數(shù)字圖像分析第4章

1、l圖象分割是根據(jù)某種同一性，把一幅圖圖象分割是根據(jù)某種同一性，把一幅圖象劃分為若干個(gè)子區(qū)域，每一個(gè)子區(qū)域象劃分為若干個(gè)子區(qū)域，每一個(gè)子區(qū)域?qū)?yīng)于某一物體或物體的某一部分。對(duì)應(yīng)于某一物體或物體的某一部分。l41 閾值分割閾值分割l42 區(qū)域生長(zhǎng)法區(qū)域生長(zhǎng)法l43 分水嶺算法分水嶺算法421 金字塔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)金字塔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)422 分分-合圖象分割方法合圖象分割方法423 均勻測(cè)度度量均勻測(cè)度度量在給定的均勻性測(cè)度度量在給定的均勻性測(cè)度度量P(x)P(x)之下，將表示該圖之下，將表示該圖象 的 二 維 象 素 集 合象 的 二 維 象 素 集 合 x x 分 成 若 干 非 空 子 集分 成 若 干

2、非 空 子 集x x1 1,x,x2 2, ,x,xn n，并滿足下述條件：，并滿足下述條件：l1 1、 ；l2 2、子區(qū)域是聯(lián)通的或直接聯(lián)通的；、子區(qū)域是聯(lián)通的或直接聯(lián)通的；l3 3、對(duì)于各個(gè)子區(qū)域，有均勻性測(cè)度度量、對(duì)于各個(gè)子區(qū)域，有均勻性測(cè)度度量P P為真。為真。但對(duì)其中任意兩個(gè)和兩個(gè)以上相鄰子區(qū)域之并，但對(duì)其中任意兩個(gè)和兩個(gè)以上相鄰子區(qū)域之并，其均勻性測(cè)度度量其均勻性測(cè)度度量P P為假。為假。niixx1,ixl取閾值法是以圖象直方圖為依據(jù)，選取閾值法是以圖象直方圖為依據(jù)，選定閾值，再逐個(gè)對(duì)象素作判決。定閾值，再逐個(gè)對(duì)象素作判決。l圖象直方圖可以是：圖象直方圖可以是： 單個(gè)特征的一維直

3、方圖，單個(gè)特征的一維直方圖， 如灰度直方圖。如灰度直方圖。 多個(gè)特征的多維直方圖，多個(gè)特征的多維直方圖， 如兩個(gè)波段組成的二維直方圖。如兩個(gè)波段組成的二維直方圖。l特征可以是灰度，也可是其他值。特征可以是灰度，也可是其他值。l單一閾值單一閾值取一閾值，把圖象分成目標(biāo)取一閾值，把圖象分成目標(biāo)和背景兩部分和背景兩部分l多個(gè)閾值多個(gè)閾值 取幾個(gè)閾值將圖象分成若干取幾個(gè)閾值將圖象分成若干個(gè)目標(biāo)和背景幾部分個(gè)目標(biāo)和背景幾部分閾值宜取在雙峰或多峰直方圖閾值宜取在雙峰或多峰直方圖的的谷點(diǎn)。谷點(diǎn)。 T z P(z) z P(z) T2 T1 閾值的選取閾值的選取 可以證明，在對(duì)象的分布近似為正態(tài)分布可以證明，

4、在對(duì)象的分布近似為正態(tài)分布時(shí)，閾值選取在直方圖的谷點(diǎn)，分割誤差最小。時(shí)，閾值選取在直方圖的谷點(diǎn)，分割誤差最小。2)(exp)(21212111zzp)ln(21221221QQT2)(exp)(22222122zzpTE2E1p2(z)P1(z)TdzzpTE)()(11TdzzpTE)()(22)()()(2211TEQTEQTE當(dāng) 時(shí)21（Q1，Q2是先驗(yàn)概率）l利用空間相關(guān)性，利用空間相關(guān)性，取兩個(gè)取兩個(gè)閾值閾值T T1 1,T,T2 2（T T1 1嚴(yán)于嚴(yán)于T T2 2） “大于大于”（或（或“小于小于”）T T1 1的象素分割為的象素分割為“物物點(diǎn)點(diǎn)”， “ “大于大于”（或（或“小

5、于小于”）T T2 2的象素且與的象素且與“物點(diǎn)物點(diǎn)”為鄰點(diǎn)的分割為為鄰點(diǎn)的分割為“物點(diǎn)物點(diǎn)”，否則為，否則為“背景點(diǎn)背景點(diǎn)“。l分塊取閾值分塊取閾值 將一幅圖象分割成若干個(gè)子塊，將一幅圖象分割成若干個(gè)子塊，對(duì)于閾值很易于確定的那些子塊，取簡(jiǎn)單閾值對(duì)于閾值很易于確定的那些子塊，取簡(jiǎn)單閾值作為該塊作為該塊( (或該塊中心點(diǎn)或該塊中心點(diǎn)) )的閾值；其他不易取的閾值；其他不易取簡(jiǎn)單閾值的子塊，可以用插值的方法確定分割簡(jiǎn)單閾值的子塊，可以用插值的方法確定分割的閾值的閾值l先對(duì)圖象或直方圖作平滑處理比較好先對(duì)圖象或直方圖作平滑處理比較好l圖象的特征直方圖可以是：圖象的特征直方圖可以是：灰度直方圖灰度直

6、方圖梯度直方圖梯度直方圖紋理直方圖紋理直方圖l多個(gè)特征組成多維直方圖多個(gè)特征組成多維直方圖l區(qū)域生長(zhǎng)法按照?qǐng)D象分割的定義，從某一組區(qū)域生長(zhǎng)法按照?qǐng)D象分割的定義，從某一組象塊出發(fā)，逐步增加象素（即增長(zhǎng)區(qū)域），象塊出發(fā)，逐步增加象素（即增長(zhǎng)區(qū)域），對(duì)于由這些象素組成的區(qū)域，使用某一種均對(duì)于由這些象素組成的區(qū)域，使用某一種均勻性測(cè)度測(cè)試其均勻性。如果滿足均勻性勻性測(cè)度測(cè)試其均勻性。如果滿足均勻性（即均勻性測(cè)度為真），則繼續(xù)擴(kuò)大區(qū)域，（即均勻性測(cè)度為真），則繼續(xù)擴(kuò)大區(qū)域，直到不滿足均勻性（均勻性測(cè)度為假）不能直到不滿足均勻性（均勻性測(cè)度為假）不能再擴(kuò)大為止。再擴(kuò)大為止。l在實(shí)際執(zhí)行區(qū)域生長(zhǎng)時(shí)，要按照一

7、定的法則在實(shí)際執(zhí)行區(qū)域生長(zhǎng)時(shí)，要按照一定的法則來實(shí)施，這與數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。往往使用金來實(shí)施，這與數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。往往使用金字塔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。字塔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 四分樹四分樹該結(jié)構(gòu)只適合于該結(jié)構(gòu)只適合于2 2N N2 2N N的圖象的圖象l底層底層（0 0層）為原始圖象層）為原始圖象l它的上面一層的圖象數(shù)據(jù)它的上面一層的圖象數(shù)據(jù)中每一個(gè)象素的值是這一中每一個(gè)象素的值是這一層圖象數(shù)據(jù)相鄰四點(diǎn)的平層圖象數(shù)據(jù)相鄰四點(diǎn)的平均值。均值。l中間第中間第K K層層尺寸為尺寸為2 2N-KN-K2 2N-KN-Kl頂層頂層（N N層）縮為一個(gè)象素層）縮為一個(gè)象素, , 只有一點(diǎn)。只有一點(diǎn)。 K 層2 N - K 2 N

8、 - K 0 層2 N 2 NN 層金字塔結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)總數(shù)金字塔結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)總數(shù)：NNKNK434314410 2 2、 l(1) 位置碼位置碼對(duì)于對(duì)于2 2N N2 2N N的圖用位碼編碼的圖用位碼編碼同一父節(jié)點(diǎn)的四塊順時(shí)針編號(hào)為同一父節(jié)點(diǎn)的四塊順時(shí)針編號(hào)為1 1，2 2，3 3，4 4l(2) (2) 灰度值灰度值灰度值只需記平均值灰度值只需記平均值g go o和差值和差值g gi i i=1,2,3 i=1,2,3)(4132100ffffg0gfgii2134例：N=4 1616 1000 2000 4000 3000 0000 1100，1200，2100，22001400，1300，240

9、0，23004100，4200，3100，32004400，4300，3400，3300問：2140？ 3421？ 3331？l數(shù)據(jù)塊的大小數(shù)據(jù)塊的大小大小是大小是 2 2k k2 2k k， k k為為0 0碼的個(gè)數(shù)碼的個(gè)數(shù)l數(shù)據(jù)塊位置數(shù)據(jù)塊位置數(shù)據(jù)塊左上角坐標(biāo)可由碼求出數(shù)據(jù)塊左上角坐標(biāo)可由碼求出l相鄰的情況相鄰的情況同一父節(jié)點(diǎn)的四塊相鄰，即右起第一個(gè)同一同一父節(jié)點(diǎn)的四塊相鄰，即右起第一個(gè)同一位上的非零碼依次為位上的非零碼依次為1 1，2 2，3 3，4 4，其余的碼，其余的碼相同的四塊相鄰相同的四塊相鄰其他相鄰情況由塊的位置和塊的大小其他相鄰情況由塊的位置和塊的大小坐標(biāo)原點(diǎn)在圖的左上角，且

10、第一個(gè)象素坐標(biāo)取（坐標(biāo)原點(diǎn)在圖的左上角，且第一個(gè)象素坐標(biāo)?。? 1，1 1）對(duì)非零碼對(duì)非零碼, , 碼值為碼值為1 1，4 4時(shí)，時(shí)，X X坐標(biāo)值取坐標(biāo)值取0 0碼值為碼值為2 2，3 3時(shí)，時(shí)，X X坐標(biāo)值取坐標(biāo)值取2 2d d 碼值為碼值為1 1，2 2時(shí)，時(shí)，Y Y坐標(biāo)值取坐標(biāo)值取0 0碼值為碼值為3 3，4 4時(shí)，時(shí)，Y Y坐標(biāo)值取坐標(biāo)值取2 2d d d d 為從右到左數(shù)時(shí)碼的位數(shù)為從右到左數(shù)時(shí)碼的位數(shù)，例：碼例：碼 2 3 1 02 3 1 0 x = 2x = 23 3 + 2 + 22 2 + 0 + 1 = 13 + 0 + 1 = 13 位數(shù)位數(shù)d 3 2 1 0d 3 2

11、 1 0y = 0 + 2y = 0 + 22 2 + 0 + 1 = 5 + 0 + 1 = 52134XYl1 1、確定均勻性測(cè)度，構(gòu)造四分樹結(jié)構(gòu)、確定均勻性測(cè)度，構(gòu)造四分樹結(jié)構(gòu)l2 2、選擇初始分割層（一般為中間某一層）、選擇初始分割層（一般為中間某一層）l3 3、分裂處理、分裂處理從中間層開始，計(jì)算各塊均勻性測(cè)度。對(duì)于均勻性測(cè)度為假的那些塊，一從中間層開始，計(jì)算各塊均勻性測(cè)度。對(duì)于均勻性測(cè)度為假的那些塊，一分為四，重新編碼。重復(fù)進(jìn)行，直到各塊的均勻性測(cè)度為真。分為四，重新編碼。重復(fù)進(jìn)行，直到各塊的均勻性測(cè)度為真。l4 4、合并處理、合并處理從同一中間層開始，測(cè)試同屬于一個(gè)父節(jié)點(diǎn)的四塊，

12、如果它們之和的均勻從同一中間層開始，測(cè)試同屬于一個(gè)父節(jié)點(diǎn)的四塊，如果它們之和的均勻性測(cè)度為真，則合并這四塊為一塊。重復(fù)進(jìn)行，直至不再存在可以合并的性測(cè)度為真，則合并這四塊為一塊。重復(fù)進(jìn)行，直至不再存在可以合并的那些塊。那些塊。l5 5、組合處理、組合處理使用該數(shù)據(jù)編碼判斷位置，對(duì)相鄰的大小不一，或者雖然大小一樣，但不使用該數(shù)據(jù)編碼判斷位置，對(duì)相鄰的大小不一，或者雖然大小一樣，但不能合并為一個(gè)父節(jié)點(diǎn)的區(qū)域，進(jìn)行均勻性測(cè)度測(cè)試，合并均勻測(cè)度度量為能合并為一個(gè)父節(jié)點(diǎn)的區(qū)域，進(jìn)行均勻性測(cè)度測(cè)試，合并均勻測(cè)度度量為真的一對(duì)區(qū)域。反復(fù)重復(fù)這一運(yùn)算，直到不再存在可以合并的區(qū)域。真的一對(duì)區(qū)域。反復(fù)重復(fù)這一運(yùn)算

13、，直到不再存在可以合并的區(qū)域。l6 6、小區(qū)處理、小區(qū)處理清除小區(qū)等整理工作。清除小區(qū)等整理工作。 一個(gè)編碼一個(gè)編碼數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊 堆棧堆棧 S 存放金存放金字塔編字塔編碼數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù) 數(shù)組數(shù)組 CODE 存放不存放不能再分能再分裂的編裂的編碼數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù) 象素或象素或 不可分的不可分的 可分的可分的 分裂算法分裂算法 1 2 1、建立堆棧建立堆棧S,壓入數(shù)據(jù)壓入數(shù)據(jù)。2、彈出一數(shù)據(jù)塊，彈出一數(shù)據(jù)塊， 測(cè)試均勻性測(cè)度測(cè)試均勻性測(cè)度: a. 是象素，是象素，b. 不可分不可分 放入數(shù)組放入數(shù)組CODE ; c. 可分，壓回堆?？煞?，壓回堆棧S 。3、重復(fù)重復(fù)2，直至棧空。，直至?？铡?數(shù)組數(shù)組 A 存

14、放金存放金字塔編字塔編碼數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù) 2掃描掃描 A，對(duì)一數(shù)據(jù)塊對(duì)一數(shù)據(jù)塊找同一父節(jié)找同一父節(jié)點(diǎn)的其他塊點(diǎn)的其他塊 數(shù)組數(shù)組 CODE 存放不存放不能再合能再合并的編并的編碼數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù) 合并算法合并算法 (同一父節(jié)點(diǎn)的同一父節(jié)點(diǎn)的) 不不可可并并的的 置置0 可并的可并的 修改編碼修改編碼 1 1、建數(shù)組建數(shù)組A，裝入數(shù)據(jù)，裝入數(shù)據(jù)。2、掃描數(shù)組掃描數(shù)組A ，對(duì)所有數(shù)，對(duì)所有數(shù)據(jù)尋找同一父結(jié)點(diǎn)的其他據(jù)尋找同一父結(jié)點(diǎn)的其他三塊，三塊， a. 找不全，找不全，b. 不可并不可并 放入數(shù)組放入數(shù)組CODE ; c. 可并，修改數(shù)組可并，修改數(shù)組A 。3、重復(fù)重復(fù)2，直至數(shù)組，直至數(shù)組A空?？?。1、建立

15、堆棧建立堆棧S和數(shù)組和數(shù)組A 。2、取出取出CODE中一數(shù)據(jù)塊，中一數(shù)據(jù)塊，放入放入A中；查找到該數(shù)據(jù)中；查找到該數(shù)據(jù)塊的鄰塊，存入塊的鄰塊，存入S 。3、從從S中彈出一數(shù)據(jù)，與中彈出一數(shù)據(jù)，與A中數(shù)據(jù)比較、測(cè)試：中數(shù)據(jù)比較、測(cè)試： a.不可并，不做什么不可并，不做什么。 b.可并，放入可并，放入A中；再中；再 在在CODE找其鄰塊。找其鄰塊。4、重復(fù)重復(fù)3，直至棧，直至棧S空?？?。5、重復(fù)重復(fù)2、3、4，直至，直至CODE空?？铡?編碼數(shù)組編碼數(shù)組 CODE 堆棧堆棧 S 1 數(shù)組數(shù)組 A 最后存最后存放結(jié)果放結(jié)果數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 組合算法組合算法 (相鄰塊歸并相鄰塊歸并) 3 2 l一種簡(jiǎn)單的均勻

16、測(cè)度度量一種簡(jiǎn)單的均勻測(cè)度度量_平均灰度。平均灰度。l這時(shí)區(qū)域的均勻性測(cè)度度量這時(shí)區(qū)域的均勻性測(cè)度度量 為：為：式中，式中，T T 為一閾值為一閾值, , m m 為為灰度的灰度的平均值。平均值。 TmxfRyx|)(|max),(用灰度差的絕對(duì)值用灰度差的絕對(duì)值T作為區(qū)域生長(zhǎng)的測(cè)度，作為區(qū)域生長(zhǎng)的測(cè)度，圖示當(dāng)圖示當(dāng)(b)T=3, (c)T=1, (a)T=6 時(shí)所得結(jié)果。時(shí)所得結(jié)果。l分水嶺（分水嶺（watershed）算法）算法, ,又稱水線算又稱水線算法或流域方法。法或流域方法。l分水嶺算法是一種自適應(yīng)迭代閾值分割分水嶺算法是一種自適應(yīng)迭代閾值分割方法。方法。l分水嶺算法可以解決那些由于物體靠得分水嶺算法可以解決那些由于物體靠得比較近，用一個(gè)簡(jiǎn)單閾值很難獲得正確比較近，用一個(gè)