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OTSU算法 -- 三通道阈值分割

17-07-07        来源:[db:作者]  
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otsu 应用

依据像素值的权重,分离图像前景和背景。

otsu 算法确定图像前景和背景阈值

// 关键之处是处理像素值的权重占比
// Otsu algorithm
int Otsu(const Mat src)
{
    int height = src.rows;
    int width  = src.cols;
    int size   = height * width;
    unsigned char* data = src.data;

    // histogram    
    long histogram[256] = { 0 };

    // pixel gray value count
    for (int i = 0; i < height; i++)
    {
        unsigned char* p = data + i * src.step;
        for (int j = 0; j < width; j++)
        {
            histogram[int(*p++)]++;
        }
    }

    /*
     * sum0:前景的灰度总和     sum1:背景灰度总和
     * cnt0:前景像素的总个数   cnt1:背景像素的总个数
     * w0:  前景像素个数占整幅图像像素的比例
     * w1:  背景像素个数占整幅图像像素的比例
     * u0:  前景的平均灰度     u1: 背景的平均灰度
     * variance: 类间方差
     */
    long sum0 = 0, sum1 = 0;
    long cnt0 = 0, cnt1 = 0;
    double w0 = 0, w1 = 0;
    double u0 = 0, u1 = 0;
    double variance = 0;

    /*
     * u: 整幅图像的总平均灰度
     * maxVariance: 最大类间方差
     */
    int i, j;
    double u = 0;
    double maxVariance = 0;

    // 目标阈值
    int threshold = 0;

    // 依次遍历每个像素
    for (i = 1; i < 256; i++)
    {
        // 初始化
        sum0 = 0;  sum1 = 0;
        cnt0 = 0;  cnt1 = 0;
        u0 = 0;  u1 = 0;
        w0 = 0;  w1 = 0;

        // 前景
        for (j = 0; j < i; j++)
        {
            cnt0 += histogram[j];
            sum0 += (long)(j * histogram[j]);
        }

        // u0:前景平均灰度  w0:前景像素点数量占全部像素点的比例
        u0 = (double)(sum0 * 1.0 / cnt0);
        w0 = (double)(cnt0 * 1.0  / size);


        // 背景
        for (j = i; j <= 255; j++)
        {
            cnt1 += histogram[j];
            sum1 += (long)(j * histogram[j]);
        }

        // u1:背景平均灰度  w1:背景像素点数占全部像素点的比例
        u1 = (double)(sum1 * 1.0 / cnt1);
        w1 = 1 - w0;

        // u:图像平均灰度   variancn:类间方差
        //u = u0 * w0 + u1 * w1;
        variance = w0 * w1 *  (u0 - u1) * (u0 - u1);

        if (variance > maxVariance)
        {
            maxVariance = variance;
            threshold = i;
        }
    }

    return (threshold);
}

分别根据r,g,b三通道的阈值分离图像,再merge(r,g,b)

图像分离可采用 opencv split()函数,将Mat格式图像转换为vector格式的图像。 合并r, g, b则采用相反的操作,使用opencv merge()函数,将vector格式的图像合并成Mat格式的完整图像。
// splite input image
void ThresholdByOtsu(const Mat src,  Mat & Dst)
{
    // split Mat src to Vector src_v
    vectorsrc_v;
    split(src, src_v);

    imshow("r_src", src_v[0]);
    imshow("g_src", src_v[1]);
    imshow("b_src", src_v[2]);

    // save origin image r, g, b
    imwrite((g_kOutputPath + "r_src.tiff"), src_v[0]);
    imwrite((g_kOutputPath + "g_src.tiff"), src_v[1]);
    imwrite((g_kOutputPath + "b_src.tiff"), src_v[2]);

    // get threshold
    int threshold_r, threshold_g, threshold_b = 0;
    threshold_r = Otsu(src_v[0]);
    threshold_g = Otsu(src_v[1]);
    threshold_b = Otsu(src_v[2]);

    // output r, g, b threshold after otsu.
    cout << "after otsu:" << endl;
    cout << "------------------" << endl;
    cout << "threshold_r:" << threshold_r << endl;
    cout << "threshold_g:" << threshold_g << endl;
    cout << "threshold_b:" << threshold_b << endl;

    // 二值化
    vectorout_v;
    threshold(src_v[0], src_v[0], threshold_r, 255, CV_THRESH_BINARY);
    threshold(src_v[1], src_v[1], threshold_g, 255, CV_THRESH_BINARY);
    threshold(src_v[2], src_v[2], threshold_b, 255, CV_THRESH_BINARY);


    // save r, g, b image after otsu
    imwrite((g_kOutputPath + "r_otsu.tiff"), src_v[0]);
    imwrite((g_kOutputPath + "g_otsu.tiff"), src_v[1]);
    imwrite((g_kOutputPath + "b_otsu.tiff.tiff"), src_v[2]);

    // merge three chanels image with r_otsu, g_otsu, b_otsu
    merge(src_v, Dst);

    // clear
    src_v.clear();
}

Example

1. 美丽的Lena女士


2. 原图像 R, G, B 三通道分离,依次输出r,g,b单通道图像如下



3. Otsu() 分别计算图像阈值得到r, g, b单通道阈值

channel threshold
r 113
g 102
b 162



3. 原图像R,G,B三通道,otsu阈值二值化,依次输出如下图像



4. 将二值化的R,G,B三通道进行merge操作,输出OTSU的最终结果

编译环境

dev version
os window10
image library opencv3.2.0
compiler Virtual Studio 2015

More

see more https://github.com/Guguant/anypapers/tree/master/sga
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