《數(shù)字圖像處理》PPT課件.pptx

空 間 信 息 技 術(shù) 系任 課 教 師 ： 楊 曉 霞2012年 3月 圖 像 分 割 的 概 念 圖 像 分 割 的 方 法邊 緣 檢 測(cè)區(qū) 域 分 割區(qū) 域 生 長(zhǎng) 把 圖 像 分 成 互 不 重 疊 的 區(qū) 域 并 提 取 感 興 趣目 標(biāo) 的 技 術(shù) 令 集 合 R代 表 整 個(gè) 圖 像 區(qū) 域 ， 對(duì) R的 分 割 可看 作 將 R分 成 N個(gè) 滿 足 以 下 五 個(gè) 條 件 的 非 空子 集 （ 子 區(qū) 域 ） R1， R2， ， RN：1. 完 備 性 ： ；2. 獨(dú) 立 性 ： 對(duì) 所 有 的 i和 j， ij， 有 RiRj =；3. 單 一 性 ： 對(duì) i = 1,2,N， 有 P(Ri) = TRUE；4. 互 斥 性 ： 對(duì) ij， 有 P(Ri Rj ) = FALSE；5. 連 通 性 ： 對(duì) i =1,2,N， Ri是 連 通 的 區(qū) 域 。 其 中 P(Ri)是 對(duì) 所 有 在 集 合 Ri中 元 素 的 邏 輯謂 詞 ,代 表 空 集 RRNi i 1 令 集 合 R代 表 整 個(gè) 圖 像 區(qū) 域 ， 對(duì) R的 分 割 可看 作 將 R分 成 N個(gè) 滿 足 以 下 五 個(gè) 條 件 的 非 空子 集 （ 子 區(qū) 域 ） R1， R2， ， RN ：1. 完 備 性 ： 條 件 1指 出 在 對(duì) 一 幅 圖 像 的 分 割 結(jié) 果 中 全 部 區(qū)域 的 總 和 （ 并 集 ） 應(yīng) 能 包 括 圖 像 中 所 有 像 素（ 即 原 圖 像 ） 也 就 是 說(shuō) ， 圖 像 上 的 每 一 個(gè) 像 素 都 被 分 到 某 一個(gè) 子 集 （ 子 區(qū) 域 ） 中 去RRNi i 1 令 集 合 R代 表 整 個(gè) 圖 像 區(qū) 域 ， 對(duì) R的 分 割 可看 作 將 R分 成 N個(gè) 滿 足 以 下 五 個(gè) 條 件 的 非 空子 集 （ 子 區(qū) 域 ） R1， R2， ， RN ：2. 獨(dú) 立 性 ： 對(duì) 所 有 的 i和 j， ij， 有 Ri Rj = 條 件 2指 出 分 割 結(jié) 果 中 各 個(gè) 子 區(qū) 域 是 互 不 重 疊的 ， 或 者 說(shuō) 在 分 割 結(jié) 果 中 一 個(gè) 像 素 不 能 同 時(shí) 屬于 兩 個(gè) 區(qū) 域 令 集 合 R代 表 整 個(gè) 圖 像 區(qū) 域 ， 對(duì) R的 分 割 可看 作 將 R分 成 N個(gè) 滿 足 以 下 五 個(gè) 條 件 的 非 空子 集 （ 子 區(qū) 域 ） R1， R2， ， RN ：3. 單 一 性 ： 對(duì) i = 1,2,N， 有 P(Ri ) = TRUE4. 互 斥 性 ： 對(duì) ij， 有 P(Ri Rj ) = FALSE 其 中 P(Ri )是 對(duì) 所 有 在 集 合 Ri中 元 素 的 邏 輯 謂 詞 條 件 3指 出 屬 于 同 一 個(gè) 區(qū) 域 中 的 像 素 應(yīng) 該 具 有某 些 相 同 特 征 ； 條 件 4指 出 分 割 結(jié) 果 中 屬 于 不同 區(qū) 域 的 像 素 應(yīng) 該 具 有 一 些 不 同 的 特 征 令 集 合 R代 表 整 個(gè) 圖 像 區(qū) 域 ， 對(duì) R的 分 割 可看 作 將 R分 成 N個(gè) 滿 足 以 下 五 個(gè) 條 件 的 非 空子 集 （ 子 區(qū) 域 ） R1， R2， ， RN ：5. 連 通 性 ： 對(duì) i =1,2,N， Ri是 連 通 的 區(qū) 域 條 件 5要 求 分 割 結(jié) 果 中 同 一 個(gè) 區(qū) 域 內(nèi) 的 任 意 兩個(gè) 像 素 在 區(qū) 域 內(nèi) 互 相 連 通 ， 或 者 說(shuō) 分 割 得 到 的區(qū) 域 是 一 個(gè) 連 通 區(qū) 域 連 通 性 ： 在 一 個(gè) 連 通 集 中 的 任 意 兩 個(gè) 像 素 之 間 ，都 存 在 一 條 完 全 由 這 個(gè) 集 合 的 元 素 構(gòu) 成 的 連 通路 徑 分 割 算 法 基 于 灰 度 值 的 兩 個(gè) 基 本 特 性 ： 不 連 續(xù)性 和 相 似 性檢 測(cè) 圖 像 像 素 灰 度 級(jí) 的 不 連 續(xù) 性 ， 找 到 點(diǎn) 、 線（ 寬 度 為 1） 、 邊 （ 不 定 寬 度 ） 。 先 找 邊 ， 后 確定 區(qū) 域 檢 測(cè) 圖 像 像 素 的 灰 度 值 的 相 似 性 ， 通 過(guò) 選擇 閾 值 ， 找 到 灰 度 值 相 似 的 區(qū) 域 ， 區(qū) 域 的外 輪 廓 就 是 對(duì) 象 的 邊P180頁(yè) 改 錯(cuò) 基 于 邊 緣 的 分 割 方 法 （ 梯 度 方 法 ）先 提 取 區(qū) 域 邊 界 ， 再 確 定 邊 界 限 定 的 區(qū) 域 區(qū) 域 分 割 （ 灰 度 閾 值 法 ）確 定 每 個(gè) 像 素 的 歸 屬 區(qū) 域 ， 從 而 形 成 一 個(gè) 區(qū) 域圖 區(qū) 域 生 長(zhǎng) （ 區(qū) 域 生 長(zhǎng) 方 法 ）將 屬 性 接 近 的 連 通 像 素 聚 集 成 區(qū) 域 邊 緣 的 定 義 ：圖 像 中 像 素 灰 度 有 階 躍 變 化 或 屋 頂 變 化 的 那 些像 素 的 集 合 邊 緣 的 分 類(lèi)階 躍 狀屋 頂 狀 階 躍 狀 屋 頂 狀 基 本 思 想 ： 計(jì) 算 局 部 微 分 算 子一 階 微 分截 面 圖邊 界 圖 像 梯 度 算 子 Roberts算 子 Prewitt算 子 Sobel算 子 Laplacian算 子 一 階 微 分二 階 微 分 函 數(shù) f(x,y)在 (x,y)處 的 梯 度 為 一 個(gè) 向 量 ： f = f / x , f / y計(jì) 算 這 個(gè) 向 量 的 大 小 為 ：G = (f / x)2 +(f / y)21/2近 似 為 : G |fx| + |fy|梯 度 的 方 向 角 為 ： (x,y) = tan-1(fy / fx)可 用 下 圖 所 示 的 模 板 表 示-111-1 6 6 6 12 12 12 126 6 6 12 12 12 126 6 6 12 12 12 126 6 6 6 6 6 66 6 6 6 6 6 66 6 6 6 6 6 66 6 6 6 6 6 6P165 圖 7.14 6*(-1)+12*1=66*(-1)+6*1=0向 量 大 小 ： |6|+|0|=60 0 0 0 0 00 0 6 0 0 0 00 0 6 6 6 60 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 012*(-1)+12*1=012*(-1)+6*1= -6向 量 大 小 ： |0|+|-6|=66 6-111-1 為 了 檢 測(cè) 邊 緣 點(diǎn) ， 選 取 適 當(dāng) 的 閾 值 T， 對(duì) 梯度 圖 像 進(jìn) 行 二 值 化 ， 則 有 ： 這 樣 形 成 了 一 幅 邊 緣 二 值 圖 像 g(x,y) 特 點(diǎn) ： 僅 計(jì) 算 相 鄰 像 素 的 灰 度 差 ， 對(duì) 噪 聲比 較 敏 感 ， 無(wú) 法 抑 止 噪 聲 的 影 響1 Grad( )( , ) 0 x,y Tg x y 其 它 公 式 ： 模 板 ： 特 點(diǎn) ：與 梯 度 算 子 檢 測(cè) 邊 緣 的 方 法 類(lèi) 似 ， 對(duì) 噪 聲 敏 感 ，但 效 果 較 梯 度 算 子 略 好-1 1fx 1-1fy( 1, 1) ( 1, 1)( 1, 1) ( 1, 1)xyf f x y f x yf f x y f x y 公 式 模 板 ： 特 點(diǎn) ：在 檢 測(cè) 邊 緣 的 同 時(shí) ， 能 抑 止 噪 聲 的 影 響0-1 10-1 10-1 1 -1-1 -100 011 1 )1,1()1,()1,1()1,1()1,()1,1( )1,1(),1()1,1()1,1(),1()1,1( yxfyxfyxfyxfyxfyxff yxfyxfyxfyxfyxfyxffyx 公 式 模 板 特 點(diǎn) ：對(duì) 4鄰 域 采 用 帶 權(quán) 方 法 計(jì) 算 差 分能 進(jìn) 一 步 抑 止 噪 聲但 檢 測(cè) 的 邊 緣 較 寬-220 -110-110 000-1-1-2 112 )1,1()1,(2)1,1()1,1()1,(2)1,1( )1,1(),1(2)1,1()1,1(),1(2)1,1( yxfyxfyxfyxfyxfyxff yxfyxfyxfyxfyxfyxffyx 定 義 ：二 維 函 數(shù) f(x,y)的 拉 普 拉 斯 是 一 個(gè) 二 階 的 微 分 定義 為 ： 2f = 2f / x2 , 2f / y2 離 散 形 式 ： 模 板 ：可 以 用 多 種 方 式 被 表 示 為 數(shù) 字 形 式 。 對(duì) 于 一 個(gè)3x3的 區(qū) 域 ， 經(jīng) 驗(yàn) 上 被 推 薦 最 多 的 形 式 是 ： ),(4)1,()1,(),1(),1(),(2 yxfyxfyxfyxfyxfyxf 定 義 數(shù) 字 形 式 的 拉 普 拉 斯 的 基 本 要 求 是 ，作 用 于 中 心 像 素 的 系 數(shù) 是 一 個(gè) 負(fù) 數(shù) ， 而 且其 周 圍 像 素 的 系 數(shù) 為 正 數(shù) ， 系 數(shù) 之 和 必 為 011-4 001001 優(yōu) 點(diǎn) ：各 向 同 性對(duì) 細(xì) 線 和 孤 立 點(diǎn) 檢 測(cè) 效 果 較 好 缺 點(diǎn) ：對(duì) 噪 音 敏 感不 能 檢 測(cè) 出 邊 的 方 向常 產(chǎn) 生 雙 像 素 的 邊 緣 梯 度 算 子 Roberts算 子Prewitt算 子 Sobel算 子原 始 圖 像 Laplacian算 子 出 發(fā) 點(diǎn)由 于 噪 音 的 原 因 ， 邊 界 的 特 征 很 少 能 夠 被 完 整地 描 述 ， 在 亮 度 不 一 致 的 地 方 會(huì) 中 斷因 此 典 型 的 邊 檢 測(cè) 算 法 后 面 總 要 跟 隨 著 連 接 過(guò)程 和 其 它 邊 界 檢 測(cè) 過(guò) 程 ， 用 來(lái) 歸 整 邊 像 素 ， 成為 有 意 義 的 邊 邊 緣 跟 蹤 的 概 念將 檢 測(cè) 的 邊 緣 點(diǎn) 連 接 成 線 就 是 邊 緣 跟 蹤 由 邊 緣 形 成 線 特 征 的 兩 個(gè) 過(guò) 程可 構(gòu) 成 線 特 征 的 邊 緣 提 取將 邊 緣 連 接 成 線 連 接 邊 緣 的 方 法啟 發(fā) 式 搜 索曲 線 擬 合邊 界 跟 蹤 一 幅 圖 像 中 屬 于 同 一 區(qū) 域 的 像 素 應(yīng) 具 有 相 同或 相 似 的 屬 性 ， 不 同 區(qū) 域 的 像 素 屬 性 不 同 基 本 思 想 ：確 定 一 個(gè) 合 適 的 閾 值 T將 大 于 等 于 閾 值 的 像 素 作 為 物 體 或 背 景 ， 生 成一 個(gè) 二 值 圖 像If f(x,y) T set 255Else set 0 025525502550 255255255 特 點(diǎn) ：適 用 于 物 體 與 背 景 有 較 強(qiáng) 對(duì) 比 的 情 況 ， 重 要 的是 背 景 或 物 體 的 灰 度 比 較 單 一 。 （ 可 通 過(guò) 先 求背 景 ， 然 后 求 反 得 到 物 體 ）這 種 方 法 總 可 以 得 到 封 閉 且 連 通 區(qū) 域 的 邊 界灰 度 值f(x0,y0)T 全 局 閾 值 法 （ 固 定 的 閾 值 ）如 果 背 景 的 灰 度 值 在 整 個(gè) 圖 像 中 可 合 理 地 看 為恒 定 ， 且 所 有 目 標(biāo) 與 背 景 都 具 有 幾 乎 相 同 的 對(duì)比 度 ， 那 么 只 要 選 擇 了 正 確 的 閾 值 ， 使 用 一 個(gè)固 定 的 全 局 閾 值 就 會(huì) 有 較 好 的 分 割 效 果 自 適 應(yīng) 閾 值 法 （ 變 化 的 閾 值 ）背 景 的 灰 度 值 并 不 是 常 數(shù) ， 目 標(biāo) 和 背 景 的 對(duì) 比度 在 圖 像 中 也 有 變 化 。 在 這 種 情 況 下 ， 可 把 灰度 閾 值 設(shè) 置 成 一 個(gè) 隨 位 置 變 化 而 緩 慢 變 化 的 函數(shù) 值 閾 值 選 定 的 好 壞 是 此 方 法 成 敗 的 關(guān) 鍵 閾 值 的 選 擇直 方 圖 法自 適 應(yīng) 閾 值 方 法分 水 嶺 算 法 通 過(guò) 直 方 圖 得 到 閾 值基 本 思 想 ： 邊 界 上 的 點(diǎn) 的 灰 度 值 出 現(xiàn) 次 數(shù) 較 少取 值 的 方 法 ： 取 直 方 圖 谷 底 ， 為 最 小 值 的 灰 度 值 為閾 值 T缺 點(diǎn) ： 會(huì) 受 到 噪 音 的 干 擾 ， 最 小 值 不 是 預(yù) 期 的 閾 值 ，而 偏 離 期 望 的 值 T 通 過(guò) 直 方 圖 得 到 閾 值改 進(jìn) ： 取 兩 個(gè) 峰 值 之 間 某 個(gè) 固 定 位 置 ， 如 中 間 位 置上 。 由 于 峰 值 代 表 的 是 區(qū) 域 內(nèi) 外 的 典 型 值 ， 一 般 情況 下 ， 比 選 谷 底 更 可 靠 ， 可 排 除 噪 音 的 干 擾T 簡(jiǎn) 單 全 局 閾 值 分 割基 本 思 想 ： 用 前 述 方 法 獲 得 閾 值 T， 并 產(chǎn) 生 一個(gè) 二 值 圖 ， 區(qū) 分 出 前 景 對(duì) 象 和 背 景算 法 實(shí) 現(xiàn) ：1. 規(guī) 定 一 個(gè) 閾 值 T， 逐 行 掃 描 圖 像2. 凡 灰 度 級(jí) 大 于 T的 ， 顏 色 置 為 255； 凡 灰 度 級(jí)小 于 T的 ， 顏 色 置 為 0 025525502550 255255255 灰 度 閾 值 分 割 技 術(shù) 都 沒(méi) 有 考 慮 到 圖 像 像 素 空 間的 連 通 性 。 區(qū) 域 生 長(zhǎng) 的 基 本 思 想 是 將 具 有 相 似性 質(zhì) 的 像 素 集 合 起 來(lái) 構(gòu) 成 區(qū) 域1. 對(duì) 每 個(gè) 需 要 分 割 的 目 標(biāo) 區(qū) 域 找 一 個(gè) 種 子 像 素 作 為生 長(zhǎng) 的 起 點(diǎn) ；2. 將 種 子 像 素 周 圍 鄰 域 中 與 種 子 像 素 性 質(zhì) 相 同 或 相似 的 像 素 合 并 到 種 子 像 素 所 在 的 區(qū) 域 中 ；3. 再 將 這 些 像 素 當(dāng) 作 新 的 種 子 像 素 繼 續(xù) 進(jìn) 行 上 述 過(guò)程 ， 直 到 再 也 沒(méi) 有 能 滿 足 條 件 的 新 像 素 加 入 區(qū) 域?yàn)?止 選 擇 一 組 能 正 確 代 表 區(qū) 域 的 種 子 像 素根 據(jù) 圖 像 的 不 同 應(yīng) 用 選 擇 一 個(gè) 或 一 組 種 子 ， 它或 者 是 最 亮 或 最 暗 的 點(diǎn) ， 或 者 是 位 于 點(diǎn) 簇 中 心的 點(diǎn) 確 定 生 長(zhǎng) 過(guò) 程 中 能 將 相 鄰 像 素 包 括 進(jìn) 來(lái) 的規(guī) 則考 慮 像 素 間 的 連 通 性 和 近 鄰 性 制 定 讓 生 長(zhǎng) 停 止 的 條 件 或 準(zhǔn) 則 區(qū) 域 A 區(qū) 域 B 種 子 像 素 種 子 像 素 圖 像 分 割 的 概 念 ： 把 圖 像 分 成 互 不 重 疊 的區(qū) 域 并 提 取 感 興 趣 目 標(biāo) 的 技 術(shù)完 備 性獨(dú) 立 性單 一 性互 斥 性連 通 性 圖 像 分 割 的 方 法邊 緣 檢 測(cè)一 階 邊 緣 檢 測(cè) 算 子 ： 梯 度 法 、 羅 伯 特 （ Roberts） 算 子 、Prewitt算 子 、 Sobel算 子 、 方 向 梯 度二 階 邊 緣 檢 測(cè) 算 子 ： 拉 普 拉 斯 算 子邊 緣 跟 蹤區(qū) 域 分 割 ： 灰 度 閾 值 法區(qū) 域 生 長(zhǎng)