算法对根系断层图像的处理效果,设置了15个候选算法[2~3]:均值滤波、gaussian算子、自适应滤波、中值滤波、最大值滤波、最小值滤波、基于二值形态学开启和闭合操作的噪声滤除器、小波去噪、laplacian算子、unsharp算子、Log算子、prewitt算子、sobel算子、Butterworth低通滤波器、Butterworth高通滤波器。114 分割图像分割就是对所感兴趣的图像特征进行提取的过程,将图像分割成前景F(感兴趣的图像特征)
和背景B(其他特征)
2个区域。
在理想状态下,根系断层图像分割生成的前景区域F就是根系区域R,即前景区域面积(S
F
)与根
系区域面积的真值(S
R
)相等。但在实际应用中
,
SF=SR几乎是不可能的,通常,SF=SR′+SN(SR′
为
实际应用中分割得到的根系区域面积,SN为误提取或噪声区域面积)。且由于分割处理算法的影响,根系像素的损失在所难免,因此,SR′与SR之间也存在偏差。一个较优的分割处理算法不仅要使SN→0,而且还要使SR′-SR→0。目前,常用的图像分割算法有基于阈值、基于边缘检测、基于形态学的方法等。这些算法都各有优缺点,为比较各种不同分割算法在根系断层图像分割中的效果,从中选取如下算法供比较研究[2~3]:直接
阈值分割(门限值设为246)、最大类间方差自动阈值分割、边缘检测与形态学处理相结合的方法。用于边缘检测的算子有:sobel、prewitt、roberts、Log、zerocross、canny。115 评价准则为了评价图像分割处理结果的优劣情况,文献[4~6]中提供了多种评价方法及准则,其中最终测量精度法(UMA)
是评价性能较好的一种。它通过
对图像分割处理结果中某些目标特征的精确测量来反映图像的分割质量,可以间接用来评判分割处理算法的性能。具有计算简便,能客观定量地评价图像分割处理结果等特点。本文选用杂质含有率(rateofimpurity,简称
ROI)和根系像素损失率(rootpixelloss,简称RPL)两个特征作为评价参数,利用它们的加权和作为综合评价准则。值越小,分割效果越好,即所用的分割处理算法性能越好,此时所选用的分割处理算法组合可认为是该土壤介质条件下根系断层图像分割处理算法的较优组合。杂质含有率ROI的计算公式为
ROI
=SF-SRSR(1)
根系像素损失率RPL的计算公式为RPL
=
SR′-SR
SR
(2)
综合评价值的计算公式为W=ΚROI+(1-Κ)RPL
(3)
911 第12期周志艳等:基于Matlab的根系断层图像分割处理算法式中 Κ——加权值,Κ∈[0,1]2 程序的实现本程序建立在Matlab615工作平台上,结合图像处理工具箱(imageprocessingtoolbox)中提供的多种相关算法,使用GUIDE创建图形化用户界面(GUI),以半自动的人机交互方式完成图像分割的所有相关处理流程,然后自动将评价结果显示出来。程序实现的主要功能包括前述4个模块以及其他辅助功能模块(如图像切换、保存、像素点灰度值查看、直方图显示、面积计算、欧拉数计算、结果统计分析及图形输出等)。程序的GUI如图2所示。图2 程序的图形化用户操作界面Fig.2 GUIoftheprogram 3 实例应用及结果分析为了简化分割结果评价中参考图像特征值的计算,选用只有单个根系的较顶层的断层图像作为实验用例,该图像尺寸为512像素×512像素,通过德国西门子Sensation4多层面螺旋CT成像设备扫描获得,经过处理后转换为256级灰度的JPG图片,如图3a所示。通过人工识别出根系像素,并将其转换为二值图像,作为评价分割效果的参考图像,如图3b所示。然后,根据图1中设计的处理流程基本框图进行实验,并对各个执行序列中的每一种算法 组合实验进行编号,同时根据式(1)和(2)计算其R
OI
值及RPL值,共得到1345个样本(限于篇幅,具体数
据未列出)。由于这两个值在评价中具有同等重要的地位,因此取加权值Κ=015,用式(3)计算得到综合评价值W。最后,根据综合评价值W进行统计分析,
对整个分割过程作出综合评价。
图3 实验选用的原始图像及参考分割图像Fig.3 OriginalimageandthereferenceBW2image(a)原始图像 (b)参考分割图像
311 实验数据的方差分析
采用SPSS1010统计分析软件对前述实验所得到的样本进行分析,以综合评价值W为因变量,执行序列、灰度调整、分割前滤波、分割后滤波、分割作为自变量,选用S2N2K(
即
q检验法)进行多重比较。
由于一般都选用贡献率作为效应大小的统计量,故选用贡献率来描述自变量的贡献率[7]。统计分析得到的结果如表1所示。从表1中可以看出,在90%的置信水平下(即Α=011),各个因素的显著值都小于Α=011,
可认为
每个因素内部不同处理水平之间存在显著的差异。可见,在进行根系图像分割时,前述3个图像处理模块的不同组合顺序以及每个模块中不同算法的选择,对最终的分割效果都有显著影响。各个因素对总变异的贡献率大小为分割(4611%)、灰度调整(1719%)、分割前滤波(415%)、分割后滤波