谭升
非主流人工智能科学家 我和外面那些妖艳的货不一样

【数字图像处理】7.10:灰度图像-图像分割 区域分割之分水岭算法

灰度图像-图像分割 区域分割之分水岭算法

今天已经是第60篇博客了,这六十篇每一篇平均要两天左右,所以,在过去的四个月学到了这么多知识,想想挺开心,但学的越多就会发现自己不会的越多。从小学到大学,这么多年一直以学习为主要工作但学习又有很多阶段,对于通用知识,比如小学的语文数学此观点不适用,对于一些专业性较强的知识,感觉会有两个很主要的阶段,感觉自己目前处于入门阶段,由于数字图像涉及数学的知识较多,还有信号和信息论的知识,所以,感觉还是比较难学科,不然招聘公司也不会一年几十万的养着图像处理工程师。
下面的图是本人的一点点见解,只是自己总结的,没有实践,也没有科学依据,不喜勿喷:

我感觉图像处理能分成三个阶段,或者更多,第一阶段的人很多,听说这行前景好或者工资高的人,多半会学习点图像的知识,比如彩色空间啊,了解下OpenCV啊等等,还有一些属于纯属上课被逼无奈的,比如我们学校就对电子信息类专业和通信类开数字图像处理这门课,而且我当时考试还挂了。。。。这部分大家会接触一些名词,一些简单算法,有用心的同学可能会实现下代码,这阶段风景不错,而且好多名词可以拿来忽悠HR或者忽悠导师,得到一份不错的工作,或者做点导师的项目。
这个阶段多半使用现成的函数库,了解了基本算法或者听别人说一些算法,自己来跑结果,这个阶段Matlab的用户量较大。
第1阶段后半期也就是平台期,这个阶段是做了一段时间有一定算法使用基础和代码能力的工程师,多半在各企业负责最底层的图像算法编写,在他们面前是一座大山,和一个路口,继续做图像还是转管理。
如果继续选择图像,就会面临一个峭壁,具体是算法底层的数学,说的数学,总是困难的,爬这个峭壁的动力可以是挣更多的钱,或者爱好,因为一旦到达阶段2,就能成为首席图像处理工程师,到任何需要图像处理的公司,都能够独当一面,这些人已经到了不缺钱的地步,而且在行业内一定有一定名气。
第二阶段的一旦到达,可以说是事业的平稳期,或者巅峰,不缺钱,还能独自决定一些技术层面上的事,指挥手下阶段1的员工工作,这个阶段面临的也是一个选择,就是靠这个吃一辈子饭,绝对没问题,再有就是向更高的境界冲击。
第三阶段没有尽头,因为能促使进入阶段三的动力只有爱好,这部分挣的钱可能没有阶段2挣的多,而且难度更大,看不到尽头,所以这部分属于探索阶段,在这个阶段上看到的一些,都能推动未来学科的发展,所以这个阶段的人多半是在实验室和数学中忙碌一生,然后几十年后出现在各大论文和教材中。
以上属于个人猜想或者愚见,想法幼稚,仅供参考。

算法描述

今天废话太多了,哈哈,其实上面的可以新开一篇博客单独写出来,但觉得,首先自己年轻视野狭窄,第二水平太低,所以当做废话夹在本文中。
今天说分水岭算法,分水岭算法族是一个思想引出的一些列实现方法。
算法内容:首先将二维灰度图像抽象为三维地形,横纵坐标表示经纬度,灰度表示高度,这样就产生了一个地形图,地形中有高山有盆地,我们的任务就是找到盆地并且给盆地划定地盘。
算法过程,将最低点(灰度)作为起始点,开始从下注水,想泉水一样,水位逐渐上升,所有点都是上下透水的,但不会横向流动,每产生一个新的积水盆地时标记这个盆地使之与原有盆地区别开,当两个盆地内的水要汇集的时候,在此点建立一个水坝,将水分开,此水坝无限高,水永远不会溢出,依次建立所有水坝,最后的水坝就是所谓的分水岭或分水线,也就是得到的分割线。
算法步骤:

  1. 检测图像中所有的盆地,并依次标记,(此时最终的分割区域数已确定)
  2. 将盆地周围邻域的像素按照灰度值大小入队(队列,数据结构,先进先出)
  3. 按照灰度值顺序将像素出队,进行判断
    判断1:如果像素周围只存在一个盆地标记,将此像素划分到此盆地
    判断2:如果像素周围存在两个以及以上盆地,次像素为分水岭。
  4. 如果此像素是盆地像素,将该像素邻域像素入队。
  5. 重复步骤3,直到队列为空。
  6. 得出结果

此算法描述只是分水岭算法之一,冈萨雷斯的书中使用的是形态学的描述方式,但与上述过程原理一致,感兴趣者可自行查阅。
解释下第一步,第一步是本算法的核心,此步骤首先要确定盆地还是非盆地,可以抽象成下面几种模型:

图像中的红色框内为非初始盆地,或叫做盆底,绿色为盆底,对于第二种盆地的确定需要使用图的深度或者广度优先搜索,判断所有候选点,来判断是第二种模型还是第三种。

代码

实现效果

总结

以上实现目前还有点缺陷,就是盆底面积很大的时候,递归计算会crash,初步设想的解决办法是使用迭代替换递归,分割结果相对来讲对于前面的算法来说相对较好,但运算速度较慢,对噪声敏感。
灰度图像的内容简单的介绍至此,下篇开始介绍彩色基础知识和算法,欢迎收看。
待续。。。

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