图像分割的概念
计算机视觉中的图像分割与目标检测
计算机视觉中的图像分割与目标检测随着计算机技术的发展和进步，计算机视觉的应用逐渐成为现实。
在计算机视觉领域中，图像分割和目标检测是两个重要的任务。
本文将就图像分割和目标检测的概念、算法原理以及应用领域进行详细介绍。
一、图像分割图像分割是将一幅图像分割成若干个区域或者像素的过程。
其目的是将图像分为具有独立语义的子图像，从而更好地实现对图像内容的理解和分析。
图像分割在计算机视觉中被广泛应用，如医学图像分析、图像识别、图像压缩等。
图像分割算法有很多种，常见的包括阈值分割、边缘检测、区域生长等。
阈值分割是最简单的图像分割方法，其基本思想是根据像素的灰度值与设定的阈值进行比较，将像素分为不同的区域。
边缘检测是通过提取图像中的边缘信息来实现分割的方法。
区域生长算法则是以种子点为起点，通过生长的方式将与种子点相连的像素归为同一区域。
二、目标检测目标检测是计算机视觉中的另一个重要任务，其目的是在图像中找出感兴趣的目标并进行位置的确定。
目标检测在很多应用领域都有广泛的应用，如智能交通监控、人脸识别、无人驾驶等。
目标检测的算法也有多种，常见的有基于特征的方法和基于深度学习的方法。
基于特征的方法主要是通过提取图像中的特征信息，并采用分类器来进行目标的检测。
其中，常用的特征包括Haar特征、HOG 特征等。
基于深度学习的方法则是利用神经网络对图像进行端到端的处理，通过卷积神经网络（CNN）或者循环神经网络（RNN）实现目标的检测。
三、图像分割与目标检测的应用图像分割和目标检测在众多领域中都有广泛应用。
以医学图像分析为例，图像分割能够帮助医生更好地分割出肿瘤等病灶区域，从而为疾病的诊断提供更准确的依据。
而目标检测则能够帮助医生快速定位并识别出疾病部位，为手术治疗提供指导。
在智能交通监控领域，图像分割可以将车辆与背景进行分离，为车辆的跟踪和计数提供基础。
目标检测则能够实现对交通标志、车辆等感兴趣目标的实时检测和识别，从而帮助交通管理部门进行交通流量统计和道路安全监控。
图像分割与特征提取_图文_图文
7.3.2 其它阈值选取方法
3. 迭代式阈值的选取
迭代式阈值选取过程可描述为： ① 选取一个初始阈值T； ② 利用阈值T把给定图像分割成两组图像，记为R1和 R2； ③ 计算R1和R2均值μ1和μ2； ④ 选择新的阈值T，且
⑤ 重复第②至④步，直至R1和R2的均值μ1和μ2不再 变化为止。
7.4 基于跟踪的图像分割
2. 双峰形直方图谷底阈值的获取
通常情况下由于直方图呈锯齿形状，这时，需要利用 某些解析函数对双峰之间的直方图进行拟合，并通过对拟
合函数求微分获得最小值。
设有二次曲线方程：
（7.30）
对应于直方图双峰之间的最小值谷底阈值就为：
（7.31）
7.3.2 基于双峰形直方图的阈值选取
2. 双峰形直方图谷底阈值的获取
该类二值图像灰度分布的百分比时，就可通过试探的 方法选取阈值，直到阈值化后的图像的效果达到最佳 为止。
7.3.2 其它阈值选取方法
3. 迭代式阈值的选取 基本思路是：首先根据图像中物体的灰度分布情
况，选取一个近似阈值作为初始阈值，一个比较好的 方法就是将图像的灰度均值作为初始阈值；然后通过 分割图像和修改阈值的迭代过程来获得任可的最佳阈 值。
基于阈值的图像分割方法是提取物体与背景在灰 度上的差异，把图像分为具有不同灰度级的目标区域 和背景区域的一种图像分割技术。
7.3.1 基于阈值的分割方法
1. 阈值化分割方法
图7.3.1 基于单一阈 值分割的灰度直方图
T
利用阈值T分割后的图像可定义为：
从暗的背景上分 割出亮的物体：
（7.24）
从亮的背景上分 割出暗的物体：
7.2.3 二阶微分边缘检测
图7.3 Laplacian二阶边缘检测算子的边缘检测示例
遥感数字图像处理教程图像分割
通过直方图得到阈值 T
通过直方图得到阈值 对噪音的处理 对直方图进行平滑处理，如最小二乘法，等不过点插值。
通过边界特性选择阈值 基本思想： 如果直方图的各个波峰很高、很窄、对称，且被很深的波谷分开时，有利于选择 阈值。 为了改善直方图的波峰形状，我们只把区域边缘的像素绘入直方图，而不考虑区 域中间的像素。 用微分算子，处理图像，使图像只剩下边界中心两边的值。
通过边界特性选择阈值 基本思想： 这种方法有以下优点： 1)在前景和背景所占区域面积差别很大时，不会造一个灰度级的波峰过高，而另一个 过低 2)边缘上的点在区域内还是区域外的概率是相等的，因此可以增加波峰的对称性 3)基于梯度和拉普拉斯算子选择的像素，可以增加波峰的高度
通过边界特性选择阈值
阈值分割法 阈值分割法的特点： 适用于物体与背景有较强对比的情况，重要的是背景或物体的灰度比较单一 。（可通过先求背景，然后求反得到物体） 这种方法总可以得到封闭且连通区域的边界。
f(x0,y0) T
灰度值
通过交互方式得到阈值
基本思想：
在通过交互方式下，得到对象（或背景 ）的灰度值，比得到阈值T容易得多 。
基于多个变量的阈值 基本思想：把前面的方法扩展到多维空间，则寻找波谷的过程，变为寻找点簇的过程 。 算法实现： 各维分量波谷之间进行逻辑与运算，从波谷重合的点，得到实际的阈值T。 应用场合：有多个分量的颜色模型，如RGB模型、CMYK模型、HSI模型
8.3 边缘检测 一、边缘的定义
图像中像素灰度有阶跃变化或屋顶变化的那些 像素的集合。
算法的实现：
1）对图像进行梯度计算，得到梯度图像。
2）得到梯度值最大的那一部分（比如10%）
的像素直方图
3）通过直方图的谷底，得到阈值T。
计算机视觉中的图像分割
计算机视觉中的图像分割计算机视觉领域中，图像分割是一项非常重要的任务。
它可以将一张图像分割成多个部分，每个部分包含不同的物体或区域。
这个过程有很多应用，比如目标跟踪、图像识别、自动驾驶等领域都需要用到图像分割技术。
图像分割的定义在计算机视觉中，图像分割的定义是将一张图像划分成不同的部分，每个部分代表一个物体或区域。
这个过程需要将图像的每个像素分配给一个物体或区域，并且保证不同的物体或区域之间的边界是清晰的。
图像分割的分类图像分割可以分为多种不同的类型，按照分割方法可以分为基于像素的分割和基于区域的分割两种类型。
基于像素的分割是将图像的每个像素分配给不同的类别。
这种方法是最简单的分割方法，但是它的数据量非常大，通常需要进行后期的处理和优化。
基于区域的分割是将图像分成若干个连续区域，每个区域代表着一个物体或者是一个区域。
这种方法能够减少处理的数据量，但是需要将一个像素和它邻近的像素一起处理，这样会增加处理的时间。
另外，还可以按照颜色、亮度、纹理等特征对图像进行分割，这样可以更加准确地分割出每个物体或区域。
图像分割的应用图像分割在计算机视觉领域中有着广泛的应用。
下面列举一些常见的应用：1.目标跟踪目标跟踪是指通过摄像机等设备对目标进行实时跟踪。
这个过程需要先对目标进行识别和分割，只有当目标的区域确定后才能进行跟踪操作。
2.图像识别图像识别需要对图像进行分割和分类，并对每个物体或区域进行特征提取，最终判断图片中的物体或区域属于哪个类别。
图像识别可以应用于人脸识别、果蔬识别、红外识别等领域。
3.自动驾驶自动驾驶是指汽车等车辆在没有人类司机的情况下自主行驶。
这个过程需要对环境中的物体和道路进行识别和分割，以便智能车辆做出正确的决策。
4.图像分割图像分割可以帮助人类去除图像中不需要的元素，同时能够为其他任务提供输入数据。
例如，在医学图像中，可以分割出患者的病灶，并对这些病灶进行跟踪和分析；在卫星图像中，可以使用图像分割技术进行全球气候分析等重要任务。
图像分割算法的原理与效果评估方法
图像分割算法的原理与效果评估方法图像分割是图像处理中非常重要的一个领域，它指的是将一幅图像分割成多个不同的区域或对象。
图像分割在计算机视觉、目标识别、医学图像处理等领域都有广泛的应用。
本文将介绍图像分割算法的原理以及评估方法。
一、图像分割算法原理图像分割算法可以分为基于阈值、基于边缘、基于区域和基于图论等方法。
以下为其中几种常用的图像分割算法原理：1. 基于阈值的图像分割算法基于阈值的图像分割算法是一种简单而高效的分割方法。
它将图像的像素值进行阈值化处理，将像素值低于阈值的部分归为一个区域，高于阈值的部分归为另一个区域。
该算法的优势在于计算速度快，但对于复杂的图像分割任务效果可能不理想。
2. 基于边缘的图像分割算法基于边缘的图像分割算法通过检测图像中的边缘来实现分割。
常用的边缘检测算法包括Sobel算子、Canny算子等。
该算法对边缘进行检测并连接，然后根据连接后的边缘进行分割。
优点是对于边缘信息敏感，适用于复杂场景的分割任务。
3. 基于区域的图像分割算法基于区域的图像分割算法将图像分割成多个区域，使得每个区域内的像素具有相似的属性。
常用的方法包括区域生长、分裂合并等。
该算法将相邻的像素进行聚类，根据像素之间的相似度和差异度进行分割。
优点是在复杂背景下有较好的分割效果。
4. 基于图论的图像分割算法基于图论的图像分割算法将图像看作是一个图结构，通过图的最小割分割图像。
常用的方法包括图割算法和分割树算法等。
该算法通过将图像的像素连接成边，将图像分割成多个不相交的区域。
该算法在保持区域内部一致性和区域间差异度的同时能够有效地分割图像。
二、图像分割算法的效果评估方法在进行图像分割算法比较和评估时，需要采用合适的评估指标。
以下为常用的图像分割算法的效果评估方法：1. 兰德指数（Rand Index）兰德指数是一种常用的用于评估图像分割算法效果的指标。
它通过比较分割结果和真实分割结果之间的一致性来评估算法的性能。
图像分割水平集方法
图像分割水平集方法图像分割是计算机视觉中的重要任务之一，它旨在将一幅图像分割成若干个具有相似特征的区域。
水平集方法是一种常用的图像分割方法，它通过曲线演化的方式来实现分割过程。
本文将介绍图像分割的基本概念，并详细介绍水平集方法的原理及应用。
一、图像分割的基本概念图像分割是指将一幅图像划分成若干个区域，使得每个区域内的像素具有相似的属性。
图像分割在计算机视觉中具有广泛的应用，如目标检测、边缘提取、图像识别等。
常用的图像分割方法包括基于阈值、基于边缘和基于区域的方法。
基于阈值的图像分割方法是指通过设定一定的阈值，将图像中像素的灰度值与阈值进行比较，将灰度值大于或小于阈值的像素分别划分到不同的区域。
这种方法简单快速，适用于对比度较明显的图像分割任务。
基于边缘的图像分割方法是指通过检测图像中的边缘信息来进行分割。
边缘是指图像中颜色、亮度等属性发生突变的位置。
常用的边缘检测算法包括Sobel、Canny等，通过提取图像中的边缘信息，可以将图像划分成若干个相邻的区域。
基于区域的图像分割方法是指将图像中的像素根据其属性进行区域合并或划分。
这种方法通常包括生长式算法、切割式算法等。
生长式算法从种子点出发，逐步将与其相邻且具有相似属性的像素合并到同一区域；切割式算法通过对图像进行分割树构建，然后再进行自底向上的切割操作。
二、水平集方法的原理水平集方法是一种基于曲线演化的图像分割方法，它通过对图像中的曲线进行演化，并利用曲率等特征来进行分割。
水平集方法常用的表达形式是一个函数，称为水平集函数，它可以表示曲线或曲面在图像中的变化。
水平集方法的核心思想是对水平集函数进行演化，使其能够逐渐收敛到目标分割结果。
演化过程中，水平集函数会受到图像梯度、曲率等信息的作用，从而逐渐改变其形状，并最终达到分割的目标。
水平集方法的演化过程通常由以下几个步骤组成：1. 初始化水平集函数：通过设定起始曲线或曲面来初始化水平集函数，起始曲线通常在图像中具有明显的特征。
图像分割算法的原理及实现
图像分割算法的原理及实现图像分割是一种将图像按照某种特定的准则进行拆分的技术，它被广泛应用于计算机视觉领域中的目标定位、图像识别以及医疗领域的病变检测等领域。
图像分割算法的实现要点包括图像特征提取、分割方法选择、分割效果评估等内容。
本文将从原理和实现两个层面对图像分割算法进行深入讲述。
一、图像分割算法原理的概述1.1 图像分割算法的基本原理图像分割是将图像按照其特征和相似性划分为若干个具有这些特征的部分的过程。
通常情况下，图像分割的基本原理是：首先通过预处理将图像中的噪声去除或减小，再进行特征提取来识别图像中感兴趣的目标或区域；接着根据预先设定的分割方法将图像划分为若干个子目标或子区域。
1.2 图像分割算法基本分类按照分割策略，图像分割算法可分为以下三类。
1.2.1 基于阈值的图像分割算法基于阈值的图像分割算法，是将图像根据像素值的分布情况进行分割。
分割时，选择一个阈值，通过枚举阈值的不同取值，找到最佳分割点，将图像分成两个子区域。
此类方法实现简单，但对于复杂场景和多目标识别效果会比较差。
1.2.2 基于区域的图像分割算法这类方法首先根据图像特征将图像中不同的区域分割出来，再通过分割区域外的连续边界将相邻区域进行合并。
1.2.3 基于边缘处理的图像分割算法这类方法首先对图像中的边缘进行检测，再根据边缘连接将图像区域划分为不同的部分。
此类方法对噪声敏感较小，但对于曲线和空间位置的变化比较大的图像难以处理。
二、图像分割算法实现的方法和技术2.1 图像特征提取在实现图像分割的过程中，需要对图像进行特征提取。
主要有以下两种方法。
2.1.1 基于像素点的特征提取方法这种方法主要是根据像素点的位置、颜色等特征进行分割。
其中，像素点的位置是指在图像中的坐标位置，而像素点的颜色是指在图像中的颜色属性。
2.1.2 基于图像区域的特征提取方法这种方法是根据不同区域的纹理、形状或颜色等进行分割。
该方法常用的特征提取技术包括SIFT、SURF、LBP等。
数字图像处理---图像分割
数字图像处理---图像分割图像分割概述图像分析概念：对图像中感兴趣的⽬标进⾏检测和测量，以获得它们的客观信息，从⽽建⽴对图像的描述步骤：1. 图像分割2. 特征识别3. 对象分类4. 建⽴联系概述图像分割概念：将图像划分为互不重叠的区域并提取感兴趣⽬标的技术基本策略：基于灰度值的两个基本特性：不连续性和相似性通过检测不连续性先找边，后确定区域通过检测相似性，在⼀定阈值下找到灰度值相似区域，区域外轮廓即为对象边界⽅法基于边缘的分割⽅法：先提取区域边界，再确定边界限定区域区域分割：确定每个像素归属区域，从⽽形成区域图区域⽣长：将属性接近的连通像素聚集成区域分裂-合并分割：即存在图像划分，也存在图像合并边缘检测算⼦---边缘分割法边缘定义：图像中像素灰度有阶跃变化或屋顶变化的像素的集合分类：阶跃状屋顶状特点：属于⾼频信号区域往往为闭合连线边缘检测流程滤波⇒增强⇒检测⇒定位边缘检测算⼦基本思想：计算局部微分算⼦⼀阶微分：⽤梯度算⼦进⾏运算特点：对于阶跃状变化会出现极⼤值（两侧都是正值，中间最⼤）对于屋顶状变化会过零点（两侧符号相反）不变部分为0⽤途：检测图像中边的存在注意事项：由于结果图中存在负值，因此需要处理后使⽤处理⽅法：取绝对值加最⼩值阈值法⼆阶微分：通过拉普拉斯算⼦计算特点：对于阶跃状变化会过零点（两侧符号相反）对于屋顶状变化会出现负极⼤值（两侧都是正值，中间最⼩）不变部分为0⽤途：检测图像中边的存在常⽤边缘检测算⼦Roberts 算⼦Prewitt 算⼦Sobel 算⼦Kirsch 算⼦Laplacian 算⼦Marr 算⼦交叉⽅向⼀阶锐化问题：锐化处理结果对具有矩形特征的物体的边缘提取较为有效，但是对于不规则形状的边缘提取，则存在信息上的缺损解决思想：利⽤⽆⽅向的锐化算法交叉微分算⼦交叉Roberts 算⼦公式：f ′x =|f (x +1,y +1)−f (x ,y )|f ′y =|f (x +1,y )−f (x ,y +1)|模板:f ′x =−1001,f ′y =01−1特点：算法简单,对噪声敏感，效果较梯度算⼦较好交叉Prewitt 算⼦模板:d ′x =011−101−1−10,d ′y =−1−10−101011特点：与Sobel 相⽐有⼀定抗⼲扰性，图像效果较⼲净交叉Sobel 算⼦模板:d ′x =012−101−2−10,d ′y =−2−10−101012特点：锐化的边缘信息较强kirsch 算⼦(⽅向算⼦)模板：特点在计算边缘强度的同时可以得到边缘⽅向各⽅向间的夹⾓为45°分析取其中最⼤的值作为边缘强度，与之对应的⽅向作为边缘⽅向若取最⼤值绝对值，则仅需要前四个模板即可Nevitia 算⼦[][][][][][]特点:各⽅向间的夹⾓为30°Laplacian算⼦同图像增强中的Laplacian算⼦优点：各向同性、线性和位移不变对细线和孤⽴点检测效果较好缺点对噪声敏感，有双倍加强作⽤不能检测出边缘⽅向常产⽣双像素边缘使⽤之前需要对图像进⾏平滑Marr算⼦在Laplacian算⼦基础上发展⽽来平滑函数采⽤⾼斯正态分布函数h(x,y)=e−x2+y2 2σ2σ为⽅差⽤h(x,y)对图像f(x,y)平滑克表⽰为g(x,y)=h(x,y)∗f(x,y) *代表卷积令r表⽰从原点出发的径向距离，即r2=x2+y2利⽤⾼斯-拉普拉斯滤波器（LOG滤波器）▽2h=(r2−2σ2σ4)e−r22σ2即可利⽤⼆阶导数算⼦过零点的性质，确定图像中阶跃边缘的位置在该算⼦中σ越⼩边缘位置精度越⾼，边缘细节变化越多；σ越⼤平滑作⽤越⼤，但是细节损失越⼤，边缘点定位精度越低过程1. 通过⼆维⾼斯函数对图像进⾏卷积降噪2. ⽤⼆阶导数差分算⼦计算图像强度的⼆阶导数3. 利⽤⼆阶导数算⼦过零点的性质，确定图像中阶跃边缘的位置优点：能快速得到⼀个闭合的轮廓缺点：对噪声敏感Canny边缘检测算⼦最优边缘检测算⼦应有的指标低误判率⾼定位精度抑制虚假边缘过程：1. 计算图像梯度2. 梯度⾮极⼤值抑制3. 双阈值提取边缘点计算图像梯度⾼斯函数的⼀阶导数模板：−11−11,−1−111⾮极⼤值抑制 NMS思想：梯度幅值图像M(x,y)，仅保留梯度⽅向上的极⼤值点过程初始化N(x,y)=M(x,y)对每⼀点在梯度⽅向和反梯度⽅向各找n 个点，若M(x,y)⾮最⼤值，则置零，否则保持不变对NMS 结果⼆值化（双阈值提取边缘点）使⽤两个阈值T 1,T 2:T 2>>T 1由T 1得到E 1(x ,y ),低阈值边缘图：更⼤的误检率由T 2得到E 2(x ,y ),⾼阈值边缘图：更可靠边缘连接初始化E (x ,y )=E 2(x ,y )对E (x ,y )中的每个点在E 1(x ,y )中寻找延长部分进⾏连接输出E (x ,y )Canny 边缘检测算⼦步骤1. ⾼斯滤波器平滑2. ⼀阶偏导计算梯度幅值与⽅向3. 对梯度幅值进⾏⾮极⼤值抑制4. 双阈值算法检测连接边缘Canny 边缘检测算⼦优点参数较⼩计算效率⾼得到边缘连续完整双阈值选择T Low =T HIGH ∗0.4曲⾯拟合法出发点：基于差分检测图像边缘的算⼦往往对噪声敏感四点拟合灰度表⾯法⽤⼀平⾯p (x ,y )=ax +by +c 来拟合四邻域像素灰度值定义均⽅差为ε=∑[p (x ,y )−f (x ,y )]2模板a =12−1−111,b =12−11−11特点：先平均后求差分，对噪声由抑制作⽤边缘跟踪出发点：噪声边检测需要归整边缘像素概念：将检测的边缘点连接成线过程：边缘提取连接成线⽅法光栅扫描跟踪法全向跟踪法光栅扫描跟踪法概念：采⽤电视光栅⾏扫描顺序，结合门限检测，对遇到的像素进⾏分析并确定其是否是边缘的跟踪⽅法具体步骤：[][][][]确定检测阈值d（较⾼）超过d的点作为对象点确定跟踪阈值t（较低）确定跟踪邻域扫描下⼀⾏，跟踪邻域内灰度差⼩于t的，接受为对象点若没有对象点，则该曲线跟踪结束重新从下⼀⾏开始利⽤d寻找对象点并进⾏跟踪扫描结束后跟踪结束特征可以不是灰度级跟踪准则根据具体问题灵活运⽤最好再进⾏⼀次其他⽅向的跟踪全向跟踪Hough变化检测法问题：如何连接边界点集基本思想利⽤xoy直⾓坐标系直线y=ax+b,待求极坐标系内点(ρ,θ),已知求点到线的变化ρ=xcosθ+ysinθ原理:过每个点的直线系分别对应极坐标系上的⼀条正弦曲线，如正弦曲线存在共同交点(ρ′,θ′),则必定在平⾯上共线实现：使⽤交点累积器或直⽅图，寻找相交线段最多的参数空间的点，再寻找对应的直线线段特点：对ρ、θ量化过粗会导致直线参数不精确，过细会导致计算量增加获得直线抗噪能⼒强可以⽤来检测直线阈值分割法基本思想：通过阈值T⽣成⼆值图，在四邻域中有背景的像素就是边界像素特点：适⽤于物体与背景有强对⽐的情况下，且物体或背景的灰度较单⼀可以先求背景再求物体可以得到封闭且连通区域的边界通过交互获得阈值通过直⽅图得到阈值基本思想：边界上的点灰度值出现次数较少⽅法：选取直⽅图⾕底的最⼩灰度值作为阈值缺点：会受到噪声⼲扰改进：取两个峰值之间的某个固定位置降噪简单图像的阈值分割判断分析法最佳熵⾃动阈值法复杂图像的阈值分割步骤⾃动平滑直⽅图确定区域类数⾃动搜索多个阈值特征空间聚类k均值聚类步骤任意选取K个初始聚类中⼼值使⽤最⼩距离判别，将新读⼊的像素分⾄K类重新计算中⼼值，等于⼀类元素的平均值重新聚类直⾄新旧差异不⼤区域增长通过像素集合的区域增长实现：根据应⽤选取种⼦选择描述符种⼦根据描述符扩张直⾄没有新的节点加⼊集合简单区域扩张法以未划分点与起点灰度差⼩于阈值T作为描述符优缺点：1. 不好确定阈值2. ⽆法分割缓慢变化边界质⼼区域增长法以未划分点与区域平均灰度值差⼩于阈值T作为描述符分裂合并法实现：1. 对于灰度级不同的区域划分为四个⼦区域2. 若相邻⼦区域所有像素灰度级相同，则合并3. 反复进⾏直⾄不再进⾏新的分裂合并操作Processing math: 100%。
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图像分割的概念
1、概念：“图像分割就是把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标的技术和过程。
2、意义︰它是由图像处理到图像分析的关键步骤。
图像分割是图像处理与理解、模式识别和人工智能等多个领域中一个十分重要且又十分困难的问题，是计算机视觉技术中关键步骤。
图像分割应用在许多方面。
3、应用:汽车车型自动识别系统、检查癌细胞、精密零件表面缺陷检测，处理卫星拍摄的地形地
貌照片等。
在所有这些应用领域中，最终结果很大程度上依赖于图像分割的结果。