OTSU算法是由日本学者OTSU于1979年提出的一种对图像进行二值化的高效算法。
1. OTSU算法原理简介
对于一幅图像,设当前景与背景的分割阈值为t时,前景点占图像比例为w0,均值为u0,背景点占图像比例为w1,均值为u1。则整个图像的均值为u = w0*u0+w1*u1。建立目标函数g(t)=w0*(u0-u)^2+w1*(u1-u)^2,g(t)就是当分割阈值为t时的类间方差表达式。OTSU算法使得g(t)取得全局最大值,当g(t)为最大时所对应的t称为最佳阈值。OTSU算法又称为最大类间方差法。
2.OTSU算法例程
下面是OSTU算法的C语言代码及其测试,代码基于opencv。
#include <cv.h>
#include <highgui.h>
int otsu(IplImage *image)
{
assert(NULL != image);
int width = image->width;
int height = image->height;
int x=0,y=0;
int pixelCount[256];
float pixelPro[256];
int i, j, pixelSum = width * height, threshold = 0;
uchar* data = (uchar*)image->imageData;
//初始化
for(i = 0; i < 256; i++)
{
pixelCount[i] = 0;
pixelPro[i] = 0;
}
//统计灰度级中每个像素在整幅图像中的个数
for(i = y; i < height; i++)
{
for(j = x;j <width;j++)
{
pixelCount[data[i * image->widthStep + j]]++;
}
}
//计算每个像素在整幅图像中的比例
for(i = 0; i < 256; i++)
{
pixelPro[i] = (float)(pixelCount[i]) / (float)(pixelSum);
}
//经典ostu算法,得到前景和背景的分割
//遍历灰度级[0,255],计算出方差最大的灰度值,为最佳阈值
float w0, w1, u0tmp, u1tmp, u0, u1, u,deltaTmp, deltaMax = 0;
for(i = 0; i < 256; i++)
{
w0 = w1 = u0tmp = u1tmp = u0 = u1 = u = deltaTmp = 0;
for(j = 0; j < 256; j++)
{
if(j <= i) //背景部分
{
//以i为阈值分类,第一类总的概率
w0 += pixelPro[j];
u0tmp += j * pixelPro[j];
}
else //前景部分
{
//以i为阈值分类,第二类总的概率
w1 += pixelPro[j];
u1tmp += j * pixelPro[j];
}
}
u0 = u0tmp / w0; //第一类的平均灰度
u1 = u1tmp / w1; //第二类的平均灰度
u = u0tmp + u1tmp; //整幅图像的平均灰度
//计算类间方差
deltaTmp = w0 * (u0 - u)*(u0 - u) + w1 * (u1 - u)*(u1 - u);
//找出最大类间方差以及对应的阈值
if(deltaTmp > deltaMax)
{
deltaMax = deltaTmp;
threshold = i;
}
}
//返回最佳阈值;
return threshold;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
IplImage* srcImage = cvLoadImage("D:\\technology\\CV\\Database\\image\\rice.png",0);
assert(NULL != srcImage);
cvNamedWindow("src");
cvShowImage("src",srcImage);
IplImage* biImage = cvCreateImage(cvGetSize(srcImage),8,1);
//计算最佳阈值
int threshold = otsu(srcImage);
//对图像二值化
cvThreshold(srcImage,biImage,threshold,255,CV_THRESH_BINARY);
cvNamedWindow("binary");
cvShowImage("binary",biImage);
cvWaitKey(0);
cvReleaseImage(&srcImage);
cvReleaseImage(&biImage);
cvDestroyWindow("src");
cvDestroyWindow("binary");
return 0;
}
下面是上述代码的运行结果图片。其中左边为原图像,右边为使用OTSU算法进行二值化后的图像。<pre class="best-text mb-10" id="best-content-97899983" style="padding: 0px; line-height: 24px; font-family: arial,'courier new',courier,宋体,monospace; font-size: 14px; margin-top: 0px; margin-bottom: 10px; white-space: pre-wrap; -ms-word-wrap: break-word; background-color: rgb(255, 252, 246);" name="code"><img alt="" src="http://img.my.csdn.net/uploads/201301/06/1357466025_2044.JPG" />