5 图像分割
图像的处理原理
图像的处理原理图像处理的原理是指通过一系列的算法和技术对图像进行分析、增强、编码、压缩等操作，以提取图像信息，改善图像质量，实现对图像的特定处理和应用。
图像处理的基本原理可以概括为以下几个方面：1. 图像获取图像的获取是图像处理的第一步，常见的图像获取方式包括数码相机、摄像机、扫描仪等设备。
通过这些设备，可以将现实世界中的光学信息转换为数字化的图像信息，形成数字图像。
2. 图像采样和量化图像采样是指将连续的图像信号离散化为离散的像素点阵，采集图像在空间上的信息。
采样的方式包括点采样、区域采样等。
图像量化是指将图像的每个像素点的灰度值等离散化为有限的取值范围，常见的灰度值量化范围为0~255。
3. 图像增强图像增强是指利用各种技术和方法，改善图像的质量、增强图像的可视性和可识别性。
图像增强技术主要包括直方图均衡化、模糊与锐化、滤波器应用等。
图像增强的目标是提高图像的对比度、亮度、清晰度等视觉效果。
4. 图像复原与去噪图像复原是指通过恢复或近似原始图像的原始信息，以减少图像模糊、失真等质量损失。
图像复原常用的方法有逆滤波、最小二乘法等。
图像去噪是指消除图像中的噪声干扰，提高图像质量。
图像去噪方法有中值滤波、小波去噪等。
5. 图像分割图像分割是将图像分成不同的区域，每个区域具有一定的特征或相似性质。
图像分割的目的是将图像中感兴趣的目标从背景中提取出来，常用的图像分割算法包括阈值法、区域生长法、边缘检测等。
6. 特征提取与识别特征提取是指从图像中提取出包含有用信息的特征，用于下一步的目标识别、分类等应用。
常用的特征提取方法包括边缘检测、纹理特征、颜色特征等。
特征提取后，可以利用机器学习、模式识别等方法进行目标识别。
7. 压缩与编码图像压缩是指通过去除冗余信息，将图像数据从原始表示转换为更紧凑的表示形式，以减少存储空间和传输带宽。
图像压缩方法有无损压缩和有损压缩两种。
图像编码是压缩的一种手段，将图像数据编码为比特流，以实现对图像的存储和传输。
图像处理方法有哪些
图像处理方法有哪些图像处理方法是指对数字图像进行处理和分析的技术和方法。
它可以通过一系列算法和技术对图像进行增强、滤波、分割、特征提取、识别等操作，以改善图像质量、提取有用信息和实现自动化处理。
常见的图像处理方法有以下几种：1. 图像增强：图像增强是通过改善图像的对比度、亮度、锐度和颜色等属性来改善图像质量的方法。
常见的图像增强方法包括直方图均衡化、灰度拉伸、对比度拉伸、锐化和平滑等。
2. 图像滤波：图像滤波是在频域或空域对图像进行滤波操作，以达到图像去噪、边缘检测、平滑、锐化等目的。
常见的图像滤波方法包括均值滤波、中值滤波、高斯滤波、边缘增强滤波等。
3. 图像分割：图像分割是将图像划分为具有独立语义的一组区域的过程，旨在提取图像中的目标或感兴趣的区域。
常见的图像分割方法包括阈值分割、区域生长、边缘检测、基于图割的分割等。
4. 特征提取：特征提取是从图像中提取出携带有目标信息的低维度表示的过程，常用于图像分类、目标识别和图像检索等任务。
常见的特征提取方法包括局部二值模式（LBP）、方向梯度直方图（HOG）、尺度不变特征变换（SIFT）、速度骨架特征描述子（SURF）等。
5. 图像配准：图像配准是将不同视角或不同时间拍摄的图像进行准确对齐的过程，常用于图像拼接、目标跟踪和立体视觉等应用。
常见的图像配准方法包括基于特征点匹配的配准、基于相似变换的配准、基于标定模型的配准等。
6. 特征匹配：特征匹配是将两个或多个图像中的特征点进行匹配，以实现图像拼接、目标跟踪和立体视觉等任务。
常见的特征匹配方法包括基于相似度的特征匹配、基于距离度量的特征匹配、基于深度学习的特征匹配等。
7. 目标检测与识别：目标检测与识别是指在图像中自动检测和识别出感兴趣的目标或物体的任务。
常见的目标检测与识别方法包括基于滑动窗口的检测、基于特征的分类器（如支持向量机、卷积神经网络）的识别、基于深度学习的目标检测与识别等。
8. 图像分析与理解：图像分析与理解是对图像进行高层次的语义理解和推理的过程，常用于人脸识别、行为分析和场景理解等应用。
使用CNN进行图像分割
使用CNN进行图像分割图像分割是计算机视觉领域中一项重要的任务，其目的是将一个图像分成多个具有语义意义的区域。
卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）是一种在图像处理方面具有良好表现的深度学习算法。
本文将介绍使用CNN进行图像分割的方法和步骤。
一、引言图像分割是计算机视觉领域的研究热点之一。
它在许多领域中都具有广泛的应用，如医学图像分析、自动驾驶、人脸识别等。
CNN是一种能够自动学习图像特征的神经网络，具有很好的特征提取能力和泛化能力。
结合CNN和图像分割技术，可以实现高效准确的图像分割。
二、CNN的基本原理CNN是一种前馈神经网络，其主要特点是局部连接、权值共享和多层结构。
在CNN中，卷积层和池化层交替出现，用于提取图像的特征。
卷积层通过卷积操作提取图像的局部特征，池化层通过降采样操作减小特征图的尺寸，使网络具有平移不变性和部分空间不变性。
全连接层将特征映射到类别概率上，用于分类或分割任务。
三、使用CNN进行图像分割的方法1. 数据预处理在进行图像分割之前，首先需要进行数据预处理。
这包括图像的读取、缩放、归一化等操作。
可以使用Python的OpenCV库进行图像处理。
2. 构建CNN模型构建CNN模型是进行图像分割的核心步骤。
一般使用卷积层、池化层和全连接层来构建，可以根据具体问题设计网络结构和超参数。
常用的CNN架构有UNet、FCN、SegNet等，可以根据需求选择合适的架构。
3. 模型训练模型训练是使用CNN进行图像分割的关键步骤。
需要准备一组标注好的图像数据作为训练集，同时指定损失函数和优化算法。
常用的损失函数有交叉熵损失、Dice系数和Jaccard系数等，常用的优化算法有随机梯度下降（SGD）、Adam等。
4. 模型评估训练完成后，需要对模型进行评估。
可以使用测试集对模型进行测试，计算准确度、召回率、F1值等指标来评估模型的性能。
可以使用Python的深度学习框架如TensorFlow、PyTorch进行评估。
玻璃缺陷检测
玻璃片缺陷视觉检测1.玻璃缺陷特征玻璃片生产过程中，常见的缺陷有：气泡、划痕、结石、夹杂物，翘曲等。
各类缺陷的主要特点分：(1)气泡，该类缺陷是由于玻璃生产材料含有气体、外界环境气泡、金属铁丝等引起，主要特点为整体轮廓近似于圆形、线形、中空、具有光透射性等。
(2)结石，由于其热胀系数和外界环境热胀系数的差异，该类缺陷严重影响玻璃质量。
主要分为：原材料结石、耐火材料结石以及玻璃析晶结石等。
(3)夹锡，夹锡主要分为粘锡和锡结石，其特点是呈暗黑色、具有光吸收性。
(4)划伤，该缺陷主要是玻璃原板与硬质介质间的相互摩擦产生，外表呈线性。
(5)表面裂纹及线道，其特点表面呈线性。
具体的缺陷图如图1-1所示：（a）无缺陷玻璃图像（b）含气泡玻璃图像（c）含结石玻璃图像（d）含裂纹玻璃图像（e）含夹杂物的玻璃图像（f）划痕的玻璃图像图 1-1 玻璃典型缺陷图像2玻璃缺陷视觉监测系统工作原理2.1 玻璃缺陷视觉检测原理玻璃生产过程大体可分为：原料加工、备制配合料、熔化和澄清、冷却和成型及切裁等。
在各生产过程中，由于制造工艺、人为等因素，在玻璃原板的生产任一过程中都有可能产生缺陷，根据玻璃现行标准中的规定，玻璃常见的缺陷主要包括：气泡、粘锡、划伤、夹杂等。
无缺陷的玻璃其特点是质地均匀、表面光洁且透明。
玻璃质量缺陷检测是采用先进的CCD 成像技术和智能光源。
系统照明采用背光式照明，其原理如图2-1所示，即在玻璃的背面放置光源,光线经待检玻璃，透射进入摄像头[1]。
图 2-1 检测原理图示意图光线垂直入射玻璃后，当玻璃中没有杂质时如图2-2(a)所示，出射的方向不会发生改变，CCD 摄像机的靶面探测到的光也是均匀的；当玻璃中含有杂质时，出射的光线会发生变化，CCD 摄像机的靶面探测到的光也要随之改变。
玻璃中含有的缺陷主要分为两种：一是光吸收型（如沙粒，夹锡等夹杂物）如图2-2(b)所示，光透射玻璃时，该缺陷位置的光会变弱，CCD 摄像机的靶面上探测到的光比周围的光要弱;二是光透射型（如裂纹，气泡等）如图2-2(c)所示，光线在该缺陷位置发生了折射，光的强度比周围的要大，因而CCD 摄像机的靶面上探测到的光也相应增强。
图像处理中的图像分割效果评估指标研究
图像处理中的图像分割效果评估指标研究图像处理领域中的图像分割是一项重要的任务，广泛应用于医学图像分析、目标检测、图像识别等领域。
在图像分割过程中，评估其效果的指标对于算法的改进和优化具有重要意义。
本文将探讨图像处理中常用的图像分割评估指标，分析其原理和适用范围。
图像分割是将图像分成具有相似性质或特征的不重叠区域的过程。
评估图像分割的效果需要一个准确而全面的指标。
以下是几个常用的图像分割效果评估指标：1. 轮廓相似度（Contour Similarity）轮廓相似度是评估分割结果与真实分割之间轮廓接近程度的指标。
它通过计算分割边界与真实边界之间的重合程度来评估分割的准确性。
轮廓相似度的计算通常使用Jaccard系数或Dice系数，它们分别是分割轮廓区域与真实轮廓区域的交集除以它们的并集。
这些系数的取值范围为0到1，越接近1表示分割效果越好。
2. 区域相似度（Region Similarity）区域相似度是评估分割结果与真实分割之间区域匹配程度的指标。
它通过计算分割区域与真实区域之间的重合程度来评估分割的准确性。
常用的区域相似度指标包括覆盖率（Recall）和准确率（Precision）。
覆盖率表示分割中正确划分的区域与真实区域的比例，准确率表示真实区域中被正确划分的区域比例。
综合考虑覆盖率和准确率的F1得分是一个常用的评价指标，其计算公式为F1 = 2 * (Precision * Recall) / (Precision + Recall)。
3. 边界误差（Boundary Error）边界误差是评估分割结果边界与真实边界之间差异程度的指标。
它可以通过计算分割边界与真实边界之间的距离进行测量。
常用的边界误差指标包括平均绝对误差（MAE）和线段对称哈尔夫距离（LSHD）。
MAE计算所有点与最近边界之间的距离的平均值，而LSHD计算最小距离点对之间的平均距离。
4. 相似性指数（Similarity Index）相似性指数是评估分割结果与真实分割之间相似程度的指标。
如何利用计算机视觉技术进行图像分割与重建
如何利用计算机视觉技术进行图像分割与重建图像分割与重建是计算机视觉技术中的重要任务，它涉及将一幅图像分割为多个子图像，然后用这些子图像重新构建原始图像。
这种技术在很多领域都有广泛的应用，例如医学影像分析、自动驾驶、图像编辑等。
要利用计算机视觉技术进行图像分割与重建，需要以下步骤：1. 图像分割：图像分割是将图像中的像素分成不同的区域或对象的过程。
常见的图像分割方法包括阈值分割、边缘检测、区域生长等。
阈值分割是一种简单但有效的方法，它根据像素的灰度值与事先设定的阈值进行比较，将像素分为不同的区域。
边缘检测则是通过检测图像中的边界进行分割，常用的算法包括Sobel算子、Canny边缘检测等。
区域生长是根据像素的相似性将相邻的像素组合成区域，常用的算法有基于种子点的区域生长、基于边缘的区域生长等。
2. 特征提取与表示：在图像分割的过程中，通常需要提取与表示图像中的特征。
特征可以是像素的灰度值、颜色、纹理等。
常用的特征提取方法包括灰度共生矩阵、局部二值模式、纹理特征等。
这些特征可以用来描述图像中的不同区域，从而帮助进行分割。
3. 分割结果的优化与评估：分割结果通常需要进行优化与评估，以获得更好的分割效果。
优化方法可以基于图像的统计特性，例如最小化分割区域的边界长度、最大化同一区域的像素相似度等。
评估指标可以使用比较常见的方法，例如交叉熵、Dice系数等。
这些方法可以帮助我们评估分割结果的准确性、一致性和稳定性。
4. 图像重建：图像重建是根据分割结果，将分割后的子图像重新组合成原始图像。
有多种方法可以实现图像重建，例如像素重组、插值、贝塞尔曲线拟合等。
重建的关键在于合理选择重建算法，并将分割的子图像精确地拼接起来，以保持原始图像的信息。
综上所述，利用计算机视觉技术进行图像分割与重建需要进行图像分割、特征提取、分割结果优化与评估以及图像重建等步骤。
这些步骤可以帮助我们提取图像中的信息，进行分析和处理，从而实现图像的分割与重建任务。
图像分割
Image Segmentation诸薇娜zhuweina@Image Segmentation•数字图像处理的目的之一是图像识别，图像分割与测量是图像识别工作的基础。
•图像分割将图像分为一些有意义的区域，然后可以对这些区域进行描述，相当于提取出某些目标区域图像的特征，判断图像中是否有感兴趣的目标。
图像分割举例•图像分割是把图像分解成构成的部件和对象的过程•把焦点放在增强感兴趣对象–汽车牌照•排除不相干图像成分：–非矩形区域图像分割的策略•图像分割的基本策略是基于灰度值的两个基本特性：–不连续性•是基于亮度的不连续变化分割图像，如图像的边缘–区域内部的相似性•通过选择阈值，找到灰度值相似的区域•区域的外轮廓就是对象的边Image Segmentation•间断检测• 点检测• 线检测• 边缘检测 寻找间断的一般方法：模板检测 点检测•使用如图所示的模板，如果|R| >=T，则在模板中心位置检测到一个点–其中，T是阈值，R是模板计算值•基本思想：如果一个孤立点与它周围的点不同，则可以使用上述模板进行检测。
•注意：如果模板响应为0，则表示在灰度级为常数的区域TRImage SegmentationImage Segmentation线检测: 通过比较典型模板的计算值，确定一个点是否在某个方向的线上4个线检测模板• 第一个模板对水平线有最大响应• 第二个模板对45方向线有最大响应• 第三个模板对垂直线有最大响应• 第四个模板对-45方向线有最大响应Image Segmentation用R1,R2,R3和R4分别代表水平、45、垂直和-45方向线的模板响应，在图像中心的点，如果|Ri| >|Rj| , j !=i则此点被认为与在模板i方向上的线更相关例：如果|R1| > |R j| , j = 2,3,4则该点与水平线有更大的关联•在灰度恒定的区域，上述4个模板的响应为零•可以设计其它模板：•模板系数之和为0•感兴趣的方向系数值较大Image Segmentation边缘检测边缘检测•一阶–在边缘斜面上，一阶导数为正，–其它区域为零•二阶–在边缘与黑色交界处，二阶导数为正–在边缘与亮色交界处，二阶导数为负–沿着斜坡和灰度为常数的区域为零Image Segmentation边缘检测•结论– 一阶导数可用于检测图像中的一个点是否在–边缘上– 二阶导数可以判断一个边缘像素是在边缘亮–的一边还是暗的一边– 一条连接二阶导数正值和负值的虚构直线将–在边缘中点附近穿过零点– 一阶导数使用梯度算子，二阶导数使用拉普–拉斯算子边缘检测•一阶导数：用梯度算子来计算Image Segmentation边缘检测边缘检测边缘检测边缘检测•结论–Prewitt和Sobel算子是计算数字梯度时最常–用的算子–Prewitt模板比Sobel模板简单，但Sobel模–板能够有效抑制噪声Image SegmentationImage SegmentationImage SegmentationImage Segmentation边缘检测•二阶导数：通过拉普拉斯来计算边缘检测•拉普拉斯算子总结– 缺点：• 拉普拉斯算子对噪声具有敏感性• 拉普拉斯算子的幅值产生双边缘• 拉普拉斯算子不能检测边缘的方向– 优点：• 可以利用零交叉的性质进行边缘定位• 可以确定一个像素是在边缘暗的一边还是亮的一边边缘检测Image Segmentation边缘检测•高斯型拉普拉斯算子总结–高斯型函数的目的是对图像进行平滑处理–拉普拉斯算子的目的是提供一幅用零–交叉确定边缘位置的图像平滑处理减少了噪声的影响Image Segmentation边缘检测•对比二阶拉普拉斯算子和一阶Sobel梯度算子– 缺点• 边缘由许多闭合环的零交叉点决定• 零交叉点的计算比较复杂– 优点• 零交叉点图像中的边缘比梯度边缘细• 抑制噪声的能力和反干扰性能• 结论：梯度算子具有更多的应用边缘连接和边界检测• 为什么需要边缘连接？• 局部处理• 整体处理之霍夫变换边缘连接和边界检测•为什么需要边缘连接？–由于噪声、照明等产生边缘间断，使得一组像素难以完整形成边缘–因此，在边缘检测算法后，使用连接过程将间断的边缘像素组合成完整边缘边缘连接和边界检测•局部处理– 分析图像中每个边缘点(x,y)的一个邻域内的像素，根据某种准则将相似点进行连接，由满足该准则的像素连接形成边缘– 如何确定边缘像素的相似性• 边缘像素梯度算子的响应强度• 边缘像素梯度算子的方向边缘连接和边界检测Image Segmentation边缘连接和边界检测•通过Hough变换进行整体处理•Hough变换– 问题的提出– Hough变换的基本思想– 算法实现– Hough变换的扩展•Hough变换问题的提出– 在找出边界点集之后，需要连接，形成完整的边界图形描述•Hough变换的基本思想–对于边界上的n个点的点集，找出共线的点集和直线方程。
Chap05_图像分割(中)
2010-9-27wangzhiming@ 27§5.1.3 多光谱图像阈值化每个谱段中独立进行，结果综合；递归的多光谱图像阈值化； 把每个像素或小邻域看作是具有n 维向量的数据点。
2010-9-27wangzhiming@ 28§5.1.3 多光谱图像阈值化(续) 算法5.3 递归的多光谱阈值化(1) 将整个图像初始化为单个区域；(2) 给每个谱段计算一个平滑的直方图，在每个直方图中找到一个最显著的峰，确定两个阈值分别对应于该峰两侧的局部最小值。
根据这些阈值将各个谱段的每个区域分割为子区域。
将各个谱段的每个分割投影到多光谱分割中，下一步处理多光谱图像中的区域； (3) 对于图像的每个区域重复第二步，直至每个区域的直方图只含有一个显著的峰。
2010-9-27wangzhiming@ 29§5.1.3 多光谱图像阈值化(续)2010-9-27wangzhiming@ 30§5.1.4 分层数据结构下的阈值化 建立图像的金字塔数据结构；在低分辨率图像中检测区域的出现，在更高层直至完全分辨率下给出更精确的区域；优点：噪声对分割结果的影响较小。
§5.1.4 分层数据结构下的阈值化(续)2010-9-27wangzhiming@ 312010-9-27wangzhiming@ 32§5.2 基于边缘的分割基于不连续性的分割；边缘检测的结果并不能作为分割结果，需经后处理建立边缘链； 先验信息越多，分割结果就越好。
2010-9-27wangzhiming@ 33§5.2.1 边缘图像阈值化将灰度边缘阈值化；将变粗的边缘细化：非最大抑制(Non-Maximum suppression)； 连接弱边缘：滞后过滤(Hysteresis thresholding)；2010-9-27wangzhiming@ 34§5.2.1 边缘图像阈值化(续) 算法5.5 有方向的边缘数据的非最大抑制1. 根据8-邻接将边缘方向量化；2. 对于每个非0幅值的边缘像素，考察其边缘方向指出的两个邻接像素；3. 如果两个邻接像素的幅值有一个超过当前像素，将它标记删除；4. 当所有像素都考察过后，重新扫描图像，以0值抹去所有标记过的像素。
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人眼图像示例
分类—连续性与处理策略
连续性：
不连续性：边界 相似性：区域 并行：不 串行：结果被其后的处理利用 并行边界；串行边界；并行区域；串行区域
处理策略：早期处理结果是否影响后面的处理
四种方法
问题
不同种类的图像、不同的应用要求所要求提取的区 域是不相同的。分割方法也不同，目前没有普遍适 用的最优方法。 人的视觉系统对图像分割是相当有效的，但十分复 杂，且分割方法原理和模型都未搞清楚。这是一个 很值得研究的问题。
Hough变换
得到点A（a,b）是我们的解，(a,b)对应到图像坐标 系xy中所求直线的斜率和截距 a
A
b
Hough变换
计算步骤
(1) 对参数空间中参数a和b的可能取值范围进行 量化，根据量化结果构造一个累加数组A(amin: amax , bmin: bmax)，并初始化为零 (2) 对每个XY空间中的给定点让a取遍所有可能 值，计算出b，根据a和b的值累加A：A(a, b) = A(a, b) + 1 (3) 根据累加后A中最大值所对应的a和b，定出 XY中的一条直线，A中的最大值代表了在此直线上给定 点的数目，满足直线方程的点就是共线的
研究层次
图像分割算法 图像分割算法的评价和比较 对分割算法的评价方法和评价准则的系统研究
图像分割的策略
图像分割的基本策略是基于灰度值的两个基本特性：
区域之间的不连续性 先找到点、线（宽度为1）、边（不定宽度） 再确定区域
区域内部的相似性 通过选择阈值，找到灰度值相似的区域 区域的外轮廓就是对象的边
图像分割
课程内容
计算机图像处理的两个目的：
产生更适合人观察和识别的图像 有计算机自动识别和理解图像
内容安排
图像分割定义和方法分类 边缘检测 阈值分割 Hough变换 基于过渡区的阈值 区域生长
图像分割
图像分割的目标是重点根据图像中的物体将图像的 像素分类，并提取感兴趣目标 图像分割是图像识别和图像理解的基本前提步骤
2 g x, y 2 G x, y, f x, y 2G x, y, f x, y
1 2 2 x2 y2 G G 1 x y 2 2 2G x , y , 1 e 2 x 2 y 2 4 2 2 2
点检测
用空域的高通滤波器来检测 孤立点：
R= (-1 * 8 * 8 + 128 * 8)/9=106 可以设置阈值T = 64 若R=0，则说明？ 若R > T，则说 8 8 8 明？ 8 8 128 8 图像 8 8
-1 -1 -1
-1 8 -1 模板
-1 -1 -1
点检测
汽轮机叶片对 应的X光图像
Hough变换
Hough(哈夫)变换可以用于将边缘像素连接起来得 到边界曲线，它的主要优点在于受噪声和曲线间断 的影响较小
Hough变换
Hough变换的基本思想：
在xy平面内的一条直线可以表示为： y ax b b xa y 将a、b作为变量，ab平面内直线可以表示为： 如果点(x1,y1)与点(x2,y2)共线，那么这两点在参数ab 平面上的直线将有一个交点 在参数ab平面上相交直线最多的点，对应的xy平面上 的直线就是我们的解 这种从线到点的变换就是Hough变换 a′ y a (x1,y1) b′ (x2,y2) x b
对于图像信号，Marr提出先 用高斯函数进行平滑：
G x, y, 1 2
2
e
1 2
2
x
2
y2
对图像进行线性平滑，在数 学上是进行卷积。
g x, y G x, y, f x, y
由于边缘点是图像中灰度值变化剧烈的地方，这种图像强度的突变将在一阶导数中产 生一个峰，或等价于二阶导数中产生一个零交叉点。Marr提出用拉普拉斯算子来替代， 即用下式的零交叉点作为边缘点。
解决的一个方法是在边缘检测之前对图像进行平滑
常用的平滑滤波器为高斯（Gauss）函数：
1 g 0 h x e 2
x2 2 2
x g1 hx e 3 2 g 2 hx 1 2
x2 2 2
e 3
x2 2
2
x2 2 1
1 5 1 1 5 1 1 5 1 1 5 1 1 5 1 1 5 1 1 5 1 1 5 1 1 5 1
边缘检测
物体的边缘是以图像局部特性的不连续性的形式出现 的，从本质上说，边缘意味着一个区域的终结和另一 个区域的开始。 图像边缘信息在图像分析和人的视觉中都是十分重要 的，是图像识别中提取图像特征的一个重要属性。 是一种并行边界技术
常用的方法是求解灰度直方图 中的双峰或者多峰，并以两峰之 间的谷底作为阈值
T
阈值举例
设想电脑玩家手中的扑克牌，我们需要对其进行视 觉上的分析
原始图像
阈值图像
但是小心……
如果你设置了错误的阈值，结果是很糟糕的
太小的阈值
太大的阈值
全局阈值（Global Thresholding）
全局阈值是指整幅图像使用同一个阈值做分割处理， 并产生一个二值图，区分出前景对象和背景。 适用于背景和前景对比度大的图像 算法实现： 选取一个合适的阈值T，逐行扫描图像 凡灰度级大于T的，颜色置为255；凡灰度级小 于T的，颜色置为0
高斯拉普拉斯举例
阈值（Thresholding）
图像分割的经典方法是基于灰度阈值的分割方法 我们已经讨论了简单的单值阈值，它把一幅灰度图 像转换成二值图像 简单的单值阈值在数学上可以描述为：
1 g ( x, y ) 0 如果f ( x, y ) T 如果f ( x, y ) T
2 2
其方向为
f y arctg f x
图像经过梯度运算能灵敏地检测出边界，但是梯度运算 比较复杂。
对于数字图像，可用一阶差分替代一阶微分：
x f x, y f x, y f x 1, y y f x, y f x, y f x, y 1
则f(x,y)的梯度幅度可以=？
常用的边缘检测器
给定图像中的一个 3*3区域，使用下面的边缘检测 滤波器进行检测，它们都使用一阶导数
边缘检测举例
原始图像 水平梯度部分
垂直梯度部分
组合得到边缘图像
边缘检测问题
边缘检测中经常碰到的问题是：
图像中存在太多的细节。比如，前面例子中的砖墙 图像受到噪声的干扰，不能准确的检测边缘
基本的全局阈值算法
基本的全局阈值T可以按如下计算：
1、选择一个初时估计值T （一般为图像的平均灰度值） 2、使用T分割图像，产生两组像素：G1包括灰度级大 于T的像素，G2包括灰度级小于等于T的像素 3、计算G1 中像素的平均值并赋值给μ1，计算G2 中像 素的平均值并赋值给μ2 1 2 4、计算一个新的阈值： T
Hough变换
算法特点：
对a、b量化过粗，直线参数就不精确，过细则计算量 增加。因此，对a、b量化要兼顾参数量化精度和计算 量。 Hough变换检测直线的抗噪性能强，能将断开的边缘 连接起来。 此外Hough变换也可用来检测曲线，比如圆、椭圆等
2
5、重复步骤 2 ～ 4，一直到两次连续的T之间的差小 于预先给定的上界T∞
基本的全局阈值算法
阈值举例1
选择直方图中 双峰之间的谷底 作为全局阈值
阈值举例2
通过算法迭代产生全局阈值
单值阈值的问题
单值阈值只能对双峰直方图工作得较好 对于其它类型的直方图，需要更多的阈值
单值阈值和光照
不均匀的光照会使单值阈值方案失效
基本的自适应阈值
解决单值阈值无法工作的一个方法是将图像分割为 子图像，并分别进行阈值化处理 由于每个像素的阈值依赖于其在图像中的位置，因 此称为自适应（adaptive）阈值
基本的自适应阈值举例
下图为对前面提到的图像进行自适应阈值后的图像 我们看到图像得到了改善，但是需要对出错的图像 进行进一步的细分，从而得到更好的效果
原始图像 水平梯度部分
垂直梯度部分
组合得到边缘图像
Laplacian 边缘检测
我们曾经碰到过基于2阶导数的Laplacian滤波器
Laplacian由于对噪声太敏感，因此一般不单独使用 通常和平滑Gaussian滤波器进行结合来进行边缘检 测
高斯拉普拉斯（LOG）
高斯拉普拉斯(Laplacian of Gaussian，LOG，或 Mexican hat，墨西哥草帽)滤波器使用了Gaussian来 进行噪声去除并使用 Laplacian来进行边缘检测
边缘导数
阶跃型
凸缘型
房顶型
边缘检测
边缘上的这种变化可以通过微分算子进行检测：
一阶导数：通过梯度来计算 二阶导数：通过拉普拉斯算子来计算
边界图像
截面图
边缘检测
一阶导数：用梯度算子来计算
特点：对于亮的边，边的变化起点是正的，结束是负 的。对于暗边，结论相反。常数部分为零。 用
特点：二阶微分在亮的一边是正的，在暗的一边是负 的。常数部分为零。 用途：确定边上的像素是在亮的一边，还是暗的一边， 0用于确定边的准确位置
简单边缘检测方法
最早的边缘检测方法都是基于像素的数值导数的， 在数字图像中应用差分代替导数运算。 由于边缘是图像上灰度变化比较剧烈的地方，在 灰度变化突变处进行微分，将产生高值，因此在数学 上可用灰度的导数来表示变化。 差分定义：
滤波器具有两个显著的特点：
(1)该滤波器中的高斯函数部分能把图像平滑。
（2）该滤波器采用拉普拉斯算子可以减少计算量。 在具体实现