王惠

摘 要 本文首先對(duì)圖像分割的主要研究方法進(jìn)行了分析，并重點(diǎn)介紹了區(qū)域生長(zhǎng)的圖像分割方法，對(duì)圖像分割的預(yù)處理技術(shù)到圖像區(qū)域生長(zhǎng)的分割技術(shù)進(jìn)行了分析，并將整個(gè)實(shí)現(xiàn)分割的算法進(jìn)行了設(shè)計(jì)和闡述。

【關(guān)鍵詞】圖像分割 區(qū)域增長(zhǎng)法 基本算法

在進(jìn)行圖像處理的過(guò)程中，由于所進(jìn)行處理的圖像存在著各種不同的差異，清晰度不高、分辨率低、圖像比例小等多種主觀因素，識(shí)別圖像存在著困難。因此要進(jìn)行圖像處理需要增強(qiáng)處理，以便讓圖像實(shí)現(xiàn)一個(gè)滿足識(shí)別要求的圖像，這有可能需要對(duì)圖像進(jìn)行一定程度調(diào)整，以便能夠進(jìn)行更好的分析。

1 噪聲處理

圖像的平滑處理是為了減輕在處理圖像過(guò)程中，圖像噪聲出現(xiàn)的頻率。不同的圖像存在著圖像噪聲也有著不同。在進(jìn)行圖像分割之前進(jìn)行噪聲的處理是一個(gè)非常重要的內(nèi)容。從實(shí)際的噪聲分類而言，噪聲可以大體分為以下三大方面：

1.1 光電子噪聲

由于電流的產(chǎn)生是由電子或者空穴粒子的集合，定向運(yùn)動(dòng)而形成的一種影響到圖片質(zhì)量的噪聲。主要有光電粒子的運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)而且形成散粒噪聲、導(dǎo)體中的只有電子進(jìn)行無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而形成的熱噪聲等。

1.2 機(jī)械運(yùn)動(dòng)噪聲

在圖像拍攝或者制作過(guò)程中，由于各種接頭之間的抖動(dòng)而引起了電流之間的變化所產(chǎn)生的噪聲。

1.3 內(nèi)部電路噪聲

由于電源引入而引入了交流噪聲、偏轉(zhuǎn)引起的內(nèi)部電流的干擾噪聲等。

2 平滑圖像處理技術(shù)

2.1 中值濾波技術(shù)

中值濾波是一種非線性的平滑技術(shù)，它是將每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值設(shè)置為改點(diǎn)某個(gè)領(lǐng)域的窗口內(nèi)的所有像素點(diǎn)的灰度值的中值。進(jìn)行中值濾波過(guò)濾噪聲的同事，它可以對(duì)整個(gè)圖像信號(hào)處理的邊緣進(jìn)行保護(hù)，讓其不因?yàn)闉V波而被模糊。

中值濾波的算法如下：將圖像信號(hào)進(jìn)行一維處理，首先定義一個(gè)長(zhǎng)度為奇數(shù)的長(zhǎng)窗口，在處理之后，將窗口中的信號(hào)樣本灰度值用窗口中各個(gè)像素灰度值的中值來(lái)進(jìn)行替代。即，圖像的一維信號(hào)為：f1，f2，…，fn，一維的情況下，中值濾波器是一個(gè)含有奇數(shù)個(gè)像素的窗口，在處理之后，將窗口正中的像素灰度值用窗口內(nèi)各像素灰度值的中值來(lái)代替。然后根據(jù)此進(jìn)行中值濾波，即將整個(gè)序列抽出n個(gè)數(shù)，fi-v，…fi，…fi+v，將其中心值v=（m-1）/2，最后將n個(gè)點(diǎn)的數(shù)值按照數(shù)值的大小進(jìn)行重新排序，將中心序號(hào)作為中間的濾波進(jìn)行輸出。具體公式如下：

如果進(jìn)行二維的序列中值濾波，則進(jìn)行濾波的窗口也必須是二維的，公式如下

在使用窗口的過(guò)程中，窗口的尺寸可以逐步進(jìn)行增大，通過(guò)逐步遞增的方式，可以獲得效果最滿意的濾波值。

2.2 灰度修正技術(shù)

在進(jìn)行圖像成像處理過(guò)程中，由于很多不可控的因素，例如：圖像的光照強(qiáng)度、設(shè)備的感光像素、設(shè)備軟硬件光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等都會(huì)造成整個(gè)圖像的顏色、亮度的分布不均勻，甚至有可能導(dǎo)致了圖像在部分區(qū)域感光性能暗，而部分感光性能過(guò)亮的情況。因此進(jìn)行灰度修正可以對(duì)圖像中的部分像素進(jìn)行修正，讓整個(gè)圖像均勻成像。

2.2.1 灰度變換技術(shù)

灰度變換可以讓圖像動(dòng)態(tài)的范圍擴(kuò)大，例如增加圖像的對(duì)比度。這是讓整個(gè)圖像增強(qiáng)的重要手段。常用的灰度變換的方法有：線性變換、對(duì)數(shù)變換、冪次變換等。

2.2.2 直方圖修正技術(shù)

使用直方圖進(jìn)行修正主要是通過(guò)改變圖像的灰度直方圖的形狀來(lái)達(dá)到整個(gè)圖像增強(qiáng)的目的。常用的方法是：直方圖均衡和直方圖匹配等。

3 基于區(qū)域生長(zhǎng)法圖像分割技術(shù)

區(qū)域生長(zhǎng)（region growing）是指將成組的像素或區(qū)域發(fā)展成更大區(qū)域的過(guò)程。主要的是從種子點(diǎn)（選定的數(shù)組）的集合開(kāi)始，并通過(guò)這些點(diǎn)的邊緣區(qū)域逐漸通過(guò)找到與該種子相近、屬性相符、灰度級(jí)別相近、紋理的顏色相同等像素并將其合并到該區(qū)域當(dāng)中。

3.1 區(qū)域生長(zhǎng)法技術(shù)分析

區(qū)域生長(zhǎng)的原理實(shí)際上就是一個(gè)迭代的過(guò)程。在圖像中每個(gè)種子（數(shù)組）的邊緣都是迭代生長(zhǎng)的過(guò)程。在處理的每個(gè)像素點(diǎn)之后，他們因此形成了各個(gè)不同的區(qū)域，這些區(qū)域通過(guò)終止條件可以形成整個(gè)圖像的區(qū)域。在進(jìn)行區(qū)域生長(zhǎng)過(guò)程中主要處理的問(wèn)題有：

（1）起始化種子（數(shù)組）的確定。在區(qū)域生長(zhǎng)的過(guò)程中，不同的區(qū)域點(diǎn)需要，合適屬性的選定。

（2）圖像屬性的生長(zhǎng)屬性應(yīng)當(dāng)具有連貫性和可擴(kuò)展性。

（3）各個(gè)相似點(diǎn)之間應(yīng)當(dāng)具有最小的差分，以便其能夠產(chǎn)生不同的區(qū)域。如果差分相式度閥值小或者相近，則可以判斷像素屬于同一個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域。

（4）區(qū)域面積。在最小面積的閥值中與像素的區(qū)域大小均有關(guān)系，因此設(shè)置區(qū)域面積時(shí)，應(yīng)當(dāng)由使用者自行定義。

3.2 圖像生長(zhǎng)法分析

在圖像中應(yīng)用區(qū)域生長(zhǎng)需要面臨著幾個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題：圖像的種子（數(shù)組）、選擇的問(wèn)題、生長(zhǎng)條件的問(wèn)題與停止生長(zhǎng)條件的問(wèn)題。

解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵在于使用具有針對(duì)性的方法：

（1）采用迭代的方法，獲得種子（數(shù)組）。例如：選取圖像當(dāng)中亮度最大的像素作為種子或者種子數(shù)組。通過(guò)設(shè)置生長(zhǎng)準(zhǔn)則進(jìn)行不斷的擴(kuò)展。

（2）生長(zhǎng)準(zhǔn)備的選取，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)的種類進(jìn)行分析。

為了能夠保證生長(zhǎng)準(zhǔn)則的能力，應(yīng)當(dāng)對(duì)圖像的尺寸、需要獲得圖像的大小、圖像的形狀等具有全局要求的內(nèi)容設(shè)置準(zhǔn)則條件。

區(qū)域生長(zhǎng)的停止條件，應(yīng)當(dāng)對(duì)種子（數(shù)組）的邊緣設(shè)定停止條件。在沒(méi)滿足生長(zhǎng)準(zhǔn)則的情況下，對(duì)種子（數(shù)組）的邊緣設(shè)定停止條件。

4 結(jié)語(yǔ)

本文首先對(duì)常用的圖像分割技術(shù)進(jìn)行了分析，并針對(duì)其中區(qū)域生長(zhǎng)法的經(jīng)典方法進(jìn)行了深入的分析和探討。區(qū)域生長(zhǎng)法是根據(jù)事先定義的選擇的區(qū)域?qū)⑵湎袼鼗蛘咦訁^(qū)域聚合成為一個(gè)更大、更具有代表性的區(qū)域的過(guò)程，最開(kāi)始是從一組二維數(shù)組開(kāi)始，將與該數(shù)組類似的相鄰像素逐漸附加到生長(zhǎng)區(qū)域當(dāng)中，并不斷的擴(kuò)大數(shù)組的大小，最終得到的具有相同性質(zhì)的一類數(shù)組。區(qū)域生長(zhǎng)的算法關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于起初數(shù)組的選擇和對(duì)整個(gè)生長(zhǎng)準(zhǔn)則的規(guī)定。因此在整個(gè)程序的設(shè)計(jì)上，應(yīng)當(dāng)通過(guò)記錄每次數(shù)組的擴(kuò)展而生成新的數(shù)組邊緣。并保證在下一次的生長(zhǎng)過(guò)程中，新的數(shù)組邊緣可以繼續(xù)的生長(zhǎng)。當(dāng)符合數(shù)組生長(zhǎng)的條件不在滿足，就終止新數(shù)組的邊緣繼續(xù)生長(zhǎng)。

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作者單位

九州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省徐州市 221000