圖像分割評價方法研究

　　圖像分割是計算計視覺研究中的經(jīng)典難題，已成為圖像理解領(lǐng)域關(guān)注的一個熱點，

　　圖像分割作為圖像技術(shù)領(lǐng)域的一個經(jīng)典難題，自上世紀(jì)七十年代以來吸引了眾多研究人員的研究熱情并為之付出了巨大努力，提出了很多圖像分割算法。這些分割算法分割性能的優(yōu)劣，是用相關(guān)圖像分割質(zhì)量測度來進(jìn)行評價的。但由于對算法分割是否成功的客觀判定標(biāo)準(zhǔn)至今未得到解決，因此圖像分割算法分割質(zhì)量得評價成為一項頗具研究意義的課題。有關(guān)圖像分割評價的方法已有少數(shù)的初步探討，但目前仍未有很好的歸納和整理。這不僅和圖像分割技術(shù)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀不相稱，也不利于圖像分割技術(shù)的發(fā)展。

　　圖像分割是圖像分析的第一步，是計算機(jī)視覺的基礎(chǔ)，是圖像理解的重要組成部分，同時也是圖像處理中最困難的問題之一。所謂圖像分割是指根據(jù)灰度、彩色、空間紋理、幾何形狀等特征把圖像劃分成若干個互不相交的區(qū)域，使得這些特征在同一區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)出一致性或相似性，而在不同區(qū)域間表現(xiàn)出明顯的不同。簡單的說就是在一副圖像中，把目標(biāo)從背景中分離出來。對于灰度圖像來說，區(qū)域內(nèi)部的像素一般具有灰度相似性，而在區(qū)域的邊界上一般具有灰度不連續(xù)性。 關(guān)于圖像分割技術(shù)，由于問題本身的重要性和困難性，從20世紀(jì)70年代起圖像分割問題就吸引了很多研究人員為之付出了巨大的努力。雖然到目前為止，還不存在一個通用的完美的圖像分割的方法，但是對于圖像分割的一般性規(guī)律則基本上已經(jīng)達(dá)成的共識，已經(jīng)產(chǎn)生了相當(dāng)多的研究成果和方法。

　　圖像分割是指將圖像中感興趣區(qū)域（ROI）的邊界找到，使得邊界內(nèi)部和外部的像素分別具備相似的特征（強度、紋理等）。醫(yī)學(xué)圖像分割是對醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行其他后續(xù)處理的基礎(chǔ)。對圖像中目標(biāo)區(qū)域的準(zhǔn)確分割對于計算機(jī)輔助診斷、制訂手術(shù)計劃、目標(biāo)3維重建以及放射性治療評價等都具有重要意義。近幾十年來，隨著醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的不斷完善，醫(yī)學(xué)圖像的分割算法也層出不窮，但是很少能夠在臨床上得到廣泛應(yīng)用。用一個全面的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)集合來客觀評價醫(yī)學(xué)圖像分割算法是將該算法向臨床應(yīng)用推進(jìn)的關(guān)鍵一步

　　傳統(tǒng)的圖像分割方法

　　基于閥值的圖像分割方法

　　閥值分割法是一種傳統(tǒng)的圖像分割方法，因其實現(xiàn)簡單、計算量小、性能較穩(wěn)定而成為圖像分割中最基本和應(yīng)用最廣泛的分割技術(shù)。閥值分割法的基本原理是通過設(shè)定不同的特征閥值，把圖像像素點分為具有不同灰度級的目標(biāo)區(qū)域和背景區(qū)域的若干類。它特別適用于目標(biāo)和背景占據(jù)不同灰度級范圍的圖，目前在圖像處理領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，其中閥值的選取是圖像閥值分割中的關(guān)鍵技術(shù)。

　　灰度閥值分割方法是一種最常用的并行區(qū)域技術(shù)，是圖像分割中應(yīng)用數(shù)量最多的一類。圖像若只用目標(biāo)和背景兩大類，那么只需要選取一個閥值，此分割方法稱為單閥值分割。單閥值分割實際上是輸入圖像f到輸出圖像g的如下變換：

　　在上述表達(dá)式中，T為閥值，對于目標(biāo)物體的圖像元素g（i，j）=1，對于背景的圖像元素g（i，j）=0。但是如果圖像中有多個目標(biāo)需要提取，單一的閥值分割就會出錯。就需要選取多個閥值將每個目標(biāo)分割開，這種分割方法稱為多閥值分割。

　　閥值分割的結(jié)果取決于閥值的選擇。由此可見，閥值分割算法的關(guān)鍵是確定閥值。閥值確定后，將閥值與像素點的灰度值比較以及對各像素的分割并行地進(jìn)行。常用的閥值選擇方法有利用圖像灰度直方圖的峰谷法、最小誤差法、基于過渡區(qū)法、利用像素點空間位置信息的變化閥值法、結(jié)合連通信息的閥值方法、最大相關(guān)性原則選擇閥值和最大熵原則自動閥值法。

　　圖1是利用單閥值方法和局部閥值方法對細(xì)胞圖像分隔的結(jié)果，結(jié)果表明，在很多情況下，目標(biāo)物體和背景的對比度在圖像的不同位置并不是一樣的，這是如果用一個統(tǒng)一的單閥值將目標(biāo)與背景分開，效果是不理想的。如果根據(jù)圖像的局部特征分別用不同的閥值對圖像進(jìn)行分割，即局部閥值分割，則效果要比單閥值分割要好得多。

　　閥值分割方法的優(yōu)點是圖像分割的速度快，計算簡單，效率較高。但是這種方法只考慮像素點灰度值本身的特征，一般不考慮空間特征，因此對噪聲比較敏感。雖然目前出現(xiàn)了各種基于閥值分割的改進(jìn)算法，圖像分割的效果有所改進(jìn)，但在閥值的設(shè)置上還是沒有很好的解決方法，若將智能遺傳算法應(yīng)用在閥值篩選上，選取能最優(yōu)分割圖像的閥值，這可能是基于閥值分割的圖像分割法的發(fā)展趨勢。