淺談圖像處理技術

張淑姚 孫婷婷 張路園

摘 要：隨著科技進步，圖像處理技術也在與時俱進。圖像處理技術由兩部分組成：特征提取和圖像分割。其中，圖像分割中的語義分割是其充滿魅力和挑戰(zhàn)的一部分，它要求給定一張圖片，機器能自動分割并識別出其中的內容，已經(jīng)廣泛應用于無人機和自動駕駛技術中。本文圍繞圖像處理技術進行探索，主要介紹了圖像處理中特征提取和圖像分割中常用的技術，基于ORB特征提取技術和語義分割技術。

關鍵詞：特征提取；ORB特征；語義分割；N-Cut技術；Grab-Cut技術

1 特征提取

特征是像素梯度變化較大的點，具有尺度不變性、亮度不變性[1]、旋轉不變性[2]的特點。特征提取的過程為特征定位和特征描述，特征定位即識別出給定圖像中特征所處的位置，用一種特定的方法將特征描述出來稱為特征描述。

ORB特征：ORB方法特征定位用的是oFAST方法，是對FAST方法的改進，改進主要有四個方面：特征計算的簡化，非最大值抑制，金字塔，方向。該方法中僅計算1，5，9，13位置和中心點是否相同，超過三個不同就認為該區(qū)域內有特征。非最大值抑制即選取周圍一圈中和中心點累計差距最大的像素點為特征，主要是為了簡化后續(xù)的計算。FAST方法并沒有尺度不變性，oFAST方法加入了金字塔（把一幅圖片不斷的縮?。┯脕砀纳七@一缺點，金字塔方法是特征提取當中十分常見的解決尺度不變性的方法。oFAST方法把坐標系增加了旋轉角度很好的解決了FAST方法沒有旋轉不變性的問題。

ORB方法特征描述用的是rBRIEF方法，rBRIEF是對BRIEF的一些改進，在特征處提取不同的點對，點對是滿足高斯分布的二維隨機數(shù)。設定T，A位置的像素比B位置的像素高就置為1，否則為0，所以每個點對在每個特征處對應不同的值，得到一個矩陣記為M，然后計算每一列的均值，以均值接近0.5的程度進行重新的排序，越接近0.5越靠前。把矩陣M里的第一列放到R矩陣中，然后去算矩陣M第二列和R的相關系數(shù)，如果相關系數(shù)小于已經(jīng)設定好的閾值K，就認為矩陣M第二列的數(shù)據(jù)是比較好的，就接受其放入R中，如果大于閾值K就舍棄這一列。以此類推，進行下一列的判斷。

2 圖像分割

圖像分割作為目前很熱門的研究領域，[3]應用十分廣泛。圖像分割主要操作是把圖像中人們感興趣的、有用的畫面從整個圖像中分割出來，便于之后的圖像分析。圖像分割的方法很多，利用了各種數(shù)學理論，關鍵是找出一些特征，按所找特征將圖像分割方法分為閾值分割、邊緣檢測、區(qū)域分割、直線檢測等，這幾種方法都有不同的特點和使用范圍，但并沒有適用于所有圖像的通用方法。

按照分割目的可以分為三種：普通分割、語義分割、實例分割。其中語義分割較困難，不僅要把不同物體分割開，還要指出分割出的每一個區(qū)域是什么類型。

2.1 N-Cut技術

閾值分割是常見的處理方法，即設置一個閾值將灰度差異較大的前景和背景分割開，閾值選取是閾值分割的關鍵，閾值過低就會將很多目標點歸為前景，反之相反。N-Cut就是閾值分割的一種，現(xiàn)已廣泛應用與計算機視覺領域。每次運行 N-Cut，只能切割一次圖片，需要多次運行才能分割出圖像上的多個物體。[4]該技術簡單且速度快，是較早的圖像分割方法，但在分割時會出現(xiàn)很多不理想的情況，如過分割和前分割。在分割顏色差別大的物體時，往往會分割不準確，導致部分人們感興趣的區(qū)域留在背景中。

2.2 Grab-Cut技術

該技術屬于“圖劃分”的分割方法，主要用于圖像編輯中的摳圖，和PS中的套索工具類似，是對Graph-Cut技術的改進，在分割時使用了人機交互，需要人為的事先輸入前景點和背景點，隨著迭代次數(shù)的增加，效果會逐漸變好。但由于需要人工干預不能實時處理導致分割速度慢。如果目標圖像和背景顏色差異不大，會導致分割效果不好，此時需要手動進行標注，再次運算后便能得出更好的結果。

3 圖像處理技術

圖像處理技術是當前計算機專業(yè)研究的熱門方向之一，其在航空航天，生物醫(yī)學，通信工程，機器視覺，科學可視化，電子商務，工業(yè)工程，軍事安全，文化藝術等各個方面都有這廣泛的應用前景。目前其常用處理方法眾多，各有特點。文中簡單介紹了其中常見的幾種方法。未對當前熱門方法進行全面介紹，還應繼續(xù)學習，了解目前圖形處理技術的最新動態(tài)。

參考文獻：

[1]郭存山.亮度不變性的圖像局部特征描述算法研究[D].安徽大學，2013.

[2]謝志江，呂波，劉琴，陳平.旋轉不變性圖像模板匹配快速算法[J].重慶大學，2013.

[3]王梅，李玉鑑，全笑梅.圖像分割的圖論方法綜述[J].北京工業(yè)大學，2014.

[4]羅彤.視覺感知啟發(fā)的圖像分割系統(tǒng)研究[D].浙江大學，2008.

作者簡介：張淑姚（1997-），女，漢族，河北新樂人，河北農業(yè)大學理工學院在讀本科；孫婷婷（1988-），女，漢族，河北黃驊人，碩士，河北農業(yè)大學理工學院講師；張路園（1998-），女，漢族，河北邯鄲人，河北農業(yè)大學理工學院在讀本科。