[發明專利]一種改進的Otsu閾值分割方法

有效

• 申請號: 201810705365.2
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108921868B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 宋偉;楊培;趙小兵
• 申請（專利權）人: 中央民族大學
• 主分類號: G06T7/136
• 分類號: G06T7/136
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 宋平

本發明公開了一種改進的Otsu閾值分割方法，包括計算全部像素的灰度均值μ、閾值T；初始化步長和左右邊界；判斷并進行迭代修正的步驟。本發明的方法對前景背景方差較大和光照不均勻的圖像具有較好的分割效果，與現有技術相比，不僅分割效果更好，并且有效降低了計算方法的時間開銷，提升了計算的效率。

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，特別涉及一種改進的Otsu閾值分割方法。

背景技術

圖像分割是指將圖像劃分成若干個性質一致的子區域，被廣泛應用于圖像處理領域。閾值分割是一類重要的圖像分割方法，使用單一閾值對圖像進行分割可實現圖像前景和背景的二值化。Otsu閾值分割方法是日本學者Otsu提出的一種基于最大類間方差的全局閾值選擇方法，因具有較強的自適應能力和計算簡單等原因被廣泛應用。傳統的Otsu法對前景和背景分布均勻且類間方差差異較小的圖像通常具有較好的分割結果，但實際圖像往往不滿足上述要求，導致Otsu法會導致前景像素和背景像素的錯分情況。

針對上述問題，現有技術中，針對這一情況有胡斌等對Otsu法進行改進，引入像素的鄰域信息提升計算方法對前景背景分布不均勻圖像分割的適應性(以下簡稱引入像素的領域信息計算方法)、還有許向陽等對Otsu法的性質進行了研究，指出Otsu法得到的閾值將偏向方差較大的一類，并對背景和前景兩類方差差別較大且前景灰度大于背景灰度的圖像提出一種兩階段改進算法(以下簡稱兩階段改進方法)。其中胡斌的改進方法存在時間開銷大和改進效果不明顯的問題；許向陽的兩階段方法也存在算法時間開銷較大的問題，同時該算法中假設目標灰度高于背景灰度的假設限制了算法的適用范圍。

要解決Otsu閾值分割方法在前景像素和背景像素的方差差異較大時出現錯分情況，應從方法的理論性質出發，提出一種改進的Otsu閾值分割方法，對傳統Otsu法的閾值進行修正。

發明內容

本發明的目的是解決現有Otsu閾值分割方法在前景像素和背景像素的方差差異較大時出現錯分情況的的技術問題，本發明提供一種改進的Otsu閾值分割方法。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

一種改進的Otsu閾值分割方法，包括以下步驟：

步驟1)計算全部像素的灰度均值μ、閾值T：設圖像像素的灰度取值范圍為[0，L]，其中灰度值為i的像素的個數為n_i，L為最大灰度值；

計算圖像中像素總數

計算灰度值為i的像素出現的概率

設閾值T將圖像像素分為C₀和C₁兩類，分別表示灰度值屬于[0,T]和[T+1,L]的像素集合，根據Otsu法計算閾值T；所述的閾值T是使得兩類的類間方差σ_B取值最大時的閾值作為最優閾值，即所述的兩類的類間方差σ_B＝ω₀(T)(μ₀(T)-μ)²+ω₁(T)(μ₁(T)-μ)²，所述的μ₀(T)、μ₁(T)分別是C₀和C₁兩類的灰度均值，計算公式為所述μ為圖像全部像素的灰度均值，計算公式為：

步驟2)初始化：令步長step＝1，左邊界l＝0，右邊界r＝T；如果T小于等于μ，更新左邊界、右邊界及步長分別為：l＝L，r＝T，step＝-1；

步驟3)第一次執行該步驟初始化th＝l；使用下面公式計算P(th)和P(T)