基于颜色分解和阈值技术的舌图像分割方法技术

本发明专利技术提供一种基于颜色分解和阈值技术的舌图像分割方法，其包括以下步骤：步骤S1：对舌图像在HSI颜色空间中的色调分量进行变换；使得变换后舌体和上嘴唇的色调分量与其近邻组织间存在色调差异；步骤S2：在变换后的色调分量上执行图像阈值分割，获得二值化分割结果，对二值化分割结果执行形态学运算后提取出包含真实舌体和上嘴唇的初始舌体区域；步骤S3：对初始舌体区域进行修正，选择两种图像阈值分割方法，将两种图像阈值分割方法分割结果中的一个用于分离真实舌体区域和上嘴唇区域，从而得到舌图像的最终分割结果。本发明专利技术提供简单而有效的舌图像分割方法，显著地改善了图像分割的性能。

【技术实现步骤摘要】
基于颜色分解和阈值技术的舌图像分割方法
本专利技术属于图像处理
,具体涉及一种基于颜色分解和阈值技术的舌图像分割方法。
技术介绍
舌诊是传统中医“望诊”的主要内容之一，是具有中医特色的传统诊断方法之一。舌象是反映人体生理功能和病理变化最敏感的指标，在中医诊疗过程中具有重要的应用价值。应用图像处理技术，建立舌诊信息的客观量化、识别方法，实现中医舌诊的自动化，对中医现代化具有重要的现实意义。自动化舌诊系统中，病人的舌图像经过数字采集仪器(工业相机、摄像头等)获取后，必须首先对目标区域(舌体)进行自动的分割。因此，舌象分割成了连接图像采集和图像分析的重要纽带，分割质量将直接影响到后续工作。舌图像的分割存在一定的挑战和困难。这些困难源于舌图像自身的特性：(1)舌体的颜色与脸部的颜色特别是嘴唇的颜色很接近，容易混淆；(2)舌体作为一个软体，没有固定的形状，舌体形状的个体差异性大；(3)从医学病理学的角度来看，舌体不平滑，舌苔舌质因人而异，病理特征差异较大；(4)舌体的裂纹、舌苔色块也会严重影响舌体的自动分割。鉴于舌图像分割的困难和挑战，单一的图像分割技术很难获得满意的分割效果。因此，人们开始研究多种分割技术的融合。在多种分割技术融合的框架下，国际主流的舌图像分割方法是基于主动轮廓模型(ACM,ActiveContourModel)的方法。ACM又称为Snake模型，是一种流行的可变形状模型，广泛应用于轮廓提取中。给定一个初始轮廓曲线，主动轮廓模型在内外力的共同作用下将初始轮廓曲线朝真实目标轮廓处演化。基于ACM的分割方法主要研究点在初始轮廓的获取和曲线演化上。比如，Pang等提出一种双椭圆形变轮廓模型方法BEDC[1]，其结合了双椭圆形变模板(BEDT)和主动轮廓模型。BEDC首先定义了一种称为BEDT的形变模板作为舌体的一种粗略描述，然后通过最小化BEDT能量函数来获得初始的舌体轮廓，最后利用模板能量代替传统内能量的主动轮廓模型来演化初始轮廓，进而获得最终的分割结果。Zhang等[2]提出了一种融合极坐标边缘检测和主动轮廓模型的方法。此方法先对原始图像进行极坐标转化，利用边缘检测算子获得极坐标边缘图像，同时从舌图像中提取边缘模板；然后，利用边缘模板过滤掉舌体内部纹理造成的虚假舌体边缘；接着，利用图像二值化技术结合形态学滤波进一步剔除舌体以外的虚假舌体边缘(比如，脸部褶皱引起的边缘)；最后，将边缘检测结果作为初始的舌体轮廓，运用主动轮廓模型方法对初始轮廓进行演化，进而获得最终的分割结果。此方法对舌体与近邻部分(嘴唇和脸部)颜色近似造成的弱轮廓提取效果欠佳，而且在舌体与嘴唇的空隙处以及舌尖部分容易发生误分割。Ning等[3]提出了一种融合梯度向量流(GVF,GradientVectorFlow)、区域合并技术(RM,RegionMerging)和主动轮廓模型的方法，简称为GVFRM。此方法先将传统的梯度向量流改造为标量扩散方程对舌图像进行扩散以期达到平滑图像，保留舌体轮廓结构的预处理目的；然后，利用分水岭算法将预处理过的舌图像分割成许多小区域；接着，运用基于最大相似性的区域合并算法结合目标、背景标记将小区域合并成大区域，从而形成初始的舌体轮廓；最后，利用主动轮廓模型对初始轮廓进行演化，得到最终的分割结果。当舌体靠近图像的边界时，错误的目标、背景标记容易造成错误的区域合并结果，从而导致误分割。此方法在舌体与嘴唇的间隙处以及颜色近似性造成的弱边缘处分割效果欠佳。Shi等主要提出两种基于主动轮廓模型的舌图像分割方法，分别简称为C2G2F[4]和DGF[5]。C2G2F方法首先检测舌尖点、舌根点和左右舌体三角点共4个特征点，利用4个特征点结合舌体形状先验构成初始的舌体轮廓；然后将初始舌体轮廓分成上半部分轮廓和下半部分轮廓；接着用参数化GVF主动轮廓模型和测地线主动轮廓模型分别演化上半部分和下半部分初始轮廓；最后把演化后的上半部分和下半部分初始轮廓合并成最终的舌体轮廓。不幸的是，这种方法容易检测到不理想的特征点，甚至未能检测到部分特征点。在C2G2F方法基础上，Shi等人提出了一种改进的方法即DGF[5]。DGF方法首先利用显著目标检测算子来粗略地定位舌体所在的图像窗口；然后利用C2G2F方法思路在图像窗口内检测四个特征点，获取包含上半部分轮廓和下半部分轮廓的初始舌体轮廓；接着利用测地线主动轮廓模型和测地线-梯度向量流主动轮廓模型来分别演化上半部分初始轮廓和下半部分初始轮廓；最后合并上半部分初始轮廓和下半部分初始轮廓作为最终的舌体轮廓。DGF方法未能完全克服C2G2F方法的局限性，分割准确性和稳定性都有待提升。此外，上述基于主动轮廓模型的舌图像分割方法有一个共同的缺陷，即它们都对初始轮廓敏感。一旦初始轮廓包含了来自舌体近邻组织比如颈部、脸部、嘴唇等部位的非舌体强边缘，上述基于主动轮廓模型的舌图像分割方法就很难收敛到真实的舌体轮廓处。综上所述，现有的舌图像分割方法均存在一定的局限性，分割效果有待进一步提升。[1]PangB,ZhangD,WangK.TheBi-ellipticaldeformablecontouranditsapplicationtoautomatedtonguesegmentationinChinesemedicine[J].IEEETransactionsonMedicalImaging,2005,24(8):946～956.[2]ZhangH,ZuoW,WangK,ZhangD.Asnake-basedapproachtoautomatedsegmentationoftongueimageusingpolaredgedetector[J].InternationalJournalofImagingSystemsandTechnology,2006,16(4):103～112.[3]NingJ,ZhangD,WuC,YueF.Automatictongueimagesegmentationbasedongradientvectorflowandregionmerging[J].NeuralComputingandApplications,2012,21(8):1819～1826.[4]ShiM,LiG,LiF.C2G2FSnake:automatictongueimagesegmentationutilizingpriorknowledge[J].ScienceChina:InformationSciences,2013,56(9):1–14.[5]ShiM,LiG,LiF,XuC.Computerizedtongueimagesegmentationviathedoublegeo-vectorflow[J].ChineseMedicine,2014,9(1):7-16.
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于颜色分解和阈值技术的舌图像分割方法，用于提高分割精度。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于颜色分解和阈值技术的舌图像分割方法，其包括以下步骤：步骤S1：对舌图像在HSI颜色空间中的色调分量进行变换；使得变换后舌体和上嘴唇的色调分量与其近邻组织间存在色调差异；步骤S2：在变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于颜色分解和阈值技术的舌图像分割方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：对舌图像在HSI颜色空间中的色调Hue分量进行变换,使得变换后舌体和上嘴唇的色调分量与其近邻组织间存在色调差异；步骤S2：在变换后的色调分量上执行图像阈值分割，获得二值化分割结果，对二值化分割结果执行形态学运算后提取出包含真实舌体和上嘴唇的初始舌体区域；步骤S3：对初始舌体区域进行修正，选择两种图像阈值分割方法，将两种图像阈值分割方法分割结果中的一个用于分离真实舌体区域和上嘴唇区域，从而得到舌图像的最终分割结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于颜色分解和阈值技术的舌图像分割方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：对舌图像在HSI颜色空间中的色调Hue分量进行变换,使得变换后舌体和上嘴唇的色调分量与其近邻组织间存在色调差异；步骤S2：在变换后的色调分量上执行图像阈值分割，获得二值化分割结果，对二值化分割结果执行形态学运算后提取出包含真实舌体和上嘴唇的初始舌体区域；步骤S3：对初始舌体区域进行修正，选择两种图像阈值分割方法，将两种图像阈值分割方法分割结果中的一个用于分离真实舌体区域和上嘴唇区域，从而得到舌图像的最终分割结果。2.根据权利要求1所述的基于颜色分解和阈值技术的舌图像分割方法，其特征在于：步骤S1包括以下具体步骤：步骤S11：通过以下公式将一幅图像从RGB颜色空间映射到HSI颜色空间，其中，在公式(1)-(4)中，R、G和B分别代表图像的红色、绿色和蓝色分量；H、S、I分别代表图像的色调、饱和度和亮度；步骤S12:对HSI颜色空间中图像的色调分量执行如下变换：其中，Havg和Hmax分别表示图像所有像素点色调的平均值和最大值，(i,j)表示图像像素点坐标。3.根据权利要求1所述的基于颜色分解和阈值技术的舌图像分割方法，其特征在于：步骤S2中的在变换后的色调分量上执行图像阈值分割包括以下步骤：在变换后的色调分量上执行如下的图像阈值分割，得到舌图像的二值化结果，其中，T＝VH′(αN).(7)在公式(7)中，VH’表示降序排序后的向量H'，N表示H'中元素的总数，α则是一个控制图像中目标像素点比例的参数，H′(i,j)为变换后的色调分量。4.根据权利要求1所述的基于颜色分解和阈值技术的舌图像分割方法，其特征在于：步骤S2中初始舌体区域的提取：首先在舌图像的二值化结果中搜索最大的目标区域，然后依次对最大目标区域进行膨胀、填充和腐蚀三种形态学操作后将其作为初始的舌体区域，初始舌体区域对应的二值图像被记为5.根据权利要求4所述的基于颜色分解和阈值技术的舌图像分割...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佐勇，刘伟霞，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：福建,35