圖像二值化算法研究與實(shí)現(xiàn)-wenkub
2023-07-07 20:37:18 本頁面
【正文】 圖像二值化原理及意義圖像二值化是指用灰度變換來研究灰度圖像的一種常用方法，即設(shè)定某一閾值將灰度圖像的像素分成大于閾值的像素群和小于閾值的像素群兩部分。進(jìn)入20世紀(jì)70年代的發(fā)展期，開始大量采用中、小型機(jī)進(jìn)行處理，圖像處理也逐漸改用光柵掃描方式，特別是CT和衛(wèi)星遙感圖像的出現(xiàn)，對(duì)圖像處理技術(shù)的發(fā)展起到了很好的推動(dòng)作用。圖像處理的基礎(chǔ)是數(shù)字，主要任務(wù)是進(jìn)行各種算法設(shè)計(jì)和算法實(shí)現(xiàn)。數(shù)字圖像：數(shù)字圖像是將連續(xù)的模擬圖像經(jīng)過離散化處理后得到的計(jì)算機(jī)能夠辨識(shí)的點(diǎn)陣圖像。拒統(tǒng)計(jì)，在人類獲取的信息中，視覺信息約占60%，聽覺信息約占20%，其他方式加起來才約占20%。論文介紹了圖像及數(shù)字圖像處理技術(shù)的一些概念和相關(guān)知識(shí)；對(duì)VC++ 軟件的發(fā)展和軟件在圖像處理中的應(yīng)用做了簡(jiǎn)要介紹；還介紹了圖像二值化算法以及利用VC++軟件工具進(jìn)行算法的實(shí)現(xiàn)。論文重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了圖像分割技術(shù)中常用灰度圖像二值化算法，如Otsu算法、Bernsen算法，并對(duì)這些算法運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與比較。由此可見，視覺信息對(duì)人類非常重要。在嚴(yán)格意義上講，數(shù)字圖像是經(jīng)過等距離矩形網(wǎng)格采樣，對(duì)幅度進(jìn)行等間隔量化的二維函數(shù)。圖像處理技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了初創(chuàng)期、發(fā)展期、普及期和實(shí)用化期4個(gè)階段。到了20世紀(jì)80年代，圖像處理技術(shù)進(jìn)入普及期，此時(shí)的微機(jī)已經(jīng)能夠擔(dān)當(dāng)起圖形圖像處理的任務(wù)。例如輸人灰度圖像函數(shù)為，輸出二值圖像函數(shù)為，則 (1)閾值(threshold )是把目標(biāo)和背景區(qū)分開的標(biāo)尺，選取適當(dāng)?shù)拈撝稻褪羌纫M可能保存圖像信息，又要盡可能減少背景和噪聲的干擾，這是選擇閾值的原則。二值圖像在圖像分析中應(yīng)用非常廣泛，二值圖像就是指只有兩個(gè)灰度級(jí)的圖像，二值圖像具有存儲(chǔ)空間小，處理速度快，可以方便地對(duì)圖像進(jìn)行布爾邏輯運(yùn)算等特點(diǎn)。它以擁有“語法高亮”，IntelliSense（自動(dòng)編譯功能）以及高級(jí)除錯(cuò)功能而著稱。這些特征明顯縮短程式編輯、編譯及連結(jié)的時(shí)間花費(fèi)，在大型軟件計(jì)劃上尤其顯著。VC在單個(gè)工具中，能完成如下功能，因此被稱為IDE(Integreted Development Enviroment, 集成開發(fā)環(huán)境)：? 生成不同編寫代碼的起始應(yīng)用程序? 通過許多不同方法查看項(xiàng)目文件? 編輯源文件和包含文件? 建立應(yīng)用程序的可視界面? 編譯及鏈接? 運(yùn)行及調(diào)試應(yīng)用程序 VC++開發(fā)環(huán)境Visual C++的集成開發(fā)環(huán)境Visual Studio提供了大量的實(shí)用工具以支持可視化編程特性，它們包括： 項(xiàng)目工作區(qū)、ClassWizard、AppWizard、WizardBar等。在桌面上，工作區(qū)以窗口方式組織項(xiàng)目、文件和項(xiàng)目設(shè)置。這三個(gè)選項(xiàng)卡從左到右依次是：ClassView、ResourceView、FileView。展開文件夾可顯示所有的資源類型，如圖3。WizardBar工具條包含了三個(gè)相關(guān)的下拉列表框： 類（Class）、過濾器（Filter）和成員（Member）WizardBar最右邊是一個(gè)Action Control下拉選項(xiàng)，單擊Action Control 的向下箭頭符號(hào)會(huì)彈出一個(gè)菜單，用于執(zhí)行跳到函數(shù)定義、增加消息處理函數(shù)等操作。表1 BMP圖像文件結(jié)構(gòu)文件部分屬 性說 明BITMAPFILEHEADER(位圖文件頭)bfType文件類型，必須是0x424D，即字符串 “BM”bfSize指定文件大小，包括這14個(gè)字節(jié)bfReservered1保留字，不用考慮bfReservered2保留字，不用考慮bfOffBits從文件頭到實(shí)際位圖數(shù)據(jù)的偏移字節(jié)數(shù)BITMAPINFOHEADER(位圖信息頭)biSize該結(jié)構(gòu)長度，為40biWidth圖像的寬度，單位是像素biHeight圖像的高度，單位是像素biplanes位平面數(shù)，必須是1，不用考慮biBitCount指定顏色位數(shù)，1為二值，4為16色，8為256色，16，232為真彩色biCompression指定是否壓縮，有效的值為BI_RGB，BI_RLE8，BI_RLE4，BI_BITFIELDSbiSizeImage實(shí)際的位圖數(shù)據(jù)占用的字節(jié)數(shù)biXPelsPerMeter目標(biāo)設(shè)備水平分辨率，單位是每米的像素?cái)?shù)biYPelsPerMeter目標(biāo)設(shè)備垂直分辨率，單位是每米的像素?cái)?shù)biClrUsed實(shí)際使用的顏色數(shù)，若該值為0，則使用顏色數(shù)為2的biBitCount次方種biClrImportant圖像中重要的顏色數(shù)，若該值為0，則所有的顏色都是重要的Palette(調(diào)色板)rgbBlue該顏色的藍(lán)色分量rgbGreen該顏色的綠色分量rgbRed該顏色的紅色分量rgbReserved保留字ImageData(位圖數(shù)據(jù))按像素按行優(yōu)先順序排序，每一行的字節(jié)數(shù)必須是4的整倍數(shù)第一部分為位圖文件頭BITMAPFILEHEADER，它是個(gè)結(jié)構(gòu)體，其定義如下：typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { WORD bfType；DWORD bfSize；WORD bfReserved1；WORD bfReserved2；DWORD bfOffBits；} BITMAPFILEHEADER；這個(gè)結(jié)構(gòu)的長度是固定的，為14個(gè)字節(jié)(WORD為無符號(hào)16位二進(jìn)制整數(shù)，DWORD為無符號(hào)32位二進(jìn)制整數(shù))。由于RLE4和RLE8的壓縮格式用的不多，一般僅討論biCompression的有效值為BI_RGB，即不壓縮的情況。數(shù)組中每個(gè)元素的類型是一個(gè)RGBQUAD結(jié)構(gòu)，占4個(gè)字節(jié)，其定義如下：typedef struct tagRGBQUAD { BYTE rgbBlue；BYTE rgbGreen；BYTE rgbRed；BYTE rgbReserved；} RGBQUAD；第四部分就是實(shí)際的圖像數(shù)據(jù)。對(duì)于16色位圖，用4位就可以表示一個(gè)像素的顏色，所以一個(gè)字節(jié)可以表示2個(gè)像素。依次類推，最后得到的是最上面的最右邊的一個(gè)像素?；叶茸儞Q原理：首先提取一幅圖像的一個(gè)象素，在BMP格式中一個(gè)象素由8位紅色亮度值，8位綠色亮度值和8位藍(lán)色亮度值組成，只要按一定的變換函數(shù)去變換。例如輸人灰度圖像函數(shù)為 ，輸出二值圖像函數(shù)為 ，則 Threshold=127 (3) 閾值(threshold )是把目標(biāo)和背景區(qū)分開的標(biāo)尺，選取適當(dāng)?shù)拈撝稻褪羌纫M可能保存圖像信息，又要盡可能減少背景和噪聲的干擾，這是選擇閾值的原則。設(shè)圖像在像素
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