A Local Contrast Fusion Based 3D Otsu Algorithm for Multilevel Image Segmentation

To overcome the shortcomings of 1D and 2D Otsu’s thresholding techniques, the 3D Otsu method has been developed. Among all Otsu’s methods, 3D Otsu technique provides the best threshold values for the multi-level thresholding processes. In this paper, to improve the quality of segmented images, a simple and effective multilevel thresholding method is introduced. The proposed approach focuses on preserving edge detail by computing the 3D Otsu along the fusion phenomena. The advantages of the presented scheme include higher quality outcomes, better preservation of tiny details and boundaries and reduced execution time with rising threshold levels. The fusion approach depends upon the differences between pixel intensity values within a small local space of an image; it aims to improve localized information after the thresholding process. The fusion of images based on local contrast can improve image segmentation performance by minimizing the loss of local contrast, loss of details and gray-level distributions. Results show that the proposed method yields more promising segmentation results when compared to conventional 1D Otsu, 2D Otsu and 3D Otsu methods, as evident from the objective and subjective evaluations.      

Improved Ship Target Detection Accuracy in SAR Image Based on Modified CFAR Algorithm

基于修正CFAR算法的高精度SAR图像舰船目标检测

王勇,郭天骄

(哈尔滨工业大学 电子与信息工程学院,哈尔滨 150001)

创新点说明：

本文基于舰船目标实测数据SAR成像结果,提出一种新的二维SAR图像舰船目标检测算法,具体创新性可说明如下：

1）首先使用Otsu算法大致确定舰船目标的大小,进而自适应地确定CFAR滑动窗的尺寸,使算法更有普适性。

2）介绍了CFAR算法的改进形式,在提高运算速度的同时大大提升了检测效率。

3）所用的综合算法包含了形态学分割算法,解决了传统Otsu、CFAR算法不能处理多目标融合、角反射过强等问题,降低了漏警概率。

研究目的：

传统CFAR舰船检测算法效率低、无法根据图像分辨率和舰船目标大小来确定滑动窗大小,而且无法解决多目标融合等问题,基于此,本文设计一种综合算法可解决基于SAR图像的舰船目标检测问题。

研究方法：

1）对图像进行Otsu二值分割处理,量取分割后的每个区域的尺寸;

2）采用改进的CFAR算法,将积分运算简化为求和迭代运算,将阈值初始化为二倍窗内灰度值均值,窗大小根据Otsu算法分割后的每个区域的长宽来确定;

3）对经过CFAR算法后的图像进行形态学开运算处理。开运算算子采用一条线段,长度同样根据Otsu算法分割后的每个区域的长宽来确定。

结果：

1）说明了SAR图像进行Otsu处理后的图像特点,以及Otsu算法可以迅速获得舰船目标大小的优点。

2）给出了改进的CFAR算法的计算流程,此算法能够根据上一步估计的舰船目标大小来调整滑动窗大小,计算高效迅速,而且比较精确。

3）采用形态学开运算算法,并能根据Otsu算法分割后的每个区域大小来确定开运算算子,开运算处理后融合的多目标彼此分离,强角反射得到了去除,降低了漏警概率和虚警概率。

结论：

对于一幅含有舰船目标的SAR图像,可以通过Otsu、CFAR、开运算处理来进行舰船目标检测,降低漏警概率和虚警概率,提高算法的普适性和精确性。此外,通过对CFAR算法改进可大大提升运算效率。本文的研究结果对SAR舰船目标检测算法的实际应用奠定了良好的理论和实验基础。

关键词：舰船检测,Otsu算法,恒虚警检测,开运算

     

细胞膜机制萤火虫算法优化多阈值Otsu图像分割

图像阈值分割是将灰度图像转换为二值图像的常用图像分割方式.经典多阈值Otsu算法对复杂图像进行分割取得了很好的效果,但是其采用穷举方法来寻找最优阈值是非常耗时的.针对这一问题,本文提出了一种基于细胞膜和自适应步长萤火虫混合优化算法的多阈值Otsu图像分割方法.利用萤火虫算法的启发式搜索来寻找图像分割的最优阈值很好地降低了算法的时间复杂度,并且在萤火虫算法中混合细胞膜算法很好地解决了萤火虫算法的"早熟"现象.实验结果表明,与经典多阈值Otsu法和萤火虫算法优化多阈值Otsu法相比,本文提出的算法具有更高的收敛速度和更好的图像分割效果,并且有效解决了萤火虫算法易陷入局部最优的问题.     

基于区域相似信息的自适应运动目标检测算法

当视频监控中存在动态背景干扰、鬼影现象和静止目标时,ViBe算法的检测性能较差。针对该问题,提出一种改进的ViBe算法。通过Otsu算法得到图像的动态阈值,提高算法在动态背景中的抗干扰能力,同时结合区域相似度判断鬼影、拖影或静止目标区域,自适应地对不同类别区域像素进行更新抑制。实验结果表明,改进算法在动态背景中表现出良好的鲁棒性,能够有效抑制鬼影以及静止目标产生的拖影,在保证实时性的前提下较原算法检测精度和综合评价指标F值分别提高0.309和0.2,具有更好的检测效果和检测性能。     

基于形态学和小波变换的烟叶病斑分割

烟叶病虫害分割是提高烟叶质量的重要保证。针对传统分割方法的分割精度和效 率不够理想的问题,提出了一种结合形态学和小波变换的 Otsu 算法用于烟叶病斑的分割。首先 对背景区域进行数学形态学处理,获得烟叶的叶面图像;然后选择小波系数分解叶面图像,再 将分解后的图像进行低频重构,去除噪声的影响;最后应用 Otsu 算法对叶面图像进行二次分割 得到病斑。由于形态学的开、闭运算分别能提取图像中的明暗细节特征,所以该分割方法能有 效减少背景对病斑区域的干扰,从而提高分割精度和效率;通过小波多分辨率分解,可以克服 冗余信息和噪声的影响,进一步提高了分割的精度。采用不同种类的烟叶病斑图像进行实验, 结果表明,该方法能够有效地分割出烟叶病斑,并且也适合于分割其他作物的病害。     

BGA焊点空洞缺陷的数字形态学检测

空洞缺陷是BGA焊接缺陷中比较常见的一种, 主要由回流焊时产生的气体没有及时排出而导致. X射线无损检测技术可以使空洞缺陷在焊球图像上显示为白色区域供技术人员查看, 但在噪声、不均匀照射、存在与缺陷类似目标的干扰下如何准确地自动提取缺陷一直是个难题. 提出使用Otsu算法分割焊球, 使用数学形态学中的开闭运算、 顶帽变换提取空洞缺陷的技术方案, 实现每个焊点空洞缺陷的准确提取和自动分析. 实验结果表明, 提出的技术方案鲁棒性强, 可应用于BGA焊点的空洞缺陷检测.     

侧扫声纳目标自动探测研究

为了解决水声图像因受到噪声、多途、混响的影响,使水声图像特征难以提取的问题,针对海底目标的识别,通过对图像处理算法的研究以及大量的实验分析,给出了侧扫声纳图像目标自动识别的有效方法。其中包括图像的增强、二值化、二值开闭操作、特征提取、特征计算及目标识别等内容。通过对面积特征的提取和计算实现了对水下目标的自动探测。     

噪声图像的快速二维Otsu阈值分割

为了提高二维阈值分割法处理速度, 提出了二维Otsu法的快速实现方法。基于二维随机变量的边缘概率分布, 将二维最佳阈值（s*, t*）的求解拆分成两个一维最佳阈值s*和t*的求解; 同时为了改善原算法的分割效果, 引入类内方差的定义, 提出了新的最佳阈值判别式。实验结果表明, 本方法不仅保留了原二维阈值法抗噪性强的特点, 其时间复杂度由O(L⁴)降为O(L), 空间复杂度由S(L²)降为S(L), 且分割错误率低于原二维Otsu法。该方法适合处理高斯噪声图像的快速阈值分割问题。     

数字图像处理等；基于二维Otsu和模糊聚类的图像分割算法*

针对传统二维Otsu算法计算复杂度高的问题,提出一种改进的Otsu图像分割算法。该算法通过求两个一维Otsu法的阈值来代替传统二维Otsu法的阈值,使得计算复杂度得到了降低;同时为了改进分割效果,结合使用了模糊C-均值聚类算法。实验结果表明,改进的算法充分发挥了两者的优势,不仅在计算速度上优于原二维Otsu算法,且分割效果较好。     

改进的快速Otsu自适应分割算法及其应用*

对Otsu算法因灰度直方图峰值不明显导致分割效果差提出了改进,根据分割目标背景信息的先验值对类内灰度值进行调整,通过迭代计算,使类间方差最大化,从而自动确定阈值,并应用于虹膜图像分割。实验结果表明,该算法对虹膜图像分割效果好,运算速度快,具有一定的鲁棒性和自适应性,可用于虹膜图像的实时分割。