VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Одним из этапов преобразования растрового изображения является бинаризация чёрно-белого изображения с целью выявления полезных объектов.

1. Середина динамического диапазона

В отсутствии помех и при условии гладкой функции, описывающей сигнал, динамический диапазон может служить источником определения порогового уровня S_П:

(1)

где S_MAX – максимальная яркость пикселя изображения, S_MIN – минимальная яркость пикселя изображения.

Поэтому перед определением S_MIN и S_MAX желательно провести сглаживание сигнала.

2. Минимум между двумя максимумами на бимодальной гистограмме

На чёрно-белом снимке местности яркость полезных объектов (крыши домов, дороги) значительно отличается от фона (поля, леса). Поэтому гистограмма часто принимает бимодальный вид (имеется два ярко выраженных максимума). Пороговый уровень S_П для изображения с бимодальной гистограммой вычисляется по следующей формуле:

(2)

где S_i – уровень яркости на гистограмме между двумя максимумами.

3. Середина площади гистограммы

В случаях, когда гистограмма имеет случайный характер, то есть когда число максимумов – более двух или распределение вероятностей стремится к равномерному, в качестве порогового уровня S_П можно использовать уровень, делящий площадь гистограммы пополам:

(3)

4. Среднее значение яркости изображения

Этот метод предполагает наличие этапа интегрирования изображения в пределах всего растра (X_I, Y_I):

(4)

Вычисленное среднее значение яркости изображения S_СРЕД по всему полю принимается в качестве порогового уровня (S_П=S_СРЕД). Данный метод формирования порога бинаризации наиболее прост в реализации.

5. Средняя яркость в пределах фрагмента

В данном методе растр разбивается на фрагменты, а размер фрагмента выбирается приблизительно равным размеру полезного объекта (например, крыше дома). Для каждого фрагмента вычисляется среднее значение яркости S_СРЕД,Ф , за счёт чего обеспечивается адаптация порогового уровня к уровню сигнала.

(5)

где ΔX₀ – длина фрагмента, ΔY₀ – ширина фрагмента.

Чтобы избежать скачкообразного изменения порогового уровня в пределах полезного изображения, применяют скользящее интегрирование. А уменьшить вероятность ложного формирования бинарной графики возможно, ограничив порог минимальным значением S_П,МИН.

Оценка порогового уровня S_П,Ф принимает вид:

(6)

где S_C,MAX и S_C,MIN – границы динамического диапазона полезного сигнала.

Экспоненциальная функция применяется, чтобы для малых значений S_СРЕД,Ф пороговый уровень был выше среднего, а для S_СРЕД,Ф выше середины динамического диапазона порог был ниже среднего. Такое решение позволяет минимизировать ошибки бинаризации. При применении данного метода объекты ЭК изолированы друг от друга. Но есть и недостатки, такие как ложные распознавания объектов и слияние части дорог с фоном.

6) Максимум производной исходного сигнала

Производная достигает максимума или минимума в точках с максимальной крутизной графика функции Интервал функции T_d,i, на протяжении которого порог остаётся неизменным, выбирается равным интервалу производной с постоянным знаком. В качестве сигнала S(t) используется яркость одной строки изображения. Для функции S(t) выполняется скользящее интегрирование, в результате формируется сглаженная кривая S_СРЕД(t). Сглаживание позволяет избежать воздействия шумов изображения на пороговый уровень.

Таким образом, порог бинаризации i-интервала сигнала S_П,i вычисляется по следующей формуле:

(7)

где t_m,i – момент времени, когда наблюдается максимум производной на i-участке.

Из методов с фиксированным порогом для обработки аэрофотоснимков наиболее подходит метод минимума между двумя максимумами на гистограмме. Адаптивные методы также позволяют получить приемлемые результаты бинаризации при правильно подобранных параметрах (коэффициент сглаживания, размеры фрагмента).

Используемая литература

1.Сальников И. И. Растровые пространственно-временные сигналы в системах анализа изображений. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. – 248 с.

Код для цитирования: Скопировать