圖像分割的多維Otsu算法研究.pdf

1、圖像分割的目的是分割出給定圖像中符合要求的高質(zhì)量的目標(biāo)區(qū)域。數(shù)字圖像分割算法發(fā)展到現(xiàn)在，已出現(xiàn)近千種方法，其中Otsu算法是一種經(jīng)典的基于閾值的圖像分割算法。Otsu算法已由一維、二維發(fā)展到了多維，其分割質(zhì)量也隨著維度的增加有所改善，但同時(shí)也增加了算法的時(shí)間復(fù)雜度，這使得Otsu法的實(shí)際應(yīng)用受到限制。本文在研究了Otsu發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了多維Otsu綜合改進(jìn)算法的研究工作。
　　首先，研究了Otsu算法的當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀；然后，

2、分析不同Otsu法的分割效果和算法效率，進(jìn)行各Otsu算法的邏輯和維度方面的改進(jìn)研究；最后，給出相應(yīng)的二維、三維綜合改進(jìn)算法，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其可行性和高效性。主要研究成果由以下三部分構(gòu)成：
　　通過研究二維Otsu法及其各種改進(jìn)算法，本文提出二維Otsu綜合改進(jìn)算法：首先，研究發(fā)現(xiàn)二維Otsu法存在大量冗余計(jì)算，統(tǒng)計(jì)區(qū)域也不夠合理，為解決該問題我們將閾值形式由二維點(diǎn)轉(zhuǎn)換為兩個(gè)指標(biāo)之和的一維形式，統(tǒng)計(jì)區(qū)域選取二維直方圖對角線兩側(cè)區(qū)域

3、；然后通過研究推理得到在計(jì)算類間方差過程中的遞推函數(shù)，進(jìn)行遞推改進(jìn)；最后對像素值和鄰域均值增添權(quán)重系數(shù)。綜合以上三點(diǎn)得到了二維Otsu綜合改進(jìn)算法，時(shí)間復(fù)雜度由原始算法的4O（L)降為2O（L)，通過對比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該算法在縮短時(shí)間的同時(shí)保證了分割效果。
　　三維Otsu中第三維指標(biāo)選取的研究：傳統(tǒng)的三維Otsu算法是在二維基礎(chǔ)上增加一個(gè)統(tǒng)計(jì)維度，其關(guān)鍵技術(shù)是第三個(gè)維度指標(biāo)的選取。我們首先嘗試使用了一些學(xué)者提出的鄰域中值、加權(quán)鄰域中

4、值，但由于這些指標(biāo)和第二個(gè)維度(鄰域均值)代表的圖像信息相近，故實(shí)驗(yàn)效果同二維Otsu幾乎相近，之后我們使用各類梯度算子進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)Sobel算子能更好的描述圖像邊緣細(xì)節(jié)，故我們將第三個(gè)維度指標(biāo)選取為Sobel算子。
　　通過對三維Otsu改進(jìn)算法的研究，本文提出三維Otsu綜合改進(jìn)算法：首先，基于第三維指標(biāo)選取的研究，確定三個(gè)指標(biāo)為像素值、鄰域均值、Sobel梯度值；其次，對閾值點(diǎn)的形式進(jìn)行降維改進(jìn)，由三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三個(gè)指標(biāo)之

5、和，統(tǒng)計(jì)區(qū)域改為三維直方圖體對角線周圍區(qū)域；然后，研究得到計(jì)算類間方差時(shí)相鄰閾值點(diǎn)的遞推函數(shù)，以空間復(fù)雜度換取時(shí)間復(fù)雜度；最后，由于三個(gè)指標(biāo)反映圖像信息程度不同，故增加了權(quán)重系數(shù)。綜合以上幾點(diǎn)得到三維Otsu綜合改進(jìn)算法，時(shí)間復(fù)雜度由原始算法的6O（L)降低為3O（L)，并通過對比試驗(yàn)驗(yàn)證了本算法的時(shí)間效率和分割效果。最后分析說明了本文給出的兩種綜合改進(jìn)算法的使用范圍。
　　總之，本文主要圍繞Otsu算法進(jìn)行各種改進(jìn)研究，提出了二