结合颜色和区域生长的茶叶图像分割算法研究

丁汀（河南机电职业学院，河南郑州 450002）

结合颜色和区域生长的茶叶图像分割算法研究

丁汀
（河南机电职业学院，河南郑州 450002）

茶叶的净化处理一直是关系到国计民生的大问题，在茶叶处理的过程中，目前应用最多的就是计算机结合工业摄像机的技术，也就是图像分割技术，在采集到的茶叶图片中，可观察到非常复杂的絮体排列和不规则的絮体边缘，絮体层层叠叠，这时就需要一种能适应如此情况的有效的分割算法来进行操作，不仅要考虑分割的效果问题，更要结合颜色和区域生长情况考虑图像的后续计算的简便性和计算机的有效存储空间。

颜色；区域生长；茶叶；图像分割算法

图像是我们日常生活中接触到的最多的媒介之一,也是人们认识和改造世界的重要手段。数字图像处理是一个大学科，其包含相当多的图像处理种类和处理方法。随着各种新方法和新理论的应用，图像处理的技术也在不断进步。其中主要包括三个方向：一是提高图像的视感质量，二是提取出图像中包含的特征和特殊信息，三是图像的变换、压缩和编码，目的是为了图像传输和存储的便利。本文结合茶叶颜色和区域生长对茶叶图像分割算法进行研究。

1 图像分割的目的和意义

在目前工业应用和学术研究的应用中，常见的图像分割方法有以下几类：以阈值为分割参考的分割方法，以图像中目标的边界为参考的分割法，以模型为基础的分割法，以及基于图论的研究方法。尽管国内外学者对图像分割的研究已经硕果累累，但是其仍然面临目前工业化进程对图像处理技术的挑战。首先，分割算法的众多无法应对工业中出现的全部问题，当今科技正在进行跨越式的发展，图像处理的各种工业应用层出不穷，每一类问题可能就面临着一场分割方法的革命，故需要不断的推进图像分割方法和分割技术。

数字图像处理领域中，图像分割的应用十分普遍，如在工业自动化生产控制、图像编码、在线产品检测、生物医学图像分析以及国家军事、体育、环境等各个方面。其技术的实际应用过程下，凡是牵扯到对图像目标的计算和提取上，都需要用到图像分割的技术。所谓图像分割无非就是将图像分为几个特定的范围，其中可能含有我们感兴趣的目标和背景等，要达到的结果就是使得特征明显的区域显示出来，不为同一类的物体在不同的区域显示。但是，因为图像本身区域之间的界限并不明显，甚至十分相似，所以，其作为一个有重要价值的技术操作，本身有十分重要的意义

虽然目前人们对图像分割技术进行了大量的探索研究，但是针对不同图像均有其特殊性，即适用于某一种图像的算法，可能在另一种图像的分割过程中，效果不佳。因此，对特定图像选择何种算法和如何改进算法一直是图像分割技术的热点。所以，从特定原理的应用以及分析应用后的效果成为深入研究图像分割技术的切入点，对改善图像处理技术茶叶平和分析理解图片处理系统性能都有深远意义。

2 图像分割算法在茶叶处理技术中的应用

2.1 茶叶图像分割研究层次

分析近几年茶叶图像分割的研究进展，我们发现其大致分为三个层次。第一：研究的主要目标是茶叶图像分割算法，研究遵照什么公式和原理进行切割；第二：是研究对茶叶图像分割后的效果如何，即对图像分割评价方法和准则，这么做的目的是为了把握不同算法的适用性特点；第三：基于研究分割技术所需要的合适的评价方法和准侧，人们逐渐开展对上述两个方向的研究，此可作为茶叶图像分割技术研究的第三层。目前，茶叶图像分割前两层的研究，虽取得一定进展，但是对于第三层的研究依然匮乏，分割评价一般采取有效的评价方法和较为客观的准则。在选取有效评价方法的过程中，对分割评价的系统研究就显得尤为重要，说白了，探索茶叶图像评价的方法的目的就是在评价分割的方法方面，更加的准确，客观。一般，分割评价体系的基础为第二层的研究，其存在是为了服务第一层研究的。故第一层的探索是为了评价而服务的。

2.2 茶叶处理技术中图像分割的地位

茶叶图像处理是计算机对图片分析和操作，以达到所需效果的技术。包含的主要操作有增强、滤波、变换、拉伸、识别和恢复等。茶叶图像分析一般是利用数学模型结合图像处理的技术将图像转变为数据的过程，其主要检验图片中感兴趣的部分，用分析得出的信息建立起对图像的描述。这些数据表述了图像的性质和特征，是目标特征的测量结果。茶叶图像分析包括的内容主要是特征测量、切割、特定目标识别、目标描述等。茶叶图像理解一般是指以图像的分析为前提，研究存在于图像之上的部分的特征和关联，从而得出图像的场景描述和所包含内容的解释，在分析和解释了的前提下进行下一步的操作。

在分析和处理图片的操作中，我们大部分情况下对在存在于图像中的一部分区域感兴趣，而这部分区域统称为目标区域，与其相对的便是背景区域了。目标区域一般具有相似的特性，比如纹理、颜色、灰度等图像参量，目标可以对应一个或者多个区域。所谓图像分割就是将整个图片中存在的需要关注的部分分离开来，以用来分析和计算，需要将其分离用来辨别和分析目标，在这个前提下才有进一步利用目标的可能。茶叶图像分割是计算机视觉研究金字塔的低层，也是基础，因此其为图像后续操作比如图像描述、图像理解和图像分析的根本。其在图像工程中的重要性是不言而喻的。

3 结合颜色和区域生长的茶叶图像分割算法

3.1 茶叶图像的颜色识别

颜色识别是利用计算机对图片分析、理解和处理，以识别多种相异模式的对象和目标的技术。一般在工业上，是利用专门的CCD摄像机采集图片，存储在计算机上，然后利用专门的软件对茶叶图像的各种灰度特征做进一步处理，国外著名的软件代表有康耐视等，国内有图智能等。操作过程为先对图像进行分割，然后依据分割结果筛选目的特征，计算颜色特征参量，提取有用信息，最后依据测量结果分类。有时为了使识别图像的效果更优，还要以图像结构为切入点分析整个图像，更好的理解图像信息，达到提高识别效果的目的。茶叶图像的颜色识别步骤一般在图像分割操作后，目的是为了找出感兴趣部分的纹理、形状、灰度等特征，也称特征抽取。图像识别软件的输入端是图像，输出端是图像结构和类别的分析数据。

3.2 茶叶的区域生长特征因子变换与加强

茶叶的区域生长特征因子阵列比较大，如果在空间域进行处理将会涉及到相当大的计算量。因此往往采用各种方法，比如：沃尔什变换，傅里叶变换和离散余弦变换等处理技术，把图像从空间域转换至变换域，这样不仅减少了图像操作的计算量，并且其处理也更为有效。区域生长特征变换在图像融合、增强、数字茶叶印和编码等领域都有很广泛的应用，是数字图像处理的基础。区域生长特征增强即加强图像中有用的信息，它有可能是一个失真的过程，有两个目的：一是使图像更易于用计算机进行处理，二是提高图像中感兴趣成分的清晰度。其方法主要有两类，空间域方法的计算对象为图像的灰度值,而变换域操作的计算对象则为变换的系数，得到后续图像的方法一般则为逆变换。

3.3 茶叶图像复原

茶叶图像复原和图像增强操作目的相似，都是以改变图像视觉效果为基础，达到方便后续处理的目的，二者的主要区别是图像复原根据的原理是图像的畸变、退化原因，模块化操作；茶叶图像增强注重主观判定。在图片的成像过程中，出现畸变、失真、模糊或者掺杂噪声的情形，造成的后果就是图片的质量下降，这种现象称为“退化”。茶叶图像复原的原理是：基于退化的原因，进行数学建模，从“退化”的图片中提取出关键信息，最后将茶叶图像的原貌恢复。复原过程即设计滤波器，基于设定的对茶叶图片恢复的误差范围，能够从“退化”的图片g(x,y)中，得出最佳真实图片估计值＾f(x,y)，从而最大限度的复原真实图像f(x,y)。

3.4 茶叶图像压缩

茶叶图像压缩即减少要表示数字图像时要用到的数据量，方便图片的存储和传输，之所以数字图像能够被压缩，主要原因就是图像数据存在冗余，其主要表现在三个方面：一个就是空间冗余，因为靠近像素之间或多或少会有相似之处；二就是频谱冗余，是由于毫不相同的颜色频谱和平面之间的相近关系引起的。压缩的目的就是降低表示图像所需要的位数，从而为计算机节省存储空间，在实际对图片操作的过程中，节省计算机内存。茶叶图像数据量较大，在传输和存储时有较高的时间复杂度，因此，数字图像压缩非常重要。

3.5 茶叶图像的表示、描述与理解

茶叶图像表示即分割图像，然后表示分割后像素，方便计算机的后续处理。区域表示基本上分为有两种手段：一个就是位图的表示方法，另一个则为矢量图的表示方法。茶叶图像描述则是根据指定方式对区域描述。比如区域的边界特征像边界长度，边界凸起数目等来表示。图像理解 (image understanding,IU)是对图像语义的理解。它的研究对象为图像，核心为知识，研究内容为图像中的目标和目标之间的关系，茶叶图像的场景以及场景的应用等问题。其属于图像的高层操作，重点内容为在分析图像的前提下进一步探索图像中各目标的相互关系和性质，其操作的对象是描述中所抽象的符号，处理方法许多方面与人类的思维很相似。

4 结语

本文较为系统的表示了图像理解、分析和处理的关系。一幅图像从开始处理到最后的图像分析和操作，都离不开图像分割的作用。图像的精确分割将为后续的图像深度操作打下良好的基础。研究者相继提出了多种茶叶图像分割算法。未来茶叶图像处理技术一般是指各种与茶叶图像有关的技术的总的称谓。图像技术的涉及面广，种类繁杂，但是绝大多数都可归类为图像有关技术。其是现代工业领域中的一个重要的学科，它的研究的内容庞杂，根据探索内容和手法的相异，茶叶图像工程技术向下研究三个方向将会是处理、分析和理解。

[1]汪建,杜世平.基于颜色和形状的茶叶计算机识别研究[J].茶叶科学.2008(06):165-166.

[2]林开颜,吴军辉,徐立鸿.彩色图像分割方法综述[J].中国图象图形学报.2005(01):41-43.

[3]叶齐祥,高文,王伟强,黄铁军.一种融合颜色和空间信息的彩色图像分割算法[J].软件学报.2004(04):197.

[4]陆建良,梁月荣,龚淑英,顾志蕾,张凌云,徐月荣.茶汤色差与茶叶感官品质相关性研究[J].茶叶科学.2002(01):48-49.

丁 汀 （1972-），女，河南武陟县人，学士学位，副教授，研究方向：数据挖掘。