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1、第一章 緒論1.1課題的研究背景及意義隨著信息技術(shù)的發(fā)展和不斷深入，人們?cè)絹碓蕉嗟睦糜?jì)算機(jī)來幫助人類獲取與處理各種信息。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在人類從外界獲得的信息中有75%左右是來自視覺或者說圖像信息，它是人類最有效的信息獲取和交流方式，圖像也因?yàn)槠渌男畔⒘看?、表現(xiàn)直觀而在近年得到的廣為宣傳和應(yīng)用的多媒體中占據(jù)了重要的地位。圖像分割是一種基本的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，是從圖像處理到圖像分析的關(guān)鍵步驟。圖像分割就是將圖像表示為物理上有意義的連通區(qū)域的集合，是進(jìn)行圖像分析的第一步工作，也是解決起來比較困難的一個(gè)問題。對(duì)于那些基于圖像分割結(jié)果的接下來的任務(wù)，如特征提
2、取、目標(biāo)識(shí)別等的質(zhì)量的好壞都取決于是否有一個(gè)質(zhì)量比較好的圖像分割結(jié)果，有效合理的圖像分割能夠?yàn)榛趦?nèi)容的圖像檢索、對(duì)象分析等抽象出十分有用的信息，從而使得更高層的圖像理解成為可能[1]。1.1.1圖像分割在數(shù)字圖像處理中的地位為了弄清圖像分割在數(shù)字圖像處理中所處的地位，我們引入并使用“圖像工程”這個(gè)概念。圖像技術(shù)在廣義上是各種與圖像有關(guān)技術(shù)的總稱。圖像技術(shù)種類很多，跨度很大，但可以將它們歸在一個(gè)整體框架一一“圖像工程”之下。圖像工程是一個(gè)對(duì)整個(gè)圖像領(lǐng)域進(jìn)行研究應(yīng)用的新科學(xué)，它的內(nèi)容非常豐富，根據(jù)抽象程度和研究方法等的不同可分為三個(gè)有特點(diǎn)的層次（如圖
3、1-1所示）：圖像處理、圖像分析和圖像理解[2]。圖1-1 圖像分割在圖像工程中的位置..圖像處理著重強(qiáng)調(diào)在圖像之間進(jìn)行變換以改善圖像的視覺效果。圖像分析則主要是對(duì)圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和測(cè)量，以獲得它們的客觀信息從而建立對(duì)圖像的描述。圖像理解的重點(diǎn)是在圖像分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)和它們之間的相互聯(lián)系，并得出對(duì)原始成像客觀場景的解釋，從而指導(dǎo)和規(guī)劃行動(dòng)。圖像處理、圖像分析和圖像理解具有不同的操作對(duì)象，參考圖1-1圖像處理是比較低層的操作，它主要在圖像像素級(jí)上進(jìn)行處理。圖像分析則進(jìn)入了中層，它側(cè)重于對(duì)像素集合到目標(biāo)的表達(dá)測(cè)量描
4、述。圖像理解主要是高層操作，基本上是對(duì)從描述中抽象出來的數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行運(yùn)算推理。在對(duì)圖像的研究和應(yīng)用中，人們往往僅對(duì)圖像中的某些部分感興趣。這些部分常稱為目標(biāo)或前景(其他部分稱為背景)，它們一般對(duì)應(yīng)圖像中特定的、具有獨(dú)特性質(zhì)的區(qū)域。為了辨識(shí)和分析目標(biāo)，需要將它們分離提取出來，在此基礎(chǔ)上才有可能對(duì)目標(biāo)進(jìn)一步利用。圖像分割就是指把圖像分成各具特性的區(qū)域并提取出感興趣目標(biāo)的技術(shù)和過程。這里的特性可以是像素的灰度、顏色、紋理等。圖像分割是由圖像處理過渡到圖像分析的關(guān)鍵步驟，在圖像工程中占據(jù)重要的位置。一方面，它是目標(biāo)表達(dá)的基礎(chǔ)，對(duì)特證測(cè)量有重要的影響。另一方
5、面，因?yàn)閳D像分割及其基于分割的目標(biāo)表達(dá)、特證提取和參數(shù)測(cè)量等將原始圖像轉(zhuǎn)化為更抽象更緊湊的形式，這才使得更高層的圖像分析和理解成為可能。1.1.2圖像分割的應(yīng)用領(lǐng)域在實(shí)際生產(chǎn)生活中，圖像分割的應(yīng)用也非常廣泛，幾乎出現(xiàn)在有關(guān)圖像處理的所有領(lǐng)域，并涉及各種類型的圖像。例如，在遙感應(yīng)用中，衛(wèi)星云圖的處理;在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，腦部MR圖像分析;在交通圖像分析中，違章車輛車牌區(qū)域的分割;在面向?qū)ο蟮膱D像壓縮和基于內(nèi)容的圖像檢索中感興趣區(qū)域的提取。在這些應(yīng)用中，圖像分割通常是為了進(jìn)一步對(duì)圖像進(jìn)行分析、識(shí)別、壓縮編碼等，區(qū)域提取的準(zhǔn)確性將直接影響后繼任務(wù)的有效性，因此
6、分割的方法和精確程度是至關(guān)重要的。也是因?yàn)閳D像分割在數(shù)字圖像處理中占據(jù)了如此舉足輕重的地位，所以才會(huì)在凡是有數(shù)字圖像處理出現(xiàn)的地方就必然少不了圖像分割的身影?？v觀數(shù)字圖像處理的歷史，隨著計(jì)算機(jī)的高速化和大容量化，攝像設(shè)備的小型化和高精度化，這在使得圖像處理在工作站及個(gè)人計(jì)算機(jī)等小型機(jī)上的實(shí)現(xiàn)成為可能的同時(shí)，更使圖像的質(zhì)量有了突飛猛進(jìn)的改善。技術(shù)的進(jìn)步帶來應(yīng)用的革新，對(duì)人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了全面而深刻的影響，使得數(shù)字圖像處理技術(shù)在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)、軍事國防及現(xiàn)代管理決策部門等各行各業(yè)都得到越來越多的應(yīng)用，其場合廣闊、內(nèi)容眾多、形式新穎、門類齊全，其應(yīng)
7、用前景可以說是方興未艾，正向著實(shí)時(shí)化、大眾化、小型化、遠(yuǎn)程化等多方面迅猛發(fā)展。下面列出的表1-1簡明扼要地展示了數(shù)字圖像處理的一些常見應(yīng)用領(lǐng)域[2]。1.2圖像分割技術(shù)的現(xiàn)狀..自20世紀(jì)70年代起，對(duì)圖像分割的研究一直是圖像技術(shù)研究中的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)，人們對(duì)其的關(guān)注和投入不斷提高。圖像分割作為圖像處理中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，至今已提出上千種分割算法，但因至今尚無通用的分割理論，現(xiàn)提出的分割算法也大都是針對(duì)具體問題的，并沒有一種適合所有圖像的通用分割算法。另外，還沒有制定出選擇適用分割算法的標(biāo)準(zhǔn)，這給圖像分割技術(shù)的應(yīng)用帶來許多實(shí)際問題。比較常用的且分割效果較
8、為理想的有基于形態(tài)學(xué)的分水嶺分割、快速聚類分割、顆粒分割、區(qū)域閾值法和邊緣檢測(cè)法等。表1-1 數(shù)字圖像處理的常見應(yīng)用領(lǐng)域
