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科 技 论 坛
彩色图像分割算法的仿真实验
陈 强 范剑英 于晓磊 王 洋
(哈尔滨理工大学,黑龙江 哈尔滨 150000)
引言
图像分割领域对灰度图像研究比较早,灰度
图像分割算法以总体日趋成熟。随着计算机图像
学技术的不断发展,彩色图像研究得到了越来越
多重视,彩色图像与灰度图像相比较有很多突出
的优点,彩色图像包括有针对性的亮度信息,而且
还有更多的有效信息,如色调,饱和度,同样景物
的彩色图像所包含的信息量与灰度图像相比丰富
得多,人的视觉系统对彩色图像的感知更加敏感,
一幅质量不好的彩色图像比一幅质量非常好的灰
度图像更具有吸引力和辨别力。因此,对彩色图像
分割方法的研究能有效的克服传统的灰度图像分
割方式的许多缺点,有非常重要的理论和现实意
义。最简单的彩色图像分割方法是直接将彩色图
像转化为灰度图像,将彩色图像按灰度图像进行
分割,忽略了亮度信息和颜色信息之间的关联,导
致分割效果不理想。
1 颜色空间模型
颜色是人眼对于不同波长的光线的一种映
象,而在其他领域需要对颜色进行描述时候,颜色
通常用三个相对独立的属性分量来表示。三个独
立变量所构成的三维立体结构就构成了一个颜色
空间。说明颜色用不同描述方法来得到不同的描
述信息结果,但被描述的颜色对象信息本身是客
观不变的,不同颜色空间只是从不同的角度去衡
量同一个对象。说明颜色用不同描述方法来得到
不同的描述信息结果,但被描述的颜色对象信息
本身是客观不变的,不同颜色空间只是从不同的
角度去衡量同一个对象。但在不同的颜色空间里
对制定的图像进行彩色图像分割会产生不同的结
果,例如一些颜色空间:RGB、CIE、Munsell虽然都
可以被用于彩色图像分割。
但在不同的颜色空间里对制定的图像进行
彩色图像分割会产生不同的结果,例如一些颜色
空间:RGB、CIE、Munsell虽然都可以被用于彩色
图像分割。
RGB颜色空间。RGB颜色空间是与计算机
硬件设备最吻合的颜色空间,RGB颜色空间与人
类的视觉系统结构联系十分紧密。根据人眼结构,
自然界中的所有颜色都可看作是 3个基本颜色:
红(R),绿(G)和蓝(B)的不同组合。基本色的波长各自
差异明显。由于光源的光谱是连续渐变的,定义 3
种基本波长并不表明仅由 3个固定的 R、G、B分
量就可组成所有颜色。RGB构成了空间的三组基,
可以用图 1表示,RGB颜色空间与其它颜色空间
有显著的优点,用于硬件显示相当准确。
2 基于RGB空间模型图像分割算法的实现
实验目的:对绿色区域运用欧几里得距离进
行相似性度量,利用图像分割理论提取得到整幅
RGB图像中的绿色范围区域,计算出绿色在RGB
图像中占据的百分率,可以估算出城市绿色植被
覆盖率。
实验过程与相关原理介绍:分割的目的是对
图像中的每一个RGB像素进行分类,使其在指定
的范围内判断有这种颜色或没有这种颜色。为执
行这一比较,我们需要一个相似性度量。
欧几里得距离(euclidean):令 z表示 RGB空
间的任意点。若 z和m之间的距离小于指定的阈
值 T,可以认为 z相似于m,z和m之间的欧几里
得距离由下式给出:
(1)
||.||是参量的范数,下标R、G和B表示向量m
和 z的RGB分量。D(z,m) T的点的轨迹是一个
半径为T的实心球体。由定义可知,包含在球体内
部和表面的点满足特定的彩色准则,而球体外面
的点则不满足。
实验步骤:第一步:给定一组感兴趣的颜色范
围(绿色)描述的彩色样本点,获得一个“平均”的
颜色估计,试验中感兴趣目标颜色为绿色,如图 2
所示。第二步:在MATLAB中对图像进行
数学
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函
数计算出阈值 T=9,也可取阈值的整数倍作为相
似性度量比较的数据,所以 T=18或 T=27等同样
符合实验要求。第三步:目标区域(绿色)平均色用
RGB列向量m来定义,采用欧几里得距离与绿色
进行相似性度量,筛选出符合要求的目标颜色,区
域分别取阈值 T=9,T=18,T=27进行仿真实验,对
比试验结果,发现 T=9与原图像绿色分布不符,数
据计算采用T=18,T=27两组较为准确。第四步:分
别将两组数据的目标颜色(绿色)区域的像素值转
化为 1.0,显示为白色,其它区域像素值转化为 0.0,
显示为黑色如图 3所示分割结果。第五步:原RGB
图像为 512*512,根据绿色区域像素的个数的实
验结果分别对 T=18,T=27进行计算绿色区域像
素的个数所占的百分率,求准确平均值 。
3 实验结果及
分析
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如图 2 左为原图像 f,右图为利用
mask=roipoly(f);在原图像中选取绿色区域。如图
3为选区method为 euclidean(欧几里得距离)时
T=9,18,27时对应的分割效果图。
当T=18和 =27时植被覆盖率分别为 8.4%和
15.7%,最后求总的平均值的:d=(8.4%+15.7%)
/2=12.05%,即原 RGB图像绿色区域像素所占图
像总像素的百分率为 12.05%,图片城市绿色植被
覆盖率为 12.05%
4 实验结论
实验达到了预期的目的,对选定区域进行计
算,得出平均颜色的估计,再用欧几里得距离与对
应的阈值进行判断,得到要分割出来的像素点,这
个方法比较简单,运算速度快,方法对比度较好,
可以快速准确的计算出某城市绿色植被覆盖率。
参考文献
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作者简介:陈强,哈尔滨理工大学,硕士,测控
技术与通信工程学院,测试计量技术及仪器专业,
导师:范剑英。
摘 要:随着计算机硬件设备的不断更新和科学技术的不断进步,彩色图像的应用范围越来越广。分析了当今彩色图像分割的研究现状,并使
用 RGB彩色空间模式进行彩色区域分割,分割的目的是在 RGB图像中得到一个特定彩色范围,给定一组感兴趣的彩色描述的样本点,获取一个
“平均”的颜色估计,再用欧几里得距离计算出与平均色同一颜色特征的区域,最后计算出处理图像中的目标颜色区域占用的百分率。文中对某城市
彩色图片进行分割,提取出绿色区域,可计算出城市绿色植被的覆盖范围。
关键词:彩色图像分割;RGB模型;颜色空间
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