基于圆形蒙版面积比率判别的粘连颗粒图像凹点分割方法技术

本发明专利技术涉及一种基于圆形蒙版面积比率判别的粘连颗粒图像凹点分割方法，包括如下步骤：步骤1)图像预处理，获得颗粒图像的二值图；步骤2)凹点粗略检测，得到颗粒图像的角点图像；步骤3)凹点精确检测，利用面积比率的方法获得区域轮廓中所有可用于颗粒分割的凹点；步骤4)凹点配对，选取的凹点对作为粘连颗粒图像的分割点；步骤5)构造颗粒的分割线，获得单个颗粒的轮廓坐标，结合两个分割点的坐标，得到完整的颗粒轮廓。本发明专利技术将角点检测方法与基于凹点分析的方法相结合，避免了单纯利用基于面积的凹点搜索所带来的运算量问题，参数设置少，不需要进行大量样本训练，同时能够对分割路径进行重新规划，可适应图像的不同形状和尺寸变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及粘连颗粒图像分割
，具体的说是一种基于圆形蒙版面积比率判别的粘连颗粒图像凹点分割方法。
技术介绍
基于图像的颗粒分析是图像处理领域中一个重要的技术，广泛应用于细胞分析、染色体分割、病原体检测、种子参数分析、纳米颗粒分割、岩石颗粒分析等领域。一般来讲，所拍摄的图像中目标物体和背景中具有较高的对比度，将目标物体从背景中提取出来的方法通过阈值分割就能实现。但是在现实场景中，由于颗粒之间的接触、融合或遮挡，造成图像中颗粒之间互相粘连，颗粒个体的轮廓信息被隐藏，影响了参数分析的精确性。为了解决以上问题，许多有针对性的技术被科研人员提出，常见的方法包括分水岭分割方法、形态学方法、凹点分析方法、基于形状模型的方法、Hough变换方法和椭圆拟合方法等。分水岭分割作为一种经典的粘连颗粒分割方法，能够较好地适合大量形状相似颗粒的处理，计算速度快，但是如果颗粒之间尺寸差距大，对局部极值点的搜索过程会容易引起“过分割”的问题。虽然后来提出的基于标记分水岭分割的方法和基于规则的方法能够在一定程度上解决过分割的问题，但是对于深度粘连或遮挡的情况无法处理。基于形态学的方法主要是采用腐蚀和膨胀运算相结合的方法将目标物体隔离开来，常见的极限腐蚀和条件膨胀方法能够在一定程度是分割两个粘连颗粒，但是对于多个颗粒的处理存在较大偏差，只适用于颗粒之间凹陷大的情况。基于形状模型的方法如水平集通过求解能量函数的极小值来检测感兴趣目标，目标搜索以及曲线演化不依赖于图像的边缘信息，对弱边缘和有噪声图像边缘提取有很好的效果，而snake模型能够利用亮度信息分割目标，通过对能量函数进行迭代化运算，能够将颗粒从复杂背景中提取出来，避免过分割的问题。但是该方法计算量大，需要初始化参数或人工初始化操作，不适用于大量颗粒之间的分割，对于粘连颗粒之间梯度弱的情况也无法处理。基于Hough变换和椭圆拟合的方法是建立在充足先验知识的基础上的，有的时候还需要借助于模板匹配确定颗粒轮廓，需要根据所获得颗粒的边界信息进行拟合，主要用于针对颗粒形状为圆形或椭圆形的物体分割，容易受到噪声的干扰，运算复杂程度高，适用范围受限。基于凹点的分析方法，主要从几何学的角度在运算过程中通过搜索潜在的凹点作为分割点将粘连颗粒分割出来，重点考虑颗粒的形状和轮廓信息而不是灰度信息。按照一定的间隔获得轮廓中连续的三个点，将两端的两个点分别于中间点连接形成的两个向量，然后计算向量的夹角，从而根据夹角的大小判断凹凸程度，筛选最小的夹角作为潜在的粘连点，然后将其分离。这种方法仅仅考虑了凹点的角度并没有考虑深度，容易受到干扰。尽管该方法能在一定领域内取得不错的效果，但是由于颗粒之间粘连或遮挡问题的复杂性，基于凹点的分析方法仍然存在凹点定位容易受到干扰和凹点配对困难的缺陷，并且对于分离线的构造与物体的实际形态不符合，无法反应颗粒的初始状态。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于圆形蒙版面积比率判别的粘连颗粒图像凹点分割方法，该方法将角点检测方法与基于凹点分析的方法相结合，避免了单纯利用基于面积的凹点搜索所带来的运算量问题，参数设置少，不需要进行大量样本训练，同时能够对分割路径进行重新规划，可适应图像的不同形状和尺寸变化。为解决上述技术问题，本专利技术基于圆形蒙版面积比率判别的粘连颗粒图像凹点分割方法包括如下步骤：步骤1)图像预处理，将采集到的颗粒图像进行二值化处理，获得颗粒图像的二值图；步骤2)凹点粗略检测，利用角点检测的方法对颗粒图像的二值图进行处理，得出图像的边缘二值图以及边缘轮廓，筛选出曲率变化明显的角点，得到颗粒图像的角点图像；步骤3)凹点精确检测，对颗粒图像的角点图像进行处理，筛选掉凸点和凹度小的凹点，利用面积比率的方法获得区域轮廓中所有可用于颗粒分割的凹点；步骤4)凹点配对，基于灰度投影的方法对得到的凹点进行配对，获取潜在的凹点对，并结合距离最近原则选取最终的凹点对，将最终选取的凹点对作为粘连颗粒图像的分割点；步骤5)构造颗粒的分割线，获得单个颗粒的轮廓坐标，结合两个分割点的坐标，采用三点拟合圆形的方法获得不同的圆弧，对圆弧形成的弧形区域进行像素填充并计算填充后颗粒增加的面积，选择颗粒增加面积小的圆弧作为最终拟合的颗粒的圆弧，得到完整的颗粒轮廓。在步骤1)中，当采集的图像为彩色图像时，在图像二值化之前，先依据目标颜色信息对图像进行灰度化处理。当二值图像的目标颗粒内部存在空洞和小噪声时，利用形态学的方法对空洞和小噪声分别进行填充和滤除。步骤2)中所述角点检测的方法包括如下步骤：步骤2.1)应用Canny边缘检测算子对二值图像处理，获得一个二值边缘图；步骤2.2)从Canny边缘图上提取边缘轮廓，填补轮廓间隙，寻找轮廓上的T形角点；步骤2.3)对于轮廓图像，在高尺度上计算曲率；步骤2.4)利用绝对曲率局部极大值准则确定角点的候选点；步骤2.5)从最高尺度到最低尺度跟踪候选的角点，获取角点的精确位置；步骤2.6)判断角点的邻近程度，若邻近则去除T形角点。步骤3)中所述面积比率的方法包括如下步骤：步骤3.1)获得角点的索引和坐标，设置颗粒半径的1/4-1/2作为圆形蒙版半径；步骤3.2)依次将序列角点的坐标作为圆形蒙版的圆心，抠取对应颗粒图像中的区域作为目标区域；步骤3.3)计算圆形蒙版中与目标区域对应的白色区域的像素个数，以像素个数作为面积，获得白色区域面积；步骤3.4)计算白色区域在圆形蒙版中的面积比率；步骤3.5)依据颗粒个数，并设置面积比率的阈值，筛选出候选的用于分割的凹点；步骤3.6)以凹点邻域[m×m]区域作为搜索区域，筛选该区域中属于颗粒边界上的点，然后以该边界点为圆心重新计算比率，并且选择一个该区域中面积比率最大的点作为最终候选点。在步骤3.3)中，当存在多块白色区域时，选择面积最大的白色区域。在步骤3.5)中，所述颗粒个数为颗粒图像面积除以平均颗粒面积得到的倍数。筛选出的用于分割的凹点是通过与面积比率的阈值比较，当大于面积比率的阈值时，则认为此圆形蒙版的圆心为候选的用于分割的凹点。步骤4)中所述灰度投影的方法具体是指：对于候选的凹点对，以两凹点连线为中心，扩展出一定宽度和长度的条形区域，该条形区域分别在垂直方向和水平方向进行灰度投影，判断两点是否为潜在的凹点对。步骤5)具体包括如下步骤：步骤5.1)将配对后的分割点标记为A点和B点，统计两分割点连线后的单个颗粒的轮廓坐标；步骤5.2)分别获取除AB连线之外的轮廓坐标中的C点和D点；步骤5.3)分别以ABC和ABD三个点拟合圆形，获得两个圆的圆心和半径；步骤5.4)利用圆心坐标以及A点、B点的空间关系分别获得不同的圆弧和步骤5.5)将两圆弧与颗粒轮廓连接并对弧形区域进行像素填充，分别计算填充后颗粒的面积SAB和S′AB；步骤5.6)比较SAB和S′AB，选择面积较小的圆弧作为最终拟合后的颗粒的圆弧，得到完整的颗粒轮廓。本专利技术结合CSS角点检测和面积分析法将图像中粘连凹点标记出来，然后根据颗粒边缘中潜在的分割点，基于灰度投影方法对分割点进行配对，最终结合人类视觉认知的规律，构造粘连颗粒的初始个体形态。本专利技术的方法能够将角点检测方法与基于凹点分析的方法相结合，避免了单纯利用基于面积的凹点搜索所带来的运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于圆形蒙版面积比率判别的粘连颗粒图像凹点分割方法，其特征是包括如下步骤：步骤1)图像预处理，将采集到的颗粒图像进行二值化处理，获得颗粒图像的二值图；步骤2)凹点粗略检测，利用角点检测的方法对颗粒图像的二值图进行处理，得出图像的边缘二值图以及边缘轮廓，筛选出曲率变化明显的角点，得到颗粒图像的角点图像；步骤3)凹点精确检测，对颗粒图像的角点图像进行处理，筛选掉凸点和凹度小的凹点，利用面积比率的方法获得区域轮廓中所有可用于颗粒分割的凹点；步骤4)凹点配对，基于灰度投影的方法对得到的凹点进行配对，获取潜在的凹点对，并结合距离最近原则选取最终的凹点对，将最终选取的凹点对作为粘连颗粒图像的分割点；步骤5)构造颗粒的分割线，获得单个颗粒的轮廓坐标，结合两个分割点的坐标，采用三点拟合圆形的方法获得不同的圆弧，对圆弧形成的弧形区域进行像素填充并计算填充后颗粒增加的面积，选择颗粒增加面积小的圆弧作为最终拟合的颗粒的圆弧，得到完整的颗粒轮廓。

【技术特征摘要】
2016.04.08 CN 20161022856881.一种基于圆形蒙版面积比率判别的粘连颗粒图像凹点分割方法，其特征是包括如下步骤：步骤1)图像预处理，将采集到的颗粒图像进行二值化处理，获得颗粒图像的二值图；步骤2)凹点粗略检测，利用角点检测的方法对颗粒图像的二值图进行处理，得出图像的边缘二值图以及边缘轮廓，筛选出曲率变化明显的角点，得到颗粒图像的角点图像；步骤3)凹点精确检测，对颗粒图像的角点图像进行处理，筛选掉凸点和凹度小的凹点，利用面积比率的方法获得区域轮廓中所有可用于颗粒分割的凹点；步骤4)凹点配对，基于灰度投影的方法对得到的凹点进行配对，获取潜在的凹点对，并结合距离最近原则选取最终的凹点对，将最终选取的凹点对作为粘连颗粒图像的分割点；步骤5)构造颗粒的分割线，获得单个颗粒的轮廓坐标，结合两个分割点的坐标，采用三点拟合圆形的方法获得不同的圆弧，对圆弧形成的弧形区域进行像素填充并计算填充后颗粒增加的面积，选择颗粒增加面积小的圆弧作为最终拟合的颗粒的圆弧，得到完整的颗粒轮廓。2.如权利要求1所述的基于圆形蒙版面积比率判别的粘连颗粒图像凹点分割方法，其特征是在步骤1)中，当采集的图像为彩色图像时，在图像二值化之前，先依据目标颜色信息对图像进行灰度化处理。3.如权利要求1所述的基于圆形蒙版面积比率判别的粘连颗粒图像凹点分割方法，其特征是在步骤1)中，当二值图像的目标颗粒内部存在空洞和小噪声时，利用形态学的方法对空洞和小噪声分别进行填充和滤除。4.如权利要求1所述的基于圆形蒙版面积比率判别的粘连颗粒图像凹点分割方法，其特征是步骤2)中所述角点检测的方法包括如下步骤：步骤2.1)应用Canny边缘检测算子对二值图像处理，获得一个二值边缘图；步骤2.2)从Canny边缘图上提取边缘轮廓，填补轮廓间隙，寻找轮廓上的T形角点；步骤2.3)对于轮廓图像，在高尺度上计算曲率；步骤2.4)利用绝对曲率局部极大值准则确定角点的候选点；步骤2.5)从最高尺度到最低尺度跟踪候选的角点，获取角点的精确位置；步骤2.6)判断角点的邻近程度，若邻近则去除T形角点。5.如权利要求1所述的基于圆形蒙版面积比率判别的粘连颗粒图像凹点分割方法，其特征是步骤3)中所述面积比率的方法包括如下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文成，苑倩倩，季涛，刘云龙，
申请(专利权)人：潍坊学院，
类型：发明
国别省市：山东;37