脐橙图像分割中阈值的选取研究及实现

王俊 周丽娟

摘要：图像分割是计算机视觉领域的一个重要而且基本的问题。本文提出了一套完整的脐橙图像分割算法，其采用改进的遗传算法结合改进的阈值分割方法。通过仿真实验，本文所提出的算法得出的阈值范围更加稳定，而且对分割图像的边缘处理得更细致。关键词：脐橙；阈值分割；类类距离；改进遗传算法

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)12-2882-04

Threshold Citrusimage Segmentation Research and Analysis

WANG Jun, ZHOU Li-juan

(Collegeof Information Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Abstract：Image segmentation is an important and primary problem in the field of computer vision. The thesis puts forward a full set of cit? rus image segmentation algorithm, which adopts improved genetic algorithm combining with improved threshold method. The thesis, through simulation experiment, brings forward threshold scope which is more stable, and makes the image segmentation edges more dedi? cated.

Key words: navel orange; threshold segmentation; classes distance; improved genetic algorithm

图像分割是计算机视觉领域的一个重要而且基本的问题。它在农产品无损检测方面得到了广泛的应用。图像分割算法好坏会直接影响检测系统的准确度。它是从图像处理到图像分析的一个关键步骤。对它的研究一直都是图像技术研究中的热点和焦点之一。但由于图像的特殊性，针对具体图像，针对具体问题，分割算法就不一样，至今还没有找到通用的分割理论，也没有找到对所有图像都适合的通用分割算法。

近几年来，基于遗传算法的图像分割方法得到了很多学者的研究。由于遗传算法在搜索方面具有很强的优势，而图像分割的实质是在众多的参量中去寻找一个最优参量，以此作为分隔的依据。于是如果在图像分割中引入遗传算法去求取最佳阈值，将会大大提高分割效率。

本论文重点对基于传统遗传算法的图像分割算法进行了比较系统的研究。针对传统遗传算法的不足，提出了一些改进措施，并且设计新的阈值确定方法——类类距离法，将两者结合共同运用到脐橙图像分割中，得到了比较好的效果。在最大程度上避免基本遗传算法收敛性差，容易早熟等问题。

1脐橙图像分割

对于脐橙出产大省湖南省，每年脐橙收获完后的分类，分等级进行销售是一项工作量庞大的任务。脐橙表面破损自动检测系统就是基于计算机视觉技术研发而成，其检测的精度较人工挑选有很大提高。该系统中脐橙图像分割算法好坏会直接影响系统检测脐橙表面是否破损的准确度。

通过特定装置获得比较清晰的彩色脐橙图像后，对于表面有破损的脐橙，要进行筛选清理。进行破损部分比对前，要对彩色脐橙图像先进行分割处理。把整幅图像分成脐橙和背景两部分，再提取脐橙部分的图像进行破损分析。这要求将脐橙的边缘和破损部分处理得非常清晰，最大可能的避免将破损区域误分割成图像背景。

2改进的遗传算法

2.1控制参数改进

在遗传算法中，直接影响到算法的收敛性的关键参数是：交叉概率与变异概率，它们的选取会影响到算法行为和性能。在适应度值变换的情况下将交叉概率与变异概率随之调整，以达到保证算法收敛性的目的。于是我们对交叉概率和变异概率按照如下公式进行自动调整：

图5本文提出的算法分割效果图

从表1，图2至图5可以得出以下结论：

1)脐橙图像利用遗传算法来分割，每次运行所得阈值都在变化，但变化的范围不是很大，只是在一定区域做细微波动。这种情况是正常的，也是完全可以接受的，其原因是由于遗传算法随机生产初始种群，这种随机性就带来了阈值的波动性。这也是遗传算法不稳定性的体现。但从表中数据看出采用本文所设计的改进的遗传算法，即交叉概率和变异概率随适应度自动调整，那么分割的图像所得到的阈值，其波动会限制在一个很小的范围以内（稳定在4个像素以内,阈值最大为60，最小为57），这样既保持了群体多样性，又保证了遗传算法的收敛性。同时其稳定性也明显地优于其他算法。

2)利用本文所设计的类类距离遗传算法进行图像分割可以极大减少阈值计算时间，平均运算时间比起其他几个常用方法都缩短了不少，平均仅在2.3s左右。在进化代数相同的条件下，本论文提出的图像分割算法较其他算法更有优势，收敛速度更快。

3)从图2至图5这几个图像分割结果图来看，本文所设计的分割方法中对脐橙图像中的破损部分，边缘轮廓等细节都有非常好的体现，可见结合遗传算法和类类距离法所设计出的图像分割新算法比其他常用算法有很大的优势。

本文通过改变的遗传控制参数结合类类距离法，把改进后的遗传算法应用到脐橙图像分割中去。仿真实验结果表明，此图像分割算法由于所设计的寻找最优阈值的方案比较合理，阈值的计算时间缩短了，使得最终图像分割所用时间明显减少了。同时此方法还做到了将阈值范围稳定在4个像素以内，大大提高了算法全局收敛的稳定性。而且从视觉角度来看，其分割效果更明显，图像边缘处理很细致、清晰。实验证明本论文设计的算法分割图像不仅快速准确，而且还能满足各种图像的实时处理、分析的需求。具有较高的通用性和实用性。

[1]姚敏.数字图像处理[M].北京:机械工业出版社,2006.

[2]孙艳歌,邵罕.基于改进遗传算法的最优阈值图像分割算法[J].信息系统工程,2010,10(6),26-27.

[3]童小念,刘娜.一种基于遗传算法的最优阈值图像分割算法[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版,2008,32(02),301-304.

[4]王强.图像分割中阈值的选取研究及算法实现[J].计算机与现代化.2006(10).54-56.

[5]左奇,史忠科.基于模糊理论的图像分割方法[J].西北工业大学学报,2003,(03):313-316.

[6]劳丽,吴效明,朱学峰.模糊集理论在图像分割中的应用综述[J].中国体视学与图像分析,2006,11(3):200-205.

[7]曹芳,吴迪.基于可见-近红外反射光谱技术的葡萄品种鉴别方法的研究[J].光学学报,2009,29(2),537-540.

[8]李华昌,谢淑兰,易忠胜.遗传算法的原理与应用[J].矿冶,2005,14(1):87-90.

[9]玄光男,程润伟.遗传算法与工程设计[M].北京：科学出版社,2000.