流域变换:图像分割的策略

作者:Steve Eddins, MathWorks


“分水岭”一词指的是把不同水系的排水区域划分开来的山脊。集水盆地是指向河流或水库排水的地理区域。

那么流域如何与分析生物组织,研究星系,或研究新的半导体技术有关的流域和集水区盆地是如何相关的?什么是有关的图像处理

连接是通过计算机分析数字图像中对象的分析。这些物体可以是任何东西:血细胞,星星,印刷页面上的调色剂斑点,DNA微阵列元件,甚至量子半导体点,如在该图像中。

在亚砷铟沉积到砷化镓期间形成的量子力学点的原子力显微镜图像。(由剑桥大学半导体物理集团的Ian Farrer提供。)

计算机分析图像对象首先要找到它们——决定哪些像素属于每个对象。这被称为图像分割,即将物体从背景中分离出来的过程,以及物体之间的分离。R.冈萨雷斯和R.伍兹在他们广泛使用的教科书中写道(数字图像处理)指出,非平凡图像的分割是图像处理中最困难的任务之一。分割的准确性决定了计算机分析程序的成败。

最新版本(版本3)的图像处理工具箱包括计算和应用分水岭变换的新功能,分水岭变换是解决图像分割问题的强大工具。

了解流域变换要求您将图像视为曲面。例如,考虑以下图像:

综合生成的两个黑暗斑点的图像。
如果你想象那个明亮的区域是“高”和暗区“低”,那么它可能看起来像表面(左)。凭借表面,在集水区和流域线条方面是自然的。图像处理工具箱功能流域可以找到用于任何灰度图像的集水区和流域线。使用流域变换进行分割的关键是:这是:将图像更改为另一个映像盆地是您要识别的对象的图像。

多维图像处理
许多新的图像处理工具箱功能支持多维图像处理。金宝app在盖子上示出的表面将该二进制图像示例展开至三个维度。图形显示了两个球形触摸对象,距离变换的透明等气面,以及使用3-D流域变换计算的分段结果。工具箱中的新的去孔,空间转换,形态和过滤工具也支持多维图像处理。金宝app

例1:分割二进制图像

考虑在这个二值图像中分离两个接触对象的任务。我们如何修改这个图像,使它的集水区是两个圆形的物体?

为了做到这一点,我们将使用图像处理工具箱中的另一个新工具:bwdist,它计算距离变换.正如该示例所示,二进制图像的距离变换是从每个像素到最近的非零值像素的距离。

小二进制图像(左)及其距离变换(右)。

二值图像的距离变换,用bwdist (BW),看起来像图像a(左)。

此图像不是很有用,因为只有一个集水盆跨越整个图像。相反,尝试计算图像的距离变换:

D = bwdist (~ BW);% image B(上图)

这张图片比较近,但我们需要将距离转换为负数,将两个明亮的区域变成集水区。

D = -bwdist (~ BW);%图像C(以上)

现在每个对象都有一个集水区,所以我们称之为流域函数。l

分水岭(D);

l被称为A.标签矩阵,包含与每个流域流域的位置相对应的正整数。我们可以使用的零值元素l,位于流域线,将物体分离在原始图像中。

bw(l == 0)= 0;IMSHOW(BW)%分段图像D(上图)

示例2:分割量子点

量子点图像需要更多的工作来使其适用于流域分割。首先,我们将图像转换为灰度,并使用形态顶部帽子操作员(许多新的灰度形态工具中的一个),具有磁盘形的结构元素,以平滑不均匀的照明。

i = RGB2GRAY(RGB);I2 = Imtophat(I,Strel('盘',10));

其次,我们使用一个新函数曲折确定将图像转换为二进制的良好阈值。

水平= graythresh (I2);BW = im2bw (I2、水平);

最后对补齐后的二值图像进行距离变换,将其修改为背景为自身的流域,并进行流域变换。新功能label2RGB.用于使用不同颜色显示被分割的对象。

D = -bwdist (~ BW);D (~ BW) =无穷;L =分水岭(D);imshow (label2rgb (L,“喷气机”,“w”))

实施例3:分段钢颗粒

我们的最后一个例子,钢颗粒的显微镜图像,看起来像一个自然的分水岭分割,因为明亮的区域已经被黑暗的线分开了。

钢晶粒的显微镜图像。(CRC出版社,J. C. Russ,《图像处理手册》的作者)

我们可以简单地计算补齐图像的分水岭。

l =流域(IMComplement(i));

不幸的是,这并不奏效,如下所示:

结果,oversegmentation,是流域分割中的众所周知的现象。出现贯彻的发生,因为即使是微小和微不足道,也形成了自己的集水区流域。一个解决方案是修改图像以删除太浅的最小值。这正是什么h-minima变换(imhmin) 做。

I2 = ImComplement(i);I3 = Imhmin(I2,20);%20是抑制浅最小值L =流域的高度阈值(I3);

这是改进后的结果。

您已经了解了几种使用分水岭变换分割图像的方法。另一种技术,称为标记控制分水岭分割,描述在图像处理工具箱页面.要了解有关如何在自己的工作中使用流域的转换,请查看进一步阅读。

什么是新的图像处理工具箱3

63个新的工具箱职能大大扩大了其在以下主要领域的能力:

  • 灰度形态学
  • 空间转换
  • 图像配准
  • 图像去模糊
  • 日本进口
  • 多维图像处理
  • 整数图像算法和滤波
  • 工具,便于在易于使用的图形环境中控制仪器
  • 用于确定计算机可用硬件的功能
  • 在一个MATLAB会话中与多种仪器通信

有关新版本的更多信息,请参见图像处理工具箱页面

2002年出版的

参考

  • 数字图像处理,拉斐尔C.冈萨雷斯和理查德E.伍兹,普伦蒂斯-霍尔,2002年

  • 图像处理手册,约翰拉斯,CRC出版社,1998年

  • 形态学图像分析:原理与应用,皮埃尔·索依,施普林格-弗拉格,柏林,海德堡,1999

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