数字图像处理实验记录十（图像分割实验）

一、基础知识

1、什么是图像分割
图像分割就是指把图像分成各具特性的区域并提取出感兴趣目标的技术和过程，特性可以是灰度、颜色、纹理等，目标可以对应单个区域，也可以对应多个区域。
2、图像分割是怎么实现的
图像分割算法基于像素值的不连续性和相似性，不连续性是图像的边缘，再根据制定的准则将图像分割为相似的区域，如阈值处理、区域生长、区域分离和聚合。

二、实验要求

三、实验记录(具体任务只展示对图片1的处理）

总代码：

clear all;
close all;
clc;
% 实验11 图像分割
H1 = [1,2,1;
      0,0,0;
      -1,-2,-1];
H2 = [1,0,-1;
      2,0,-2;
      1,0,-1];
H3 = [0,1,2;
      -1,0,1;
      -2,-1,0 ];
H4 = [2,1,0;
      1,0,-1;
      0,-1,-2 ];
I = imread('01.png');
I = rgb2gray(I);
% 1.分别使用sobel和sobel对角线算子处理图像。并计算图像梯度图。
figure('NumberTitle','off','Name','分割图片1_sobel');

I1 = imfilter(I,H1);
I2 = imfilter(I,H2);
I3 = imfilter(I,H3);
I4 = imfilter(I,H4);

I_sobel = I1+I2;
I_sobel2 = I3+I4;

subplot(2,1,1);imshow(I);title('原图');
subplot(2,2,3);imshow(I_sobel);title('sobel梯度图');
subplot(2,2,4);imshow(I_sobel2);title('sobel对角线梯度图');
figure('NumberTitle','off','Name','分割图片1_LoG');

% 使用 LoG (拉普拉斯高斯) 算子进行边缘检测
log_operator = fspecial('log', [5, 5], 1);  % 5x5 LoG 算子，标准差为 1
edge_image_log = abs(imfilter(double(I), log_operator, 'replicate'));

% 使用阈值保留大响应区域
threshold = 0.5;  % 设置阈值
res1 = edge_image_log > threshold;

% 显示原始图像和边缘检测结果
subplot(1, 2, 1);imshow(I);title('原始图像');

subplot(1, 2, 2);imshow(res1);title('LoG 边缘检测结果');
figure('NumberTitle','off','Name','分割图片1_局部阈值法');
% 使用局部阈值法进行图像分割
threshold = adaptthresh(I, 0.7);  % 设置阈值
res2 = imbinarize(I, threshold);

% 显示原始图像和局部阈值法分割结果
subplot(1, 2, 1);imshow(I);title('原始图像');
subplot(1, 2, 2);imshow(res2);title('局部阈值法分割结果');

I = imread('02.png');
I = rgb2gray(I);
figure('NumberTitle','off','Name','分割图片2_sobel');

I1 = imfilter(I,H1);
I2 = imfilter(I,H2);
I3 = imfilter(I,H3);
I4 = imfilter(I,H4);

I_sobel = I1+I2;
I_sobel2 = I3+I4;

subplot(2,1,1);imshow(I);title('原图');
subplot(2,2,3);imshow(I_sobel);title('sobel梯度图');
subplot(2,2,4);imshow(I_sobel2);title('sobel对角线梯度图');
figure('NumberTitle','off','Name','分割图片2_LoG');

% 使用 LoG (拉普拉斯高斯) 算子进行边缘检测
log_operator = fspecial('log', [5, 5], 1);  % 5x5 LoG 算子，标准差为 1
edge_image_log = abs(imfilter(double(I), log_operator, 'replicate'));

% 使用阈值保留大响应区域
threshold = 0.5;  % 设置阈值
res1 = edge_image_log > threshold;

% 显示原始图像和边缘检测结果
subplot(1, 2, 1);imshow(I);title('原始图像');

subplot(1, 2, 2);imshow(res1);title('LoG 边缘检测结果');
figure('NumberTitle','off','Name','分割图片2_局部阈值法');
% 使用局部阈值法进行图像分割
threshold = adaptthresh(I, 0.7);  % 设置阈值
res2 = imbinarize(I, threshold);

% 显示原始图像和局部阈值法分割结果
subplot(1, 2, 1);
imshow(I);
title('原始图像');

subplot(1, 2, 2);
imshow(res2);
title('局部阈值法分割结果');
I = imread('Acat.png');
I = rgb2gray(I);
figure('NumberTitle','off','Name','分割图片3_sobel');

I1 = imfilter(I,H1);
I2 = imfilter(I,H2);
I3 = imfilter(I,H3);
I4 = imfilter(I,H4);

I_sobel = I1+I2;
I_sobel2 = I3+I4;

subplot(2,1,1);imshow(I);title('原图');
subplot(2,2,3);imshow(I_sobel);title('sobel梯度图');
subplot(2,2,4);imshow(I_sobel2);title('sobel对角线梯度图');
figure('NumberTitle','off','Name','分割图片3_LoG');

% 使用 LoG (拉普拉斯高斯) 算子进行边缘检测
log_operator = fspecial('log', [5, 5], 1);  % 5x5 LoG 算子，标准差为 1
edge_image_log = abs(imfilter(double(I), log_operator, 'replicate'));

% 使用阈值保留大响应区域
threshold = 0.5;  % 设置阈值
res1 = edge_image_log > threshold;

% 显示原始图像和边缘检测结果
subplot(1, 2, 1);imshow(I);title('原始图像');

subplot(1, 2, 2);imshow(res1);title('LoG 边缘检测结果');
figure('NumberTitle','off','Name','分割图片3_局部阈值法');
% 使用局部阈值法进行图像分割
threshold = adaptthresh(I, 0.7);  % 设置阈值
res2 = imbinarize(I, threshold);

% 显示原始图像和局部阈值法分割结果
subplot(1, 2, 1);
imshow(I);
title('原始图像');

subplot(1, 2, 2);
imshow(res2);
title('局部阈值法分割结果');

任务1：

分别使用sobel和sobel对角线算子处理图像。并计算图像梯度图。

H1 = [1,2,1;
      0,0,0;
      -1,-2,-1];
H2 = [1,0,-1;
      2,0,-2;
      1,0,-1];
H3 = [0,1,2;
      -1,0,1;
      -2,-1,0 ];
H4 = [2,1,0;
      1,0,-1;
      0,-1,-2 ];
I = imread('01.png');
I = rgb2gray(I);
% 1.分别使用sobel和sobel对角线算子处理图像。并计算图像梯度图。
figure('NumberTitle','off','Name','分割图片1_sobel');

I1 = imfilter(I,H1);
I2 = imfilter(I,H2);
I3 = imfilter(I,H3);
I4 = imfilter(I,H4);

I_sobel = I1+I2;
I_sobel2 = I3+I4;

subplot(2,1,1);imshow(I);title('原图');
subplot(2,2,3);imshow(I_sobel);title('sobel梯度图');
subplot(2,2,4);imshow(I_sobel2);title('sobel对角线梯度图');

任务2：

使用拉普拉斯高斯算子对图像进行边缘检测。（使用LoG算子处理图像，通过阈值保留大响应区域，求出二值图像中位于边缘的像素完成边缘检测）。

figure('NumberTitle','off','Name','分割图片1_LoG');

% 使用 LoG (拉普拉斯高斯) 算子进行边缘检测
log_operator = fspecial('log', [5, 5], 1);  % 5x5 LoG 算子，标准差为 1
edge_image_log = abs(imfilter(double(I), log_operator, 'replicate'));

% 使用阈值保留大响应区域
threshold = 0.5;  % 设置阈值
res1 = edge_image_log > threshold;

% 显示原始图像和边缘检测结果
subplot(1, 2, 1);imshow(I);title('原始图像');

subplot(1, 2, 2);imshow(res1);title('LoG 边缘检测结果');

任务3：

采用阈值法实现图像分割，尝试采取局部阈值法，得到更佳的效果。

figure('NumberTitle','off','Name','分割图片1_局部阈值法');
% 使用局部阈值法进行图像分割
threshold = adaptthresh(I, 0.7);  % 设置阈值
res2 = imbinarize(I, threshold);

% 显示原始图像和局部阈值法分割结果
subplot(1, 2, 1);imshow(I);title('原始图像');
subplot(1, 2, 2);imshow(res2);title('局部阈值法分割结果');

四、实验结果

任务1：

分别使用sobel和sobel对角线算子处理图像。并计算图像梯度图。

任务2：

使用拉普拉斯高斯算子对图像进行边缘检测。（使用LoG算子处理图像，通过阈值保留大响应区域，求出二值图像中位于边缘的像素完成边缘检测）。

任务3：

采用阈值法实现图像分割，尝试采取局部阈值法，得到更佳的效果。