KR100499121B1 - Apparatus and method for image segmentation using automatic thresholding technique - Google Patents

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Abstract

영상 히스토그램에 곡선을 적합시키는 자동 문턱치화에 의한 영상분할 장치 및 방법에 관한 것이다.An apparatus and method for image segmentation by automatic thresholding for fitting a curve to an image histogram.

본 발명에 의한 자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 장치는 디지털 영상을 저장하는 메모리; 메모리에 저장된 디지털 영상의 히스토그램을 작성하는 히스토그램작성부; 영상 히스토그램에서 하나 이상의 우세부위로 영상 히스토그램을 분할하는 우세부위결정부; 각 우세부위별도 좌측 적합부위와 우측 적합부위를 결정하는 적합부위결정부; 좌측 적합부위와 우측 적합부위에 각각 별도의 곡선을 적합시키는 곡선적합부; 적합된 곡선의 표준편차를 기준으로 영상 히스토그램의 좌측 문턱치 및 우측 문턱치를 결정하는 문턱치결정부; 및 메모리에 저장된 디지털 영상에서 각 우세부위에 대응하는 좌측 문턱치와 우측 문턱치 사이의 픽셀값을 갖는 픽셀들을 분류해 냄으로써 상기 디지털 영상을 분할하는 픽셀분류부를 포함한다.An image segmentation apparatus using an automatic thresholding technique according to the present invention comprises a memory for storing a digital image; A histogram generator for creating a histogram of a digital image stored in a memory; A predominant region determiner for dividing the image histogram into one or more predominant regions in the image histogram; A suitable part determining unit which determines a left fitting part and a right fitting part for each predominant part; A curve fitting portion for fitting a separate curve to the left fitting portion and the right fitting portion, respectively; A threshold determination unit that determines a left threshold and a right threshold of the image histogram based on a standard deviation of the fitted curve; And a pixel classification unit for dividing the digital image by classifying pixels having pixel values between a left threshold and a right threshold corresponding to each dominant portion in the digital image stored in the memory.

본 발명에 의하면, 영상 히스토그램을 몇 개의 영역으로 나누어 부분적으로 곡선 적합을 수행함으로써 문턱치화의 신뢰성을 높였다.According to the present invention, the image histogram is divided into several regions and the curve fitting is partially performed to increase the reliability of the thresholding.

Description

자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 장치 및 그 방법{Apparatus and method for image segmentation using automatic thresholding technique}Apparatus and method for image segmentation using automatic thresholding technique

본 발명은 영상신호 처리에 관한 것으로서, 특히 영상 히스토그램에 곡선을 적합시키는 자동 문턱치화에 의한 영상분할 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to image signal processing, and more particularly, to an image segmentation apparatus and method by automatic thresholding for fitting a curve to an image histogram.

일반적으로, 영상분할은 컴퓨터 비전, 패턴인식, 영상 가시화, 영상 분석 등의 기술분야에서 특징 추출, 관심영역의 볼륨 측정 등을 위한 중요한 처리과정이다. 현재까지 알려진 영상분할방법으로는 히스토그램 분석(histogram analysis), 형태학적 연산(morphological operation), 문턱치화(thresholding), 비등방성 필터링(anisotropic filtering), 동적표면모델(active surface template) 등이 있다. 이러한 방법들을 사용함에 있어서, 초기단계에서는 영상 히스토그램을 임의의 곡선으로 모델링하여 적합(fitting)시키는 자동 문턱치화 기술을 사용하여 영상을 분할하였다. In general, image segmentation is an important process for feature extraction, volume measurement of a region of interest, and the like in computer vision, pattern recognition, image visualization, image analysis, and the like. The image segmentation methods known to date include histogram analysis, morphological operations, thresholding, anisotropic filtering, and active surface templates. In using these methods, in the early stages, the image was segmented using an automatic thresholding technique that fits and models the image histogram as an arbitrary curve.

자동 문턱치화를 사용하여 영상을 분할하는 기존의 방법들 중 마리즌이 제안한 방법[Marijn E. Brummer, IEEE Trans. Medical Imaging, vol. 12, 1993]과 스텔라가 제안한 방법[M. Stella Atkins, IEEE Trans. Medical Imaging, vol. 17, 1998]은 영상 히스토그램을 가우스곡선 등으로 모델링하여 곡선 적합을 통하여 문턱치화하여 분할하였다. 그런데, 영상 히스토그램에 곡선 적합을 할 때 모델 곡선이 영상 히스토그램과 동떨어진 경우가 많다. 도 1은 모델 곡선인 가우스 곡선을 나타내고, 도 2a 및 도 2b는 적합하고자 하는 영상 히스토그램을 예시적으로 보여준다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 적합하고자 하는 영상 히스토그램이 가우스 분포로 적절히 모델링되지 않는 경우가 많다. 따라서, 도 1에 도2a 및 도 2b를 적합하면 적합오류가 심하여 자동 문턱치화에 오차를 유발하고 결국 분할의 신뢰성을 떨어뜨리게 된다.Among the existing methods for segmenting images using automatic thresholding, Marizen proposed [Marijn E. Brummer, IEEE Trans. Medical Imaging, vol. 12, 1993] and Stellar's proposed method [M. Stella Atkins, IEEE Trans. Medical Imaging, vol. 17, 1998] modeled the image histogram with Gaussian curves and thresholded it through curve fitting. However, when the curve is fitted to the image histogram, the model curve is often far from the image histogram. 1 shows a Gaussian curve that is a model curve, and FIGS. 2A and 2B exemplarily show an image histogram to be fitted. As shown in FIGS. 2A and 2B, an image histogram to be fitted is often not properly modeled by a Gaussian distribution. Therefore, if Figs. 2A and 2B are fitted to Fig. 1, the fitting error is severe, which causes an error in automatic thresholding, which in turn lowers the reliability of division.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 컴퓨터 비전, 패턴인식, 영상 가시화, 영상 분석 등을 위한 영상처리 하드웨어 및 소프트웨어에 이용할 수 있으며, 영상분할의 신뢰성을 높일 수 있는 자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 장치 및 그 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention was created to solve the above problems, can be used in image processing hardware and software for computer vision, pattern recognition, image visualization, image analysis, etc., automatic thresholding technology that can increase the reliability of image segmentation An object of the present invention is to provide a video splitting apparatus and a method thereof.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 장치는 디지털 영상을 저장하는 메모리; 상기 메모리에 저장된 디지털 영상의 각 픽셀값별로 해당하는 픽셀의 개수를 계산하여 영상 히스토그램을 작성하는 히스토그램작성부; 상기 영상 히스토그램에서 최대값을 구하고 그 최대값 좌우의 극소값들 중 최대값에 소정의 제1비율을 곱한 값보다 작은 가장 가까운 극소값들 사이의 부위인 우세부위를 결정하는 것을 반복하여 하나 이상의 우세부위로 상기 영상 히스토그램을 분할하는 우세부위결정부; 각 우세부위별도 최대값에 소정의 제2 비율을 곱한 값보다 큰 값을 갖는 부위를 취하고, 그 부위의 좌측 최소값에서 좌측 최소값과 가장 가까운 극대값인 좌측 극대값 사이의 좌측 적합부위와 그 부위의 우측 최소값에서 우측 최소값과 가장 가까운 극대값인 우측 극대값 사이의 우측 적합부위를 결정하는 적합부위결정부; 상기 좌측 적합부위와 우측 적합부위에 각각 별도의 곡선을 적합시키는 곡선적합부; 적합된 곡선의 표준편차를 기준으로 영상 히스토그램의 좌측 문턱치 및 우측 문턱치를 결정하는 문턱치결정부; 및 상기 메모리에 저장된 디지털 영상에서 각 우세부위에 대응하는 좌측 문턱치와 우측 문턱치 사이의 픽셀값을 갖는 픽셀들을 분류해 냄으로써 상기 디지털 영상을 분할하는 픽셀분류부를 포함함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the image segmentation apparatus using the automatic thresholding technique according to the present invention comprises a memory for storing a digital image; A histogram generator for generating an image histogram by calculating a number of pixels corresponding to each pixel value of the digital image stored in the memory; The maximum value is obtained from the image histogram, and the determination of the dominant part, which is the part between the nearest minima smaller than the maximum value of the left and right minima of the maximum value, multiplied by a predetermined first ratio, is repeated as one or more dominant parts. A dominant region determiner for dividing the image histogram; Each predominant part also takes a part with a value that is greater than the maximum value multiplied by a predetermined second ratio, and the left fit portion between the left maximum value that is the maximum value closest to the left minimum value from the left minimum value of the portion and the right minimum value of the portion. A fitting site determining unit for determining a right fitting site between the right minimum value and the right maximum value which is the closest maximum value in the first position; A curve fitting portion for fitting separate curves to the left fitting portion and the right fitting portion, respectively; A threshold determination unit that determines a left threshold and a right threshold of the image histogram based on a standard deviation of the fitted curve; And a pixel classification unit for dividing the digital image by classifying pixels having pixel values between a left threshold and a right threshold corresponding to each dominant portion in the digital image stored in the memory.

상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 방법은 (a) 디지털 영상의 각 픽셀값별로 해당하는 픽셀의 개수를 계산하여 영상 히스토그램을 작성하는 단계; (b) 상기 영상 히스토그램에서 최대값을 구하고 그 최대값 좌우의 극소값들 중 최대값에 소정의 제1비율을 곱한 값보다 작은 가장 가까운 극소값들 사이의 부위인 우세부위를 결정하는 것을 반복하여 하나 이상의 우세부위로 상기 영상 히스토그램을 분할하는 단계; (c) 각 우세부위별도 최대값에 소정의 제2 비율을 곱한 값보다 큰 값을 갖는 부위를 취하고, 그 부위의 좌측 최소값에서 좌측 최소값과 가장 가까운 극대값인 좌측 극대값 사이의 좌측 적합부위와 그 부위의 우측 최소값에서 우측 최소값과 가장 가까운 극대값인 우측 극대값 사이의 우측 적합부위를 결정하는 단계; (d) 상기 좌측 적합부위와 우측 적합부위에 각각 별도의 곡선을 적합시키는 단계; (e) 적합된 곡선의 표준편차를 기준으로 영상 히스토그램의 좌측 문턱치 및 우측 문턱치를 결정하는 단계; 및 (f) 상기 디지털 영상에서 각 우세부위에 대응하는 좌측 문턱치와 우측 문턱치 사이의 픽셀값을 갖는 픽셀들을 분류해 냄으로써 상기 디지털 영상을 분할하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the image segmentation method using the automatic thresholding technique according to the present invention comprises the steps of (a) generating an image histogram by calculating the number of pixels corresponding to each pixel value of the digital image; (b) determining the dominant region, which is the area between the closest local minimums, which is obtained from the image histogram and is smaller than the maximum of left and right minima of the maximum value multiplied by a first ratio. Dividing the image histogram into a dominant region; (c) each predominantly separate site shall have a site having a value greater than the maximum value multiplied by a second predetermined ratio, and the left fit site and its site between the left maximum of the site and the left maximum which is the closest maximum to the left minimum; Determining a right fit region between the right minimum value and the right maximum value that is the closest maximum value in the right minimum value of the right value; (d) fitting separate curves to the left fitting portion and the right fitting portion, respectively; (e) determining a left threshold and a right threshold of the image histogram based on the standard deviation of the fitted curve; And dividing the digital image by classifying pixels having pixel values between a left threshold and a right threshold corresponding to each dominant portion in the digital image.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도 3a에 의하면, 본 발명에 의한 자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 장치의 일실시예는 메모리(10), 히스토그램작성부(20), 우세부위결정부(30), 적합부위결정부(40), 곡선적합부(50), 문턱치결정부(60) 및 픽셀분류부(70)를 포함한다. 상기 히스토그램작성부(20), 우세부위결정부(30), 적합부위결정부(40), 곡선적합부(50), 문턱치결정부(60) 및 픽셀분류부(70)는 각각 정보처리시스템과 그 정보처리시스템 상에서 동작하는 소프트웨어의 결합체로서 구현될 수 있다.According to FIG. 3A, an embodiment of an image segmentation apparatus using an automatic thresholding technique according to the present invention includes a memory 10, a histogram generator 20, a dominant position determiner 30, and a suitable position determiner 40. , The curve fitting unit 50, the threshold determining unit 60, and the pixel classification unit 70. The histogram generator 20, the dominant site determiner 30, the suitable site determiner 40, the curve fit unit 50, the threshold determiner 60, and the pixel classifier 70 are each an information processing system. It can be implemented as a combination of software running on the information processing system.

메모리(10)는 입력되는 디지털 영상을 저장한다.The memory 10 stores an input digital image.

히스토그램작성부(20)는 메모리(10)에 저장된 디지털 영상의 각 픽셀값별로 해당하는 픽셀의 개수를 계산하여 영상 히스토그램을 작성한다.The histogram generator 20 generates an image histogram by calculating the number of pixels corresponding to each pixel value of the digital image stored in the memory 10.

우세부위결정부(30)는 영상 히스토그램에서 최대값을 구하고 그 최대값 좌우의 극소값들 중 최대값의 절반값보다 작은 가장 가까운 극소값들 사이의 부위인 우세부위를 결정하는 것을 반복하여 하나 이상의 우세부위로 상기 영상 히스토그램을 분할한다.The preponderance determiner 30 obtains the maximum value from the image histogram and repeats the determination of the predominant region, which is the area between the closest local minimum values smaller than half of the maximum value on the left and right of the maximum value, and the one or more predominant regions. The image histogram is divided into.

적합부위결정부(40)는 각 우세부위별도 최대값의 절반값보다 큰 값을 갖는 부위를 취하고, 그 부위의 좌측 최소값에서 좌측 최소값과 가장 가까운 극대값인 좌측 극대값 사이의 좌측 적합부위와 그 부위의 우측 최소값에서 우측 최소값과 가장 가까운 극대값인 우측 극대값 사이의 우측 적합부위를 결정한다.The suitable site determining unit 40 takes a site having a value greater than half of the maximum value of each of the predominant sites, and the left fit site between the left maximum value which is the maximum value closest to the left minimum value and the left maximum value of the site Determine the right fit between the right minimum and the right maximum, which is the closest maximum.

곡선적합부(50)는 좌측 적합부위와 우측 적합부위에 각각 별도의 곡선을 적합시킨다.The curve fitting portion 50 fits separate curves to the left fitting portion and the right fitting portion, respectively.

문턱치결정부(60)는 적합된 곡선의 표준편차를 기준으로 영상 히스토그램의 좌측 문턱치 및 우측 문턱치를 결정한다.The threshold determination unit 60 determines the left threshold and the right threshold of the image histogram based on the standard deviation of the fitted curve.

픽셀분류부(70)는 메모리(10)에 저장된 디지털 영상에서 상기 좌측 문턱치와 상기 우측 문턱치 사이의 픽셀값을 갖는 픽셀들을 분류해 냄으로써 디지털 영상을 분할한다.The pixel classifier 70 divides the digital image by classifying pixels having pixel values between the left and right thresholds in the digital image stored in the memory 10.

이하에서 도 3b를 참조하여 본 발명의 동작내용을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to Figure 3b will be described in detail the operation of the present invention.

먼저, 분할하고자 하는 낱장 혹은 여러 장으로 구성된 세트의 디지탈 영상을 메모리에 적재한다(100 단계).First, a single or multiple set of digital images to be divided are loaded into a memory (step 100).

다음, 메모리(10)에 적재된 영상에 대하여 모든 픽셀값 f에 대한 픽셀의 개수 h(f)를 계산한다(200 단계). 계산된 영상 히스토그램은 다음 단계의 처리를 위하여 메모리에 저장된다.Next, the number h (f) of pixels for all pixel values f is calculated for the image loaded in the memory 10 (step 200). The calculated image histogram is stored in the memory for processing of the next step.

이후, 영상 히스토그램을 분할한다. 영상 히스토그램의 분할은 작성된 영상 히스토그램에서 문턱치 결정에 필요한 히스토그램 부위를 분할해 내는 과정이다. 영상 히스토그램의 분할은 영상 히스토그램의 우세부위(dominant portion)를 찾아낸 다음(300 단계), 우세부위에서 적합부위를 추출하는 과정(400 단계)으로 진행된다.Then, the image histogram is divided. The segmentation of an image histogram is a process of dividing a histogram portion necessary for determining a threshold value in a created image histogram. The segmentation of the image histogram is performed by finding a dominant portion of the image histogram (step 300), and then extracting a suitable portion from the dominant portion (step 400).

도 4에 예시된 바와 같이 히스토그램 h(f)의 최대값 Hmax=h(fmax)을 찾은 다음, 최대값의 절반까지를 취하여 하나의 덩어리로 정의되면 전체를 우세부위로 설정하고, 여러 개의 덩어리로 되어 있으면 픽셀값 f가 작은 것부터 순서적으로 나누어 여러 개의 우세부위로 설정한다. 하나의 우세부위와 이웃하는 우세부위 간의 경계 fmin은 다음과 같이 결정한다. 여기서, 최대값 Hmax의 절반에 해당하는 값에 대응하는 좌측 위치 및 우측 위치를 fminL, fminR라 할 때As shown in FIG. 4, the maximum value H max = h (f max ) of the histogram h (f) is found, and then, if defined as one chunk by taking up to half of the maximum value, the whole is set as the dominant portion, and If it is a chunk, the pixel values f are divided in order from the smallest and set to the dominant regions. The boundary f min between one dominant region and a neighboring dominant region is determined as follows. Here, when the left position and the right position corresponding to the value corresponding to half of the maximum value H max are f minL and f minR

for(i=fminR; i<N; i++) {for (i = f minR ; i <N; i ++) {

flag = 1;   flag = 1;

for(j=i; j<i+T; j++) {for (j = i; j <i + T; j ++) {

if( h(i)>h(j) ) { flag = 0; break; }if (h (i)> h (j)) {flag = 0; break; }

}   }

if( flag ) { fmin = i; break; }if (flag) {f min = i; break; }

} }

for(i=fminL; i>0; i--) {for (i = f minL; i>0; i--) {

flag = 1;   flag = 1;

for(j=i; j>i-T; j--) {for (j = i; j> i-T; j--) {

if( h(i)>h(j) ) { flag = 0; break; }if (h (i)> h (j)) {flag = 0; break; }

}   }

if( flag ) { fmin = i; break; }if (flag) {f min = i; break; }

} }

여기서, N은 픽셀값 f의 범위, T는 상수를 나타내며, 상수 T는 적용영상에 따라 다르지만 본 발명의 일실시예에서는 T=20으로 한다. fmin은 도 4에 도시된 영상 히스토그램에 예시된 바와 같이, 두 개의 우세부위 사이에 위치하는 극소값의 위치를 의미하며, 우세부위의 범위를 결정하게 된다. 이후, 영상 히스토그램 h(f)에서 이미 찾은 우세부위를 제거하고, 상기한 우세부위 결정과정을 반복한다.Herein, N denotes a range of pixel values f, T denotes a constant, and a constant T varies depending on an application image, but in an embodiment of the present invention, T = 20. As f min is illustrated in the image histogram illustrated in FIG. 4, f min means a position of a minimum value located between two dominant regions, and determines a range of dominant regions. Thereafter, the predominant region found in the image histogram h (f) is removed, and the above-described predominant region determination process is repeated.

영상 히스토그램의 적합 부위를 결정하기 위하여 분할된 영상 히스트그램의 각 우세부위에 대하여, 도 5에 예시된 바와 같이 그 최대값의 절반 이상의 부위를 취한다. 상기 부위에서의 좌측 최소값 및 우측 최소값을 HminL, HminR라 할 때, 좌측 최소값과 가장 가까운 극대값 HmaxL, 우측 최소값과 가장 가까운 극대값 HmaxR을 각각 다음과 같이 구한다. 적합 부위의 히스토그램 hL(f)와 hR(f)의 범위는 도 6a 및 도 6b에 예시적으로 도시된 바와 같이, 좌측 fminL부터 fmaxL까지와 우측 fminR부터 fmaxR까지이다.For each predominant portion of the split image histogram to determine the fit region of the image histogram, more than half of its maximum is taken, as illustrated in FIG. 5. When the minimum value La of the left and the right of the minimum value from the region H minL, H minR, is obtained as follows: the maximum value closest to the closest peak value maxR H H maxL, right and left minimum minimum, respectively. Range of suitable areas of the histogram h L (f) and h R (f) is Fig. 6a, a, f from the right and from the left to maxL minR f f f minL to maxR as Figure 6b illustratively shown in.

for(i=fminL; i<N; i++) {for (i = f minL ; i <N; i ++) {

flag = 1;   flag = 1;

for(j=i; j<i+T; j++) {for (j = i; j <i + T; j ++) {

if( h(i)<h(j) ) { flag = 0; break; }if (h (i) <h (j)) {flag = 0; break; }

}   }

if( flag ) { fmaxL = i; break; }if (flag) {f maxL = i; break; }

} }

for(i=fminR; i>0; i--) {for (i = f minR ; i>0; i--) {

flag = 1;   flag = 1;

for(j=i; j>i-T; j--) {for (j = i; j> i-T; j--) {

if( h(i)<h(j) ) { flag = 0; break; }if (h (i) <h (j)) {flag = 0; break; }

}   }

if( flag ) { fmaxR = i; break; }if (flag) {f maxR = i; break; }

}}

이후, 분리된 적합 부위의 히스토그램에 곡선 적합을 한다(500 단계). 곡선 적합은 여러 가지 방법을 사용할 수 있으나, 비선형 최소자승법인 Levenberg-Marquardt 방법[W. H. Press, Numerical Recipes in C, 1988]을 사용하는 것이 바람직하다. 적합할 곡선은 여러 종류의 곡선을 적용할 수 있으나, 가우스 곡선을 사용하는 것이 바람직하며, 도 7a 및 도 7b는 각각 분리한 적합 부위의 히스토그램에 가우스 곡선을 적합한 것을 보여준다. Thereafter, curve fitting is performed on the histogram of the separated fit site (step 500). Curve fit can be done in many ways, but the Levenberg-Marquardt method [W. H. Press, Numerical Recipes in C, 1988]. Various curves may be applied to the curve to be fitted, but it is preferable to use a Gaussian curve, and FIGS. 7A and 7B show that the Gaussian curve is fitted to the histogram of the separated fitting site, respectively.

적합 부위에 적합된 좌우의 가우스 곡선 g L(f)와 gR(f)로부터 문턱치를 결정한다(600 단계). 가우스 곡선 면적의 95.9%를 차지하는 f=-2σ ~ 2σ 범위를 기준으로 하는 경우에는 좌우의 문턱치를 TL = -2σL, TR = 2σR로 결정한다. 여기서, TL, TR은 각각 히스토그램의 좌우측 hL(f), hR(f)의 문턱치이며, σL, σR은 각각 적합된 좌우의 가우스 곡선 gL(f)와 gR(f)의 표준편차를 나타낸다.The threshold is determined from the left and right Gaussian curves g L (f) and g R (f) fitted to the fit site (step 600). When the range of f = -2σ to 2σ, which occupies 95.9% of the Gaussian curve area, is used as the reference, the left and right thresholds are determined as T L = -2σ L and T R = 2σ R. Where T L and T R are the thresholds of the left and right h L (f) and h R (f) of the histogram, respectively, and σ L and σ R are the fitted Gaussian curves g L (f) and g R (f respectively). Standard deviation.

결국, 영상의 픽셀들은 각 우세 부위에서 선정된 문턱치를 기준으로 해당하는 클래스로 분류된다(700 단계).As a result, the pixels of the image are classified into corresponding classes based on a threshold selected at each dominant region (step 700).

도 8a 및 도 8b의 T1, PD MR 영상들에 대한 기존의 방법과 본 발명의 방법의 실험 결과를 도 9a, 도 9b, 도 10a 및 도 10b에 보였다. 기존의 방법을 이용하여 가우스 곡선으로 적합한 결과가 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같으며, ±2σ를 기준으로 문턱치화하여 분할한 것이 도 9a 및 도 9b이다. 도 2a에 도시된 바에 의하면, T1 영상에 대하여 좌측 문턱치 TL = 90은 비교적 잘 맞으나 우측 문턱치 TR = 390은 잘 맞지 않으며, 도 9a에서도 상위 문턱치가 올바르지 않음을 볼 수 있다. 도 2b에 도시된 바에 의하면, PD 영상에 대하여 좌측 문턱치 TL = 100, 우측 문턱치 TR = 850는 모두 잘 맞지 않으며, 도 9b에서도 상하위 문턱치가 올바르지 않음을 볼 수 있다.Experimental results of the conventional method for the T1 and PD MR images of FIGS. 8A and 8B and the method of the present invention are shown in FIGS. 9A, 9B, 10A, and 10B. The results obtained by the Gaussian curve using the conventional method are the same as those shown in FIGS. 2A and 2B, and the thresholds divided by ± 2 σ are divided into FIGS. 9A and 9B. As shown in FIG. 2A, the left threshold T L = 90 fits relatively well but the right threshold T R = 390 does not fit well with respect to the T1 image, and the upper threshold is incorrect in FIG. 9A. As shown in FIG. 2B, the left threshold T L = 100 and the right threshold T R = 850 do not fit well with respect to the PD image, and the upper and lower thresholds are also incorrect in FIG. 9B.

본 발명의 방법을 이용한 결과는 도 7a, 도 7b, 도 10a 및 도 10b에 보였다. T1 영상에 대하여 도 7a에 보인 것처럼 히스토그램의 좌우측에 별도로 가우스 적합을 함으로써 좌측 문턱치 TL = 90, 우측 문턱치 TR = 320을 얻었다. 따라서, 도 10a에서는 기존의 방법에 의한 결과보다 개선된 결과를 볼 수 있다. PD 영상에 대해서도 도 7b에 보인 것처럼 히스토그램의 좌우측에 별도로 가우스 적합을 함으로써 좌우측 문턱치 TL = 340, TR = 630을 얻었다. 따라서, 도 10b에서는 기존의 방법에 의한 결과보다 개선된 결과를 볼 수 있다.The results using the method of the present invention are shown in Figs. 7a, 7b, 10a and 10b. As shown in FIG. 7A, the left threshold T L = 90 and the right threshold T R = 320 were obtained by separately applying Gaussian to the left and right sides of the histogram for the T1 image. Accordingly, in FIG. 10A, an improved result can be seen from the result of the conventional method. Also for PD images, left and right threshold values T L = 340 and T R = 630 were obtained by Gaussian fitting the left and right sides of the histogram separately as shown in FIG. 7B. Accordingly, in FIG. 10B, the improved results can be seen from the results by the conventional method.

한편, 상술한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하다. 그리고, 컴퓨터에서 사용되는 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 씨디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.On the other hand, the embodiments of the present invention described above can be written as a program that can be executed on a computer. And, it can be implemented in a general-purpose digital computer for operating the program using a medium used in the computer. The media may be stored such as magnetic storage media (e.g., ROM, floppy disk, hard disk, etc.), optical reading media (e.g., CD-ROM, DVD, etc.) and carrier waves (e.g., transmission over the Internet). Media.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

본 발명에 의하면, 영상 히스토그램을 몇 개의 영역으로 나누어 부분적으로 곡선 적합을 수행함으로써 문턱치화의 신뢰성을 높였다.According to the present invention, the image histogram is divided into several regions and the curve fitting is partially performed to increase the reliability of the thresholding.

첫째, 문턱치화를 이용한 영상분할에서 곡선 적합의 오차를 줄여 영상분할의 신뢰성을 높였다. First, the reliability of image segmentation is improved by reducing the error of curve fitting in image segmentation using threshold value.

둘째, 영상 히스토그램에서 하나의 클래스가 가우스 곡선으로 모델링할 수 없어 가우스 곡선으로 적합하기 어려웠던 것을 용이하게 하였다.Second, it was easy to fit a Gaussian curve because a class could not be modeled as a Gaussian curve in an image histogram.

셋째, 영상 히스토그램을 체계적으로 분할하여 곡선적합의 어려움을 개선하였다. Third, the image histogram was systematically divided to improve the difficulty of curve fitting.

도 1은 일반적인 가우스 분포 곡선을 도시한 그래프이다.1 is a graph illustrating a general Gaussian distribution curve.

도 2a 및 도 2b는 영상의 히스토그램에 적합된 가우스 곡선을 도시한 그래프들이다.2A and 2B are graphs showing a Gaussian curve fitted to a histogram of an image.

도 3a는 본 발명에 의한 영상분할 장치의 블록구성도이다.3A is a block diagram of an image splitting apparatus according to the present invention.

도 3b는 본 발명에 의한 영상분할 방법의 흐름도이다.3B is a flowchart of an image segmentation method according to the present invention.

도 4는 영상의 히스토그램에서 우세 부위 선택방법을 설명하기 위한 그래프이다.4 is a graph illustrating a method of selecting a dominant region in a histogram of an image.

도 5는 우세 히스토그램에서 적합 부위 선택방법을 설명하기 위한 그래프이다.5 is a graph for explaining a method of selecting a suitable site in a dominant histogram.

도 6a 및 도 6b는 선택된 적합 부위를 나타내는 그래프들이다.6A and 6B are graphs showing selected fit sites.

도 7a 및 도 7b는 적합 부위에 가우스 곡선을 적합한 것을 나타내는 그래프들이다.7A and 7B are graphs illustrating fitting a Gaussian curve to a suitable site.

도 8a 및 도 8b는 MR T1, PD 영상들을 예시한 것이다.8A and 8B illustrate MR T1 and PD images.

도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 도 8b에 예시된 MR T1, PD 영상들에 대하여 기존의 방법을 적용하여 영상분할한 결과를 예시한 것이다.9A and 9B illustrate the result of image segmentation by applying a conventional method to the MR T1 and PD images illustrated in FIGS. 8A and 8B.

도 10a 및 도 10b는 도 8a 및 도 8b에 예시된 MR T1, PD 영상에 대하여 본 발명의 방법을 적용하여 영상분할한 결과를 예시한 것이다.10A and 10B illustrate the results of image segmentation by applying the method of the present invention to the MR T1 and PD images illustrated in FIGS. 8A and 8B.

Claims (7)

디지털 영상을 저장하는 메모리;A memory for storing digital images; 상기 메모리에 저장된 디지털 영상의 각 픽셀값별로 해당하는 픽셀의 개수를 계산하여 영상 히스토그램을 작성하는 히스토그램작성부;A histogram generator for generating an image histogram by calculating a number of pixels corresponding to each pixel value of the digital image stored in the memory; 상기 영상 히스토그램에서 최대값을 구하고 그 최대값 좌우의 극소값들 중 최대값에 소정의 제1비율을 곱한 값보다 작은 가장 가까운 극소값들 사이의 부위인 우세부위를 결정하는 것을 반복하여 하나 이상의 우세부위로 상기 영상 히스토그램을 분할하는 우세부위결정부;The maximum value is obtained from the image histogram, and the determination of the dominant part, which is the part between the nearest minima smaller than the maximum value of the left and right minima of the maximum value, multiplied by a predetermined first ratio, is repeated as one or more dominant parts. A dominant region determiner for dividing the image histogram; 각 우세부위별도 최대값에 소정의 제2 비율을 곱한 값보다 큰 값을 갖는 부위를 취하고, 그 부위의 좌측 최소값에서 좌측 최소값과 가장 가까운 극대값인 좌측 극대값 사이의 좌측 적합부위와 그 부위의 우측 최소값에서 우측 최소값과 가장 가까운 극대값인 우측 극대값 사이의 우측 적합부위를 결정하는 적합부위결정부;Each predominant part also takes a part with a value that is greater than the maximum value multiplied by a predetermined second ratio, and the left fit portion between the left maximum value that is the maximum value closest to the left minimum value from the left minimum value of the portion and the right minimum value of the portion. A fitting site determining unit for determining a right fitting site between the right minimum value and the right maximum value which is the closest maximum value in the first position; 상기 좌측 적합부위와 우측 적합부위에 각각 별도의 곡선을 적합시키는 곡선적합부;A curve fitting portion for fitting separate curves to the left fitting portion and the right fitting portion, respectively; 적합된 곡선의 표준편차를 기준으로 영상 히스토그램의 좌측 문턱치 및 우측 문턱치를 결정하는 문턱치결정부; 및A threshold determination unit that determines a left threshold and a right threshold of the image histogram based on a standard deviation of the fitted curve; And 상기 메모리에 저장된 디지털 영상에서 각 우세부위에 대응하는 좌측 문턱치와 우측 문턱치 사이의 픽셀값을 갖는 픽셀들을 분류해 냄으로써 상기 디지털 영상을 분할하는 픽셀분류부를 포함함을 특징으로 하는 자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 장치.And a pixel classifier for dividing the digital image by classifying pixels having a pixel value between a left threshold and a right threshold corresponding to each dominant portion in the digital image stored in the memory. Image splitting device. 제1항에 있어서, 상기 제1비율과 상기 제2비율은 각각The method of claim 1, wherein the first ratio and the second ratio are respectively 0.5임을 특징으로 하는 자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 장치.Image segmentation apparatus using an automatic thresholding technology, characterized in that 0.5. 제1항에 있어서, 상기 곡선적합부는The method of claim 1, wherein the curve fitting portion 비선형 최소자승법을 사용하여 곡선을 적합시키며, 상기 곡선은 가우스 곡선임을 특징으로 하는 자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 장치.An image segmentation apparatus using an automatic thresholding technique, wherein the curve is fitted using a nonlinear least-squares method, and the curve is a Gaussian curve. (a) 디지털 영상의 각 픽셀값별로 해당하는 픽셀의 개수를 계산하여 영상 히스토그램을 작성하는 단계;(a) generating an image histogram by calculating the number of pixels corresponding to each pixel value of the digital image; (b) 상기 영상 히스토그램에서 최대값을 구하고 그 최대값 좌우의 극소값들 중 최대값에 소정의 제1비율을 곱한 값보다 작은 가장 가까운 극소값들 사이의 부위인 우세부위를 결정하는 것을 반복하여 하나 이상의 우세부위로 상기 영상 히스토그램을 분할하는 단계;(b) determining the dominant region, which is the area between the closest local minimums, which is obtained from the image histogram and is smaller than the maximum of left and right minima of the maximum value multiplied by a first ratio. Dividing the image histogram into a dominant region; (c) 각 우세부위별도 최대값에 소정의 제2 비율을 곱한 값보다 큰 값을 갖는 부위를 취하고, 그 부위의 좌측 최소값에서 좌측 최소값과 가장 가까운 극대값인 좌측 극대값 사이의 좌측 적합부위와 그 부위의 우측 최소값에서 우측 최소값과 가장 가까운 극대값인 우측 극대값 사이의 우측 적합부위를 결정하는 단계;(c) each predominantly separate site shall have a site having a value greater than the maximum value multiplied by a second predetermined ratio, and the left fit site and its site between the left maximum of the site and the left maximum which is the closest maximum to the left minimum; Determining a right fit region between the right minimum value and the right maximum value that is the closest maximum value in the right minimum value of the right value; (d) 상기 좌측 적합부위와 우측 적합부위에 각각 별도의 곡선을 적합시키는 단계;(d) fitting separate curves to the left fitting portion and the right fitting portion, respectively; (e) 적합된 곡선의 표준편차를 기준으로 영상 히스토그램의 좌측 문턱치 및 우측 문턱치를 결정하는 단계; 및(e) determining a left threshold and a right threshold of the image histogram based on the standard deviation of the fitted curve; And (f) 상기 디지털 영상에서 각 우세부위에 대응하는 좌측 문턱치와 우측 문턱치 사이의 픽셀값을 갖는 픽셀들을 분류해 냄으로써 상기 디지털 영상을 분할하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 방법.(f) dividing the digital image by classifying pixels having a pixel value between a left threshold and a right threshold corresponding to each dominant portion in the digital image. Split method. 제4항에 있어서, 상기 제1비율과 상기 제2비율은 각각The method of claim 4, wherein the first ratio and the second ratio are respectively 0.5임을 특징으로 하는 자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 방법.Image segmentation using automatic thresholding technology characterized in that 0.5. 제4항에 있어서, 상기 곡선적합부는The method of claim 4, wherein the curve fitting portion 비선형 최소자승법을 사용하여 곡선을 적합시키며, 상기 곡선은 가우스 곡선임을 특징으로 하는 자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 방법.A method of segmenting an image using an automatic thresholding technique, characterized by fitting a curve using a nonlinear least-squares method, wherein the curve is a Gaussian curve. (a) 디지털 영상의 각 픽셀값별로 해당하는 픽셀의 개수를 계산하여 영상 히스토그램을 작성하는 모듈;(a) a module for generating an image histogram by calculating the number of pixels corresponding to each pixel value of the digital image; (b) 상기 영상 히스토그램에서 최대값을 구하고 그 최대값 좌우의 극소값들 중 최대값에 소정의 제1비율을 곱한 값보다 작은 가장 가까운 극소값들 사이의 부위인 우세부위를 결정하는 것을 반복하여 하나 이상의 우세부위로 상기 영상 히스토그램을 분할하는 모듈;(b) determining the dominant region, which is the area between the closest local minimums, which is obtained from the image histogram and is smaller than the maximum of left and right minima of the maximum value multiplied by a first ratio. A module for dividing the image histogram into a dominant region; (c) 각 우세부위별도 최대값에 소정의 제2 비율을 곱한 값보다 큰 값을 갖는 부위를 취하고, 그 부위의 좌측 최소값에서 좌측 최소값과 가장 가까운 극대값인 좌측 극대값 사이의 좌측 적합부위와 그 부위의 우측 최소값에서 우측 최소값과 가장 가까운 극대값인 우측 극대값 사이의 우측 적합부위를 결정하는 모듈;(c) each predominantly separate site shall have a site having a value greater than the maximum value multiplied by a second predetermined ratio, and the left fit site and its site between the left maximum of the site and the left maximum which is the closest maximum to the left minimum; A module for determining a right fit region between the right minimum value and the right maximum value that is the closest maximum value in the right minimum value of; (d) 상기 좌측 적합부위와 우측 적합부위에 각각 별도의 곡선을 적합시키는 모듈;(d) a module for fitting a separate curve to the left fit portion and the right fit portion, respectively; (e) 적합된 곡선의 표준편차를 기준으로 영상 히스토그램의 좌측 문턱치 및 우측 문턱치를 결정하는 모듈; 및(e) a module for determining a left threshold and a right threshold of the image histogram based on the standard deviation of the fitted curve; And (f) 상기 디지털 영상에서 각 우세부위에 대응하는 좌측 문턱치와 우측 문턱치 사이의 픽셀값을 갖는 픽셀들을 분류해 냄으로써 상기 디지털 영상을 분할하는 모듈을 포함함을 특징으로 하는 자동 문턱치화 기술을 이용한 영상분할 프로그램을 기록한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체.and (f) a module for dividing the digital image by classifying pixels having pixel values between a left threshold and a right threshold corresponding to each dominant portion in the digital image. A computer-readable recording medium that records a divided program.
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