基于Matlab7.0的電視導引頭圖像分割處理算法

陳強強，佟惠軍，王海濤

(空軍航空大學 作戰指揮系，長春 130022)

【信息科學與控制工程】

基于Matlab7.0的電視導引頭圖像分割處理算法

陳強強，佟惠軍，王海濤

(空軍航空大學 作戰指揮系，長春 130022)

電視導引頭的性能對于導彈能否直接命中目標起著關鍵的作用，如何精確的處理電視導引頭的圖像，是提高電視制導能力的重要因素；基于對電視導引頭圖像進行準確的分割處理的目的，分析了圖像分割的基本原理，采用閾值分割的方法，通過對圖片進行多次閾值分割的實驗，得出了不同物體的RGB值分布范圍，并作為原始數據積累，在以后對背景圖像的特征提取中可直接使用。

電視制導；閾值；圖像分割；Matlab

電視制導空地導彈是掛裝在轟炸機、殲擊機、武裝直升機等平臺上在敵方防區外對其配置在縱深的高價值重要戰略戰術目標實施打擊的精確制導彈藥[1]。電視導引頭在飛航導彈武器系統中占據重要的位置。近幾年，光電轉換器件和大規模高速實時圖像處理技術的發展日新月異，電視制導的實用性也大大提高。電視導引頭雖然不如雷達導引頭、紅外導引頭應用廣泛，但是電視導引頭跟蹤精度高，又是成像系統，易于圖像處理[2]。電視導引頭的性能對于導彈能否直接命中目標起著關鍵的作用。所以，如何精確的處理電視導引頭的圖像，是提高電視制導能力的重要因素。

近年來，國內外在電視導引頭圖像處理的背景分割技術上，已經取得了很多成果，本文希望在借鑒這些技術成果的基礎上，通過Matlab7.0對導引頭圖像中的河流、山川等目標進行區域分割，為電視制導的目標匹配過程奠定了基礎。

1 圖像分割

所謂圖像分割就是指根據灰度、彩色、空間紋理、幾何形狀等特征把圖像劃分成若干個互不相交的有意義的區域，使得這些特征在同一區域內，表現出一致性或相似性，而在不同區域間表現出明顯的不同[3]。圖像分割技術將低層次視覺、圖像處理的問題與高層次視覺、圖像處理的問題聯系在一起。其目的就是將給定的一幅圖像分割成物體的集合，而對于這些物體可以運用諸如圖像檢測、辨識和跟蹤等這些處理高層次圖像的技術進行進一步處理[4]。圖像分割所遵循的基本原則是，使區域內部所考慮的特征或屬性是相同或者相近的，而這些特征或屬性在相鄰的區域中則不同、存在差異。

由于圖像信號的復雜多樣性，圖像分割是個復雜問題，最大的困難在于其本身暫時仍是個病態問題，對于一個確定的景物，使用不同的分割準則就會得到不同的分割結果。對于圖像分割質量的評價目前還沒有統一的量化標準，對算法的評價一般是將計算機的分割結果與實際結果相比較[5]。因此，圖像的分割只能在有限的誤差限度內進行。

1.1 圖像獲取

本算法所采用的圖像，目標區域為山區巖石地帶，背景區域為周圍樹林地帶，圖片格式為靜態圖像壓縮標準(Joint Photographic Experts Group，JPG或JPEG)。JPEG圖像具有24位彩色處理能力，可以處理照片中的微小色彩細節，具有較高的圖像質量。和相同圖像質量的其他常用文件格式，如GIF、TIFF、PCX相比，JPEG是目前靜態圖像中壓縮比最高的[6]。

1.2 圖像分割的理論分析

圖像閾值分割是一種廣泛應用的分割技術，利用圖像中要提取的目標區域與其背景在灰度特性上的差異，把圖像看作具有不同灰度級的兩類區域(目標區域和背景區域)的組合，選取一個比較合理的閾值，以確定圖像中每個像素點應該屬于目標還是背景區域，從而產生相應的二值圖像[7]。

設原始圖像f(x,y)，以一定的準則在f(x,y)中找出一個合適的灰度值，作為閾值t，則分割后的圖像g(x,y)可由下式表示[8]：

另外，可以將閾值設置為一個灰度范圍[t1,t2]，凡是灰度在范圍內的像素都變為1，否則皆變為0，即：

借助集合的概念對圖像分割可以給出比較正式的定義[9]：

其中，P(Ri)是對所有在集合Ri中元素的邏輯謂詞，?代表空集。

2 理論分析

在基于Matlab的圖像分割處理中，可以分為以下幾步：

(1)對圖像進行二值化處理，顯示其直方圖，根據直方圖確定即將進行的圖像閾值分割的“閾值”。

(2)確定閾值后，進行圖像分割處理，使得低于此閾值的部分為0，高于此閾值的部分為1。

(3)將第(2)步所得圖像與原圖相乘，得到新圖像。此時，新圖像滿足一部分為0，而另一部分為1。

(4)重復第二步，進行圖像分割處理，使得高于此閾值的部分為1，低于此閾值的部分為0。

(5)重復第(3)步。得到新圖像，新圖像與第(3)步所得圖像完全相反。

圖像分割處理的理論部分的流程圖如圖1所示，其中，圖像1為第(3)步所得圖像，圖像2為第(5)步所得圖像。

圖1 圖像分割處理流程

3 仿真研究

本文利用Matlab編程語言實現常規對目標圖像的分割，首先對圖像進行二值化處理，將圖像轉換為黑白二值圖像，并顯示直方圖如圖2、圖3所示。

I=imread(′*.jpg′); %讀取圖像

B=rgb2gray(I); %圖像進行二值化

imhist(B); %顯示圖像直方圖

直方圖表示每個亮度級在圖像中的占有率；圖像對比度是通過亮度級范圍來度量的。直方圖所示的是特定亮度級像素點的數目。對8位像素而言，亮度級范圍為0(黑)到255(白)[10]。對直方圖進行分析可以得出：轉折點處的RGB值為77，因此以77為閾值，進行圖像分割。分割后原圖像中RGB值小于77為0，大于77為1，如圖4所示。

圖2 二值化圖像

圖3 直方圖

圖4 進行閾值分割后的圖像

此圖像與原圖像進行乘法運算，則與0相乘的部位為0，與1相乘的部位得以保留，如圖5所示。

圖5 設RGB小于77為0后相乘的圖像

改變程序中的初始條件，設定RGB大于77時為0，小于77為1，則效果相反，如圖6所示。

圖6 設RGB大于77為0后相乘的圖像

進行仿真處理后，可以使背景色的RGB為0，從而保留下目標區域如圖7，圖8所示。通過圖像可知，目標區域與背景區域的RGB值有著明顯的區別。

圖7 背景的RGB值

圖8 目標的RGB值

進行圖像閾值分割處理的Matlab程序如下所示：

fori=1:470

forj=1:746 %B的大小是470*746

if(B(i,j)<77);bw(i,j)=0;

elsebw(i,j)=1; %B中小于77的為0，大于77的為1

end

end

end

imshow(bw); %顯示bw圖像

I=double(I); %將原圖I進行double處理

fori=1:3

temp(:,:,i)=I(:,:,i).*bw; %將I與bw相乘，得到圖像temp

end

temp=temp/256;

imshow(temp);%顯示temp圖像

4 結束語

圖像分割在聯系低層和高層計算機視覺上至關重要。盡管對于人類視覺來說，進行圖像的分割和特征提取很簡單，但在圖像處理、圖像理解和人工智能中，圖像分割仍然是最富有挑戰性和研究得最多的問題之一。圖像特征提取方法是在整個圖像區域提取梯度較大的點，適用于物體與背景有較強灰度對比的情況[11]。本文利用Matlab對電視導引頭圖像進行了圖像分割處理，并分析了圖像分割原理。該算法分割效率高、準確率高、穩定性好。通過對大量圖像進行分割之后得出一般情況下的RGB值分布范圍，可作為原始數據積累，在以后的圖像特征提取中可直接使用。

[1] 李成剛.第一場高技術戰爭——海灣戰爭[M].北京：軍事科學出版社,2008.

[2] 張萬清.飛航導彈電視導引頭[M].北京：宇航出版社,1994.

[3] 唐波,馬伯寧,鄒煥新,等.計算機圖形圖像處理基礎[M].北京：電子工業出版社,2011.

[4] 陳繁昌,沈建紅.圖像處理與分析[M].北京：科學出版社,2011.

[5] 侯葉.基于圖論的圖像分割技術研究[D].西安：西安電子科技大學,2011.

[6] 孫燮華.數字圖像處理——原理與算法[M].北京：機械工業出版社,2010.

[7] 楊修國.圖像閾值分割方法研究與分析[D].上海：華東師范大學,2009.

[8] 張德豐.MATLAB圖像處理[M].北京：機械工業出版社,2009.

[9] 潘春雨,盧志剛,秦嘉.基于區域閾值的圖像分割方法研究[J].火力與指揮控制,2011,1(1)：118-121.

[10]王洋，謝權威.基于相機響應函數的圖像盲檢測技術研究[J].重慶工商大學學報：自然科學版，2014，31(3)：55-61.

[11]Mark S.Nixon,Alberto S.Aguado.特征提取和圖像處理[M].2版.北京：電子工業出版社,2010.

[12]Rafael C G,Richard E W.數字圖像處理[M].2版.北京：電子工業出版社,2002:567-595.

(責任編輯 楊繼森)

Research on Methods of TV-Guided Image Segmentation Based on Matlab 7.0

CHEN Qiang-qiang, TONG Hui-jun, WANG Hai-tao

(Department of Combat and Command, Aviation University of Air Force, Changchun 130022, China)

Performance of TV-guided plays an important role on whether it can direct hit target. How to process TV-guided image accurately is an important factor to improve the ability of TV guidance. Based on the purpose of having accurate segmentation of the image of TV-guided, we analyzed the basic principle of image segmentation and adopt the method of threshold segmentation. Based on the image threshold segmentation experiment of many times, we got the RGB value distribution scope of different objects, and taking them as the original data characteristics in the later for that the background image can be directly used.

TV-guided; threshold; image segmentation; Matlab

2015-01-15

陳強強(1993—)，男，碩士研究生，主要從事制導武器的作戰使用與仿真研究。

10.11809/scbgxb2015.08.033

陳強強，佟惠軍，王海濤.基于Matlab7.0的電視導引頭圖像分割處理算法[J].四川兵工學報，2015(8):133-135.

format:CHEN Qiang-qiang, TONG Hui-jun, WANG Hai-tao.Research on Methods of TV-Guided Image Segmentation Based on Matlab7.0[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(8):133-135.

TP751

A

1006-0707(2015)08-0133-04