一种自适应层次直方图的彩色图像分割方法技术

本发明专利技术涉及图像处理技术领域，公开了一种自适应层次直方图的彩色图像分割方法，包括以下步骤：S1、对RGB彩色图像，分别在R色彩平面、G色彩平面和B色彩平面生成三组层次直方图；每组层次直方图包含多层直方图，它们分别对应于图像的多级别抽象粒度；一组层次直方图中最底层直方图是原始直方图，代表图像最细粒度的抽像；上一层直方图根据下一层直方图产生，因此上一层直方图比下一层直方图的抽像粒度大；S2、对每组层次直方图中的顶层直方图阈值化，完成图像的初始分割；S3、对初始分割形成的簇进行合并，完成图像最终分割，这种自适应层次直方图的彩色图像分割方法，具有更优的分割效率并且能获得较优的分割质量。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应层次直方图的彩色图像分割方法
本专利技术涉及图像处理
，特别涉及一种自适应层次直方图的彩色图像分割方法。
技术介绍
图像分割对于图像分析、模式识别以及计算机视觉相关的应用领域发挥着重要作用。在分割中，图像被分割成不同的非重叠区域，这些区域的内部在某些属性上是同质的，如颜色信息、边缘和纹理。虽然已有许多图像分割技术被提出，但由于图像的多样性和复杂性，图像分割仍然是一个非常具有挑战性的研究课题。此外，彩色图像提供比灰度图像更丰富的信息，特别是自然彩色图像分割越来越受到学者的关注。利用图像的直方图的形状信息来确定图像分割阈值的方法是较为流行的方法。其基本原理隐含地依赖于这样一种假设，即像素的强度或其它相关信息在相同的对象中是相似的，在不同对象之间应当是不相似的。如此，图像中的对象对应于直方图中的一个钟形区域。钟形区域的峰值及其相邻位置强度对应于对象的主体像素，钟形区域的边界对应于对象的边缘像素。因此，可以利用直方图上的波峰和波谷来确定图像中的簇，且最佳阈值必定位于波谷区域。例如，Rosenfeld等人将直方图凹性分析作为阈值选择的方法。Lim和Lee提出了一种波谷搜索方法，它可以平滑直方图，并通过计算平滑直方图的导数来检测波谷作为阈值。由于直方图只包含灰度级别信息，这些方法并没有考虑了相同或相似灰度像素的空间相关性。为了克服这一缺点，直方图的一些变体被相继提出。例如，Mohabey和Ray利用粗糙集理论构建histon。与直方图不同，histon的每个bin对应于不确定性的相似强度的像素集合的计量。借助粗糙集理论，直方图和histon分别被对应于是上下近似。Mushrif和Ray随后提出利用每个灰度级别的粗糙性(Roughness)来提取彩色图像的同质区域。然而，对于某些图像，很难获得粗糙性测量的显著波峰和波谷；Xie等人使用局部多项式回归平滑直方图和histon，然后再计算粗糙性度量，这使得他们的方法更容易找到真实的波峰和波谷。与直方图相似，histon和roughness度量都提供了图像中同质区域的全局信息，每个波峰及其相邻位置代表一个同质区域。作为直方图的两种变体，基于histon和粗糙性(roughness)度量的两种分割方法被证明可以获得更好的分割结果。但是，这类方法都需要计算每个像素与其邻域之间的距离，算法时耗长。此外，此类技术通常包括对直方图(histon或roughness-index)数据进行一些平滑处理，搜索显著波峰，然后在相邻的显著波峰之间的确定最小值作为阈值，步骤较为繁琐。并且，如果波谷是平坦的，这些技术很难找到确切的阈值。
技术实现思路
本专利技术提供一种自适应层次直方图的彩色图像分割方法，可以解决现有技术中的上述问题。本专利技术提供了一种自适应层次直方图的彩色图像分割方法，包括以下步骤：S1、对RGB彩色图像，在R色彩平面、G色彩平面和B色彩平面分别生成一组层次直方图；每组层次直方图包含多层直方图，多层直方图分别对应于图像的多级别抽象粒度；每组层次直方图中最底层直方图是原始直方图，代表图像最细粒度的抽像；上一层直方图根据下一层直方图产生，上一层直方图比下一层直方图的抽像粒度大；S2、对每组层次直方图中的顶层直方图阈值化，完成图像的初始分割，形成多个簇；S3、对初始分割形成的簇进行合并，完成图像最终分割。上述步骤S1中生成一组层次直方图的方法如下：S11、对一幅大小为M×N的彩色图像I，根据公式(1)分别在其R、G和B色彩平面生成原始直方图，原始直方图作为各色彩平面的层次直方图的第1层直方图即最底层直方图；直方图hi中的每一个箱体bin是一个三元组(l,count,right)，强度值为l，像素数为count＝hi(l)，箱体右界为right，第1层直方图的箱体bin的右界等于该箱体对应的强度值；L＝256为三个色彩平面的强度范围；S12、分别根据R、G、B色彩平面的原始直方图作如下计算：按公式(2)计算R、G、B色彩平面的灰度合并阈值wi：公式(2)中的w为一个给定的灰度合并阈值参数；S13、取出层次直方图中的最顶层直方图hi，根据公式(3)和公式(4)找出直方图中的所有局部波谷；hi(l)＜hi(l-1)&hi(l)＜hi(l+1)，其中(0≤l≤L-1)(3)当hi(l)满足公式(3)时，则l是波谷；hi(l)＜hi(l-1)&hi(l)＝hi(l+1)＝…＝hi(l+k)&hi(l+k)＜hi(l+k+1)其中(0≤l≤L-1)(4)当hi(l)满足公式(4)时，则是波谷；S14、根据灰度合并阈值wi，将最顶层直方图中局部相邻波谷之间的所有箱体合并成一个或多个箱体，得到该直方图的上一层直方图；S15、如果新生成的直方图中每一对相邻箱体bin的强度差值大于wi或新生成的直方图与前一层直方图相同，则输出层次直方图；否则将该直方图压入层次直方图栈中；S16、重复步骤S13～S15；直至输出层次直方图。上述步骤S14中将最顶层直方图中局部相邻波谷之间的所有箱体合并成一个或多个箱体的方法如下：S141、从小到大依次取出两个左右相邻的波谷强度left,right；S142、如果这两个左右相邻的波谷差值小于阈值wi，则将两个左右相邻的波谷区间内所有的箱体合并成一个箱体bin＝(l,count,right)，其中箱体bin的像素数count按照公式(5)计算，箱体的右界为right，箱体的强度值l按照公式(6)计算；count＝∑left≤j＜righthi(j),(5)S143、如果这两个左右相邻的波谷差值大于或等于阈值wi，将该相邻波谷区间平均分割成((lright-lleft)/wi)+1个波段，找出每个波段的最小波谷强度left和最大波谷强度right，然后将每个波段按照步骤S142的方式合并成一个箱体。上述步骤2中对每组层次直方图中的顶层直方图阈值化的方法如下：S21、分别取出R，G，B色彩平面的层次直方图的最顶层直方图hi，i∈{R,G,B}；S22、对于色彩平面i，将在范围[lm-1R,lmR)的原始像素强度设置成强度lm,lm-1R为顶层直方图hi中的第(m-1)个箱体,lmR为顶层直方图hi中的第m个箱体，则hi[m]＝[lm,h(lm),lmR]和hi[m+1]＝[lm-1,h(lm-1),lm-1R]。上述步骤S3中对初始分割形成的簇进行合并的方法如下：S31、对初始分割图像，按相同颜色号划分成簇，其中颜色号分别由R，G，B三个分量构成；S32、将像素规模占比小于给定的像素阈值TS的簇合并到欧几里德距离最近的簇，其中合并后的颜色号取合并后所有像素的平均值，即合并后两个簇的颜色加权平均值，直到每个簇的像素规模大于阈值TS；S33、找出两个欧几里德距离最近的簇，如果它们之间的距离小于给定的欧几里德距离阈值TC，则将两个簇进行合并,其中合并后的颜色号取合并后所有像素的平均值，即合并后两个簇的颜色加权平均值；S34、重复步骤S33，直到两个最近的簇的欧几里德距离大于阈值TC。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了一种自适应层次直方图的彩色图像阈值分割方法。首先该方法对一幅RGB彩色图像分别在R,G,B色彩平面生成层次直方图(h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应层次直方图的彩色图像分割方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对RGB彩色图像，在R色彩平面、G色彩平面和B色彩平面分别生成一组层次直方图；每组层次直方图包含多层直方图，多层直方图分别对应于图像的多级别抽象粒度；每组层次直方图中最底层直方图是原始直方图，代表图像最细粒度的抽像；上一层直方图根据下一层直方图产生，上一层直方图比下一层直方图的抽像粒度大；S2、对每组层次直方图中的顶层直方图阈值化，完成图像的初始分割，形成多个簇；S3、对初始分割形成的簇进行合并，完成图像最终分割。

【技术特征摘要】
1.一种自适应层次直方图的彩色图像分割方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对RGB彩色图像，在R色彩平面、G色彩平面和B色彩平面分别生成一组层次直方图；每组层次直方图包含多层直方图，多层直方图分别对应于图像的多级别抽象粒度；每组层次直方图中最底层直方图是原始直方图，代表图像最细粒度的抽像；上一层直方图根据下一层直方图产生，上一层直方图比下一层直方图的抽像粒度大；S2、对每组层次直方图中的顶层直方图阈值化，完成图像的初始分割，形成多个簇；S3、对初始分割形成的簇进行合并，完成图像最终分割。2.根据权利要求1所述的自适应层次直方图彩色图像分割方法，其特征在于，所述步骤S1中生成一组层次直方图的方法如下：S11、对一幅大小为M×N的彩色图像I，根据公式(1)分别在其R、G和B色彩平面生成原始直方图，原始直方图作为各色彩平面的层次直方图的第1层直方图即最底层直方图；直方图hi中的每一个箱体bin是一个三元组(l,count,right)，强度值为l，像素数为count＝hi(l)，箱体右界为right，第1层直方图的箱体bin的右界等于该箱体对应的强度值；L＝256为三个色彩平面的强度范围；S12、分别根据R、G、B色彩平面的原始直方图作如下计算：按公式(2)计算R、G、B色彩平面的灰度合并阈值wi：公式(2)中的w为一个给定的灰度合并阈值参数；S13、取出层次直方图中的最顶层直方图hi，根据公式(3)和公式(4)找出直方图中的所有局部波谷；hi(l)＜hi(l-1)&hi(l)＜hi(l+1)，其中(0≤l≤L-1)(3)当hi(l)满足公式(3)时，则l是波谷；hi(l)＜hi(l-1)&hi(l)＝hi(l+1)＝…＝hi(l+k)&hi(l+k)＜hi(l+k+1)其中(0≤l≤L-1)(4)当hi(l)满足公式(4)时，则是波谷；S14、根据灰度合并阈值wi，将最顶层直方图中局部相邻波谷之间的所有箱体合并成一个或多个箱体，得到该直方图的上一层直方图；S15、如果新生成的直方图中每一对相邻箱体bin的强度差值大于wi或新生成的直方图与前一层直方图相同，则输出层次直方图；否则将该直方图压入层次直方图栈中；S16、重复步骤S13～S15；直至输出层次直方图。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：黎敏，邓少波，王磊，叶军，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：发明
国别省市：江西,36