第２０卷 第１期 Ｖ０ｌ＿２０ Ｎｏ．１ 电子设计工程 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１２年１月 Ｊａｎ．２０１２ 应用颜色信息的图像分割研究 翟乃强 （青岛远洋船员学院现代教育技术中心，山东青岛２６６０７１） 摘要：提出了一种在ＲＧＢ颜色空间中颜色距离定义的方式，并根据颜色距离，用Ｒｏｂｅｒｔｓ梯度算子得到颜色距离直 方图，确定图像边缘信息的阈值。通过Ｒｏｂｅｒｔｓ算子，使用此阈值得到图像的边缘信息。这种方式，充分考虑了图像中的 颜色信息．与灰度图的处理方式相比。减少了计算量，提高了具有相似亮度的不同颜色之间边缘信息的提取成功率。 关键词：颜色空间；颜色距离；颜色距离直方图；阈值；边缘 中图分类号：１’Ｐ３９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１２）０１～０１８１—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｉｍａｇｅ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｃｏｌｏｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ＺＨＡＩ Ｎａｉ—ｑｉａｎｇ （Ｍｏｄｅｍ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｏｃｅａｎ ＳｈｉｐｐｉｎｇＭａｒｉｎｅｒｓ ｃｏ ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０７１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｃｏｌｏｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ ＲＧＢ ｓｐａｃｅ ｉｓ ｄｅｆｉｎｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｌｏｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｇｒａｍ ｉｓ ｇｏｕｅｎ ｂｙ ｔｈｅ Ｒｏｂｅｒｔｓ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｏｒ．Ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｇｒａｍ ｉｓ ｄｅｆｉｎｅｄ，ｔｈｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｅｄｇｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｇｏ￣ｅｎ．Ｆｕｒｔｈｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｒｏｂｅｒｔｓ ｏｐｅｒａｔｏｒ，ＵＳｅＳ ｔｈｉｓ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ｅｄｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｗａｙ，ｆｕｌｌｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｌｏｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｒａｙ－ｌｅｖｅｌ ａｐｐｒｏａｃｈ，ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ＳＵＣＣＥＳＳ ｒａｔｅ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｄｇｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｏｌｏｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｌｏｒ ｓｐａｃｅ；ｃｏｌｏｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ；ｃｏｌｏｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｈｉｓｔｏｇｒａｍ；ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；ｅｄｇｅ 在图形图像的处理中，经典的方式是将彩色的位图变换 为灰度图，然后再通过滤波、求梯度、细化等方式提取所需的 信息。这种方式，可以满足大多数的图像识别要求。但是，一 幅彩色的图像转换为灰度图．事实上抛弃了许多有用的信 息，这些信息的缺失导致在图像识别或者分割时不能很好的 反映实际图像的特点，甚至也有可能使得图像中具有显著区 别的区域变为没有任何区别的相同区域。本文在ＲＧＢ空间 为灰度图像，这样做的意义主要基于以下３点： １）将图像上每个像素所表达的色彩信息转换为亮度信 息．在保留图像重要特征的前提下大大地压缩图像文件的数 据大小，为后续的图像处理操作提供更小的数据处理量、更 少的计算机内存需求、更快的计算速度，从而将大大地减少 计算处理所需要的时间。 ２）对于彩色图像而言，原始ＲＧＢ全彩色图像中有用信 息占全部信息的比例是非常低的，需要进行相关处理来压缩 冗余信息的比例，是对彩色图像的一种降噪处理。 使用颜色距离的方式代替灰度图下求梯度的方式，对于图像 进行分析，由于充分利用颜色信息．处理的结果也就更能接 近于原始图像的特点。 ３）更为重要的是，目前成熟的图像识别算法都是在基于 灰度图像上进行的。通常由现代数码照相设备获取的图像都 是色彩丰富的ＲＧＢ全彩色图像，在图像中每个像素的色彩 信息是用３个字节（即２４ ｂｉｔ）的存储空间来表示，而灰度图 像中每个像素的亮度信息是用１个字节（即１ ｂｉｔ）的存储空 间来表示，因此从理论可知，将ＲＧＢ全彩色图像转化为灰度 图像将减少至少２／３的数据存储空间和处理所需时间，同时 １图像的灰度化 现在的大多数图像识别方法首先将彩色图像转化成二 值图像或灰度图像．在保留有效信息的同时将大大地缩减冗 余信息，减少图像的文件大小，从而为后续的数字图像处理 减少所需的计算机内存、提高运算的速度、缩短运算的时间。 在ＲＧＢ图像中需要２４位来表示一个像素．而灰度图像只需 要８位就可以表示一个像素．因此转化为灰度图像后将至少 减少２，３的存储空间和处理时间。 也将减少２，３的色彩冗余信息［１Ｊ。 彩色图像的灰度化是图像处理的基本方法，在图像检测 与识别、图像分析与处理等领域有着广泛的应用．如人像、文 字、车牌的识别和处理等。灰度化的方法有多种，最简单的方 式为平均值法，其近似公式为： 图像灰度化转换目前在绝大多数的图像处理研究中已 成为首要的图像处理步骤．在进行如图像分割、特征提取、模 式识别等高层次图像处理之前．一般都首先将原始图像转化 收稿日期：２０１１－ｌ１一ｌＯ 稿件编号：２０１１１１０６２ ｙ－丁Ｒ＋Ｇ＋Ｂ （１） 作者简介：翟乃强（１９７７一），男，山东淄博人，硕士，讲师。研究方向：通信技术、图像处理、模式识另１】。 一１８１— 《电子设计工程｝２０１２年第１期 ● 分，然后给出各区域内颜色距离的定义网。 因为目前图像处理中现有的图像采集设备最初采集到 的颜色信息大多是ＲＧＢ值，其他所有的颜色空间都是从 ＲＧＢ颜色空间转换而来的。包括ＣＩＥ ａ丰ｂ 空间。其处理结 果，如果需要显示出来，也转换回ＲＧＢ颜色空间。如果使用 ＣＩＥ Ｌ半ａ ￥空间虽然可以进行较为精确的颜色区分，但涉及 到较为复杂的正向和反向的变换运算。 虽然ＲＧＢ空间不是一个均匀的颜色空间。任何２个颜 色点之间的距离并不等同于它们的视觉差异嘲。但是，只要取 一个合适的阈值，对于人眼实际的颜色分辨能力来说，也完 全能够进行颜色的区分。在ＲＧＢ空间中，表示两个颜色相近 程度的方式。仍然采用欧几里得距离。 ＡＥ＝Ｘ／（Ｒｌ— ２） （Ｇ厂Ｇ２）＿２＋（曰。— ２） （３） 其中Ｒ 、Ｒ：、Ｇ 、Ｇ：、Ｂ 和Ｂ 分别表示ＲＧＢ颜色空间中的 ２个点３种颜色分量。为了计算方便，假定ＲＧＢ颜色立方体 的原点为ＲＧＢ（Ｏ，０，０），每个颜色的最大值是２５５。因此的整 数取值范围约为『Ｏ，４４１］。 ３颜色距离直方图 颜色直方图所描述的是不同色彩在整幅图像中所占的 比例，而并不关心每种色彩所处的空间位置。即无法描述图 像中的对象或物体。直方图中的数值都是统计而来，描述了 该图像中关于颜色的数量特征，可以反映颜色直方图图像颜 色的统计分布和基本色调：直方图只包含了该图像中某一颜 色值出现的频数，而丢失了某象素所在的空间位置信息；任 一幅图像都能唯一的给出一幅与它对应的直方图，但不同的 图像可能有相同的颜色分布，从而就具有相同的直方图，因 此直方图与图像是一对多的关系；如将图像划分为若干个子 区域，所有子区域的直方图之和等于全图直方图；一般情况 下．由于图像上的背景和前景物体颜色分布明显不同，从而 在直方图上会出现双峰特性，但背景和前景颜色较为接近的 图像不具有这个特性。因此，由颜色直方图可以反映颜色的 数量特征和基本色调问。相对于颜色直方图提出颜色距离直 方图的概念，表示两点之间距离的分布情况。 距离的计算可以参考边缘检测里面常用的梯度算子。属 于梯度算子的有Ｒｏｂｅａｓ算子、Ｓｏｂｅｌ算子、Ｐｒｅｗｉｔｔ算子、高斯 偏导滤波器（ＬＯＧ）以及Ｃａｎｎｙ边缘检测器等 。任意的算子 在这里均能得到相似的比较结果。这里采用计算较为简单的 Ｒｏｂｅａｓ算子，计算当前点２个方向邻点间颜色距离的均值， 作为此点的颜色距离值。其算子模板为： Ｇ ＝［ ］，Ｇ）；［ ］ （４） 统计图中每个点的颜色距离值可以得到一个颜色距离 直方图．如图２所示 图２（ｂ）中直方图 轴方向代表两点之间颜色距离值，长 度单位为１０，Ｙ方向代表图像２点之间同一距离下具有的像 素点数。颜色距离直方图直观的给出了图像中各点之间颜色
