海水中悬浮颗粒图像的二值化问题.pdf

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1、第32卷第4期2013年12月海洋技术0CEANTECHNOLOGYV01．32，No．4Dec，2013海水中悬浮颗粒图像的二值化问题于翔1．于连生2(1．天津城建大学，天津300384；2．国家海洋技术中心，天津300112)摘要：为了减少海水中悬浮颗粒图像二值化过程中信息丢失造成的二值化图像失真，通常是对原图作预处理，比如高通滤波、降噪、背景均衡等，这些处理一般都需要复杂的算法，编制软件来实现，且效果并不理想。通过分析颗粒图像的灰度图与二值化的关系，指导图像拍摄硬件的改造和照明条件选择，使拍摄的图型尽可能接近二值

2、化图的灰度分布。从而获得了比较好的颗粒图型二值化效果。关键词：颗粒图像；图像处理；图像二值化；灰度图中图分类号：TP317．4文献标志码：B文章编号：1003—2029(2013)04—0049—06悬浮颗粒图像分析仪拍摄的颗粒图像是由灰度不同的像素面阵构成。为了计算颗粒粒径，需要对颗粒图像进行处理，将原图转换为颗粒图像边缘闭合且不改变大小的黑白图像，然后才能统计计数。颗粒图像处理的基本过程如下：(1)对原图作滤波，降低噪声；(2)对原图作二值化处理；(3)分析、计数。在颗粒图像处理过程中，对原图的二值化处理好坏是影响

3、分析结果的最重要的因素。对于灰度图象，如果将像素的灰度分为256个灰度级(8bit)，选择一个或几个灰度值t(0≤‘。<255)将目标和背景分开，这个灰度值t称为阈值。凡是灰度大于阈值的像素设成255，小于阈值的设成0。这样处理后的图像就只有黑白二色，从而将灰度范围划分成目标和背景两类，实现了图像的二值化。阈值选取不好会直接影响二值化图的质量，例如，二值化图边缘不闭合、变形、扩大或缩小等。很显然，上述问题都会对测量结果带来误差，甚至错误。为了避免这种问题发生，发展了多种计算机图形自动识别算法，包括全局阈值方法和局部阈值

4、方法。无论是全局阈值法还是局部阈值法，无论阈值如何选取，由于要将256个灰度级组成的灰度图像，转化为只有0和255两个灰度，绝大多数灰度大于0小于255的像素都作了近似处理，或者说损失了图像信息，因此，二值化图与原图的差异是不可避免的。既然图像的二值化处理存在天然缺陷，可以选择更好的方法来减少颗粒图像分析仪的测量误差。事实上，由颗粒图像分析仪的构成可知，它包括硬件部分和分析软件，由于分析软件存在天然缺陷，可从硬件上寻找突破。如果硬件拍摄的图像本身接近二值化图像，即大部分像素的灰度集中在两个反差很大的灰度附近，则直接二值

5、化处理也不会丢失太多图像信息。1Otsu算法与最佳阈值选取最大类间方差法是Otsu于1979年提出的。Otsu算法的基本思路是用某一假定的灰度值将组成图像的具有不同灰度的像素分成两类，当两类的类问方差最大且类内方差最小时，可获得最佳二值化分隔，所假定的阈值就是最佳阈值t。一幅图像中包括有不同灰度的像素组成的目标物体、背景还有噪声，当确定了阈值t之后，用t将图像的像素分成两部分：灰度大于t的像素群和灰度小于t的像素群，颗粒图像转化为黑白图像。设像素的灰度级为G，灰度值为i的像素数为‰则总的G一1像素数是^r-艺‰各灰度值

6、像素出现的概率是pi=nJN，显然i=0C—lPi>10且艺pi=l。如果将颗粒图像转化为黑白图像就意味着l=0转化后的二值化图像只有两个灰度值，在8bit情况下，转化后的二值化图就只有灰度为0或255两种像素，原图中具有C—I不同灰度的^k艺m个像素要转化并重新归类。哪些像素归i=0于白色，哪些像素归于黑色，取决于灰度阈值￡，将大于l的像素群的像素值设定为白色(或者黑色)，小于t的像素群的像素值设定为黑色(或者白色)。那么，灰度级为0～t的像素群构成图像背景A，灰度级为t+l～L-1的像素群构成目标收稿日期：2013

7、—06—15基金项目：海洋公益性专项资助项目(201005025—6)作者简介：于翔(1979一)，男，硕士，讲师，主要研究方向为计算机并行计算。Email：yuxiang_tj@hotmail．corn海洋技术第32卷物体B。A类和B类出现的概率及均值为：lC—l概率P^=∑，路∑P。=1一PAi=0‘=I+ltG-l均值∞。=∑ip,／PA，∞B=∑ip,／P．i=0I=p}l图像总的灰度均值为：C—ltoo=P^to^+PBtoe=22ip。'一i=0A类和B类的方差为：根据上面的分析可知：背景均匀，物体部分B的

8、方差尽可能小，是最佳颗粒图像。从灰度图判断，图像的灰度图左侧代表黑色的灰度分布”7和右侧代表白色的灰度分布大，中间过渡区幅度越低，颗粒图像越易做二值化处理。“7对于悬浮颗粒图像分析仪，只要通过调整光学系统并采用落射光照明，仔细调整投射角度使得视场内亮度均匀，即可拍出比较理想的悬浮颗粒图片。拍摄过程中，可以不断地p’测量图片的灰度图