图像分割技术综述

摘 要： 图像 分割 是 图像 处 理 中的 一 项 关键 的技 术 ， 是 目标识 别 和 图像 解释 的 前提 ， 多年 来一 直倍 受关 注 。 目前 ， 在 图像 分 割领 域 里 的分割 方法 众 多 ， 但 至今 没有 一种 通 用的 方 法 。文章 综 述 了近年 来在 图像 分 割技 术 中 出现 的常 用 方 法及 它们 的 优缺 点 ， 并对 图像 分 割技 术 的前 景进 行 了分析 及展 望 。 关键 词 ： 图像 分 割 ； 边缘 检 测 ； 图论
１引言
在 对 图像 的研究 和 分析 中 ， 人 们 通常 对 图像 中特定 的 、 具有 独特 性 质 的 区域感 兴 趣 ，图像 分 割就是 指 把这 些 区域 提取 出来 的技 术 和 过程 。正 因为 图像 分 割作 为前 沿 学科 充满 了挑 战 ， 近年 来 ， 吸引 了众 多学 者从 事这 一领 域 的研究 。图像 分割 技术 在航 空航天 、 生 物医学 工 程、 工业 检测 、 机 器人 视觉 、 公 安 司法 、 军事 制导 、 文 化艺 术 、 地理 测 绘 等领 域 受到 广泛 重 视 ， 并 取得 了重大 的开 拓性 成 就 ， 使 其成 为一 门引 入 注 目且前景 广 阔的新 型学科 。 ２ 传统 的 图像 分 割技术 图像分 割 一般 根据 要解 决 的 问题将 图像 细分 为 感兴 趣对 象 的集 合， 其分割方法的种类已达上千种 。 传统的图像分割技术多为基于图 像局部特征 的图像分割方法，是根据图像 局部区域中像元的特征来 实 现 图像分 割 的方法 。 ２ ． １基 于阈值 的 图像 分 割技术 阈值 分割 法是 一种 传 统 的 图像 分 割方 法 ， 因其 实现 简单 、 计算 量 小、 性 能较 稳定 而 成为 图像 分割 中最基 本和 应用 最 广泛 的分 割技 术 。 阈值 法在 不 同物 体或 结构 之 间有很 大 的强 度对 比时 ，能 够 得到 很好 的效果 。 它计 算 简单 ， 而且 总能用 封 闭而且 连通 的边 界定义 不交 叠 的 区域 。阈值化 分 割算法 就是 选取 一个 或者 多个 阈值 ， 将 图像 的直 方 图 分成几类 ， 图像 中灰度值在 同一个灰度类内的象素属于同一个类 ， 从 而达 到分 割 的 目的。 阈值 法 的核 心是 如何 选 择合适 的阈值 ，阈值分 割法 具 有运 算效 率较高 、 计 算 简单 等优 点 ， 在过 去 的几 十年 中被 广泛 使用 。阈值 化算 法 多种 多样 ， 最具 代表 陆的方 法有 ： 最 大类 间方 差法 、 直 方 图法 、 最大 熵法 、 概 率松 弛法 、 最 小误 差法 、 矩 量保 持法 等 。但 是 ， 阈值 法一 般仅 考虑像素本身的灰度值 ， 不考虑图像的空间相关胜特征 ， 极易受到噪 声的影响。在实际情况中， 阈值法常与其它分割算法相结合 ， 对 图像 进行 分割 。 ２ ． ２基 于边 缘 的图像 分割技 术 边 缘检 测法 是基 于 图像 不 连续性 的分割 技术 ，它 通过 检测 不 同 均匀 区 域之 间 的边界 来 实现 对 图像 的分 割 ，这 与 人 的视觉 过程 有些 相似 。 依据执行方式的不同， 这类方法通常又分为串行边缘检测技术 和并 行 边缘 检测 技 术 。串行 边缘 检测 技术 首 先要 检测 出一 个边 缘起 始点， 然 后 根据 某种 相似 性 准则 寻找 与前 一点 同类 的边 缘 点 ， 这 种 确 定后 继相 似点 的方 法称 为跟 踪 。 根 据跟踪 方 法的不 同 ， 这 类方 法又 可 分 为轮廓 跟踪 、 光栅 跟踪 和全 向跟 踪三 种方法 Ⅲ 。 并 行边 缘 检测 技术 通常 借 助空 域微 分算 子 ，通过 其模 板 与 图像 卷积完成， 因而检测 方法包 括基 于各 种边 界检 测算 子￣ （ Ｒ ｏ ｂ ｅ ａ ｓ 算 子、 Ｌ ａ ｐ ｌ ａ ｅ ｉ ａ ｎ 算子 、 Ｓ ０ ｂ ｅ ｌ 算子 、 Ｐ ｒ ｅ ｗ ｉ ｔ ｔ 算子 、 Ｌ Ｏ Ｇ算 子 等 ）的边 界 检 测 。这类 方法 通常 不能得 到连 续 的单像 素边 缘 ， 而 这对 于分 割来说 是 至 关重 要 的 。所 以 ， 通 常在进 行上 述 边缘 检测 之后 ， 需要 进 行一 些 边 缘 修正 的工作 ， 如 边缘 连通 、 去除 毛刺 和虚假 边缘 等 。 ２ ． ３ 基于 区域特 征 的图像 分割技 术 基 于 区域 的分割 技术 有两 种基 本形 式 ： 区域生 长和分 裂合 并 。 前 者是从单个像素出发 ， 逐渐合并以形成所需的分割结果， 是区域分割 的最基 本 方 法 ； 后 者 是从 整 个 图像 出发 ， 不 需 要生 长 点 ， 逐 渐分 裂 或 合并以形成所需要 的分割结果。不同于阈值方法 ， 这类方法不但考虑 了像素 的相似性 ， 还考虑了空间上的邻接性 ， 因此可以有效消除孤立 噪声的干扰 ， 具有很强的鲁棒性。而且 ， 无论是合并还是分裂 ， 都能够 将 分割 深入 到 像素 级 ， 因此 可 以保证 较 高 的分割 精度 ， 如 分水 岭算 法 等。 ３改进 的 图像分 割技 术 传统 的图像 分 割技 术 都 或多 或 少 地存 在 着某 种 程 度上 的不 足 ， 因此更 多 的研 究者 尝试 将诸 多 理论模 型与 图像 分割 技术 相结 合 以求 达 到 更好 的分 割效 果 。本 文就 简要 介绍 了几 种 应用 得较 为广 泛 的改
科技创新与应用 ｌ ２ ０ １ ３ 年 第１ ０ 期
信 息 技 术
图像 分割 技术综 述
张 丹 丹 赵 双 ｚ
（ １ 、 山 东凯 文科 技 职 业 学 院信 息 学 院 ， 山东 济南 ２ ５ ０ ２ ０ ０ ２ 、 亚 信 联 创 集 团股 份 有 限公 司 ， 山东 济南 ２ ５ ０ ２ ０ ０ ）