【图像分割】基于matlab分水岭算法图像分割【含Matlab源码 390期】

一、简介

分水岭算法是一种图像区域分割法，分割的过程中将图片转化为灰度图，然后我会将灰度值看作是海拔，然后向较低点注水，这种基于地形学的解释，我们着重考虑三种点：

极小值点，该点对应一个盆地的最低点，当我们在盆地里滴一滴水的时候，由于重力作用，水最终会汇聚到该点。注意：可能存在一个最小值面，该平面内的都是极小值点。
盆地的其它位置点，该位置滴的水滴会汇聚到局部最小点。
盆地的边缘点，是该盆地和其它盆地交接点，在该点滴一滴水，会等概率的流向任何一个盆地。

明白上述三种点之后，我们开始往盆地的极小值点注水，然后随着注水的深入，每一个极小值点慢慢的向外扩展，然后知道两个盆地的水汇合，汇合处就是我们需要的分水岭。

从下图可以直观理解一下，首先这三块区域都含有极小值点

然后逐渐填充就能获得分水岭（即分界线）

得到分界线就能完成图像分割：

二、源代码

clear, close all;
clc;
%1.读取图像并求取图像的边界。

rgb = imread('tree.jpeg');%读取原图像
I = rgb2gray(rgb);%转化为灰度图像
figure; subplot(121)%显示灰度图像
imshow(I)
text(732,501,'Image courtesy of Corel','FontSize',7,'HorizontalAlignment','right')
hy = fspecial('sobel');%sobel算子,应用sobel算子锐化图像
hx = hy';
Iy = imfilter(double(I), hy, 'replicate');%滤波求y方向边缘
Ix = imfilter(double(I), hx, 'replicate');%滤波求x方向边缘
gradmag = sqrt(Ix.^2 + Iy.^2);%求摸
subplot(122); imshow(gradmag,[]), %显示梯度
title('Gradient magnitude (gradmag)')

%2. 直接使用梯度模值进行分水岭算法：（往往会存在过的分割的情况，效果不好）

L = watershed(gradmag);%直接应用分水岭算法
Lrgb = label2rgb(L);%转化为彩色图像
figure; imshow(Lrgb), %显示分割后的图像
title('Watershed transform of gradient magnitude (Lrgb)')%过分割现象

%3.分别对前景和背景进行标记：本例中使用形态学重建技术对前景对象进行标记，首先使用开操作，开操作之后可以去掉一些很小的目标。
%开和闭这两种运算可以除去比结构元素小的特定图像细节，同时保证不产生全局几何失真。
%开运算可以把比结构元素小的突刺滤掉，切断细长搭接而起到分离作用；
%闭运算可以把比结构元素小的缺口或孔填充上，搭接短的间断而起到连接作用。
se = strel('disk', 4);%圆形结构元素,STREL('disk',R,N),R is the specified radius, When N is greater than 0, the disk-shaped structuring
                       %element is approximated by a sequence of N
Io = imopen(I, se);%形态学开操作
figure; subplot(121)
imshow(Io), %显示执行开操作后的图像
title('Opening (Io)')
Ie = imerode(I, se);%对图像进行腐蚀，基本参数：待处理的输入图像以及结构元素对象
Iobr = imreconstruct(Ie, I);%形态学重建
subplot(122); imshow(Iobr), %显示重建后的图像
title('Opening-by-reconstruction (Iobr)')
Ioc = imclose(Io, se);%形态学关操作，首先膨胀,然后腐蚀,两个操作使用同样的结构元素
figure; subplot(121)
imshow(Ioc), %显示关操作后的图像
title('Opening-closing (Ioc)')
Iobrd = imdilate(Iobr, se);%对图像进行膨胀，基本参数：待处理的输入图像和结构元素对象。
Iobrcbr = imreconstruct(imcomplement(Iobrd), ...
    imcomplement(Iobr));%形态学重建
Iobrcbr = imcomplement(Iobrcbr);%图像求反
subplot(122); imshow(Iobrcbr), %显示重建求反后的图像,figure4
title('Opening-closing by reconstruction (Iobrcbr)')
%As you can see by comparing Iobrcbr with Ioc, 
%reconstruction-based opening and closing are more 
%effective than standard opening and closing at removing 
%small blemishes without affecting the overall 
%shapes of the objects. Calculate the regional maxima 
%of Iobrcbr to obtain good foreground markers. 
fgm = imregionalmax(Iobrcbr);%局部极大值
figure; imshow(fgm), %显示重建后局部极大值图像,figure5
title('Regional maxima of opening-closing by reconstruction (fgm)')
I2 = I; %前景标记图与原图叠加
I2(fgm) = 255;%局部极大值处像素值设为255
figure; imshow(I2), %在原图上显示极大值区域,figure6
title('Regional maxima superimposed on original image (I2)')
se2 = strel(ones(3,3));%结构元素
fgm2 = imclose(fgm, se2);%关操作
fgm3 = imerode(fgm2, se2);%腐蚀
fgm4 = bwareaopen(fgm3, 20);%开操作
I3 = I;
I3(fgm4) = 255;%前景处设置为255
figure; subplot(121)
imshow(I3)%显示修改后的极大值区域,figure7
title('Modified regional maxima')
bw = im2bw(Iobrcbr, graythresh(Iobrcbr));%转化为二值图像
subplot(122); imshow(bw), %显示二值图像,figure7
title('Thresholded opening-closing by reconstruction')

%4. 进行分水岭变换并显示：

D = bwdist(bw);%计算距离
DL = watershed(D);%分水岭变换
bgm = DL == 0;%求取分割边界

三、运行结果

四、备注

版本：2014a