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系統識別號 U0002-2108201200124300
中文論文名稱 以直方圖為基礎之多閥值搜尋演算法應用於彩色多物體切割
英文論文名稱 A Histogram-Based Multi-Threshold Searching Algorithm for Multiple Color Objects Segmentation
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 陳煒傑
研究生英文姓名 Wei-Chieh Chen
學號 699470083
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-06-22
論文頁數 54頁
口試委員 指導教授-蔡奇謚
委員-黃志良
委員-宋開泰
委員-周建興
中文關鍵字 多物體切割  彩色影像閥值技術  多閥值搜尋  ratio-map影像 
英文關鍵字 Multi-object segmentation  color image thresholding  multilevel thresholding  multi-threshold searching  ratio-map image 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 本論文設計了一種無監督式搜尋多色彩閥值的方法,並且可應用於彩色多物體的切割。現有的色彩閥值切割技術大多需要利用各顏色通道資訊,透過人工調整方式選擇適當的參數,將所感興趣的彩色物體與背景分離。本論文中提出了一種無監督式多閥值搜尋的演算法,其可自動搜尋各彩色物體的最佳門檻值,並利用此資訊從影像中切割出感興趣的彩色物體。為了達到此目的,首先將提出一個新穎的ratio-map影像計算方法,其能夠有效的提高前景像素與背景像素的對比度。接著套用傳統Otsu演算法於ratio-map影像中,即可使得影像中前景彩色物體能從背景中被切割出來。最後,本論文亦提出了一個新的以直方圖為基礎之多閥值搜尋演算法,用來搜尋色調、飽和度以及明亮度三通道的最佳上限與下限門檻值,進而切割影像中所有的彩色物體。在實驗結果的部分,將呈現以本論文所提出的方法之切割結果。實驗證明本論文的方法可以成功地切割出所有感興趣的彩色物體,達到色彩切割或色彩建模的目的。
英文摘要 This thesis addresses the issue of unsupervised multi-color thresholding design for color-based multiple objects segmentation. Most of the current color thresholding techniques require setting threshold values of each color channel for multiple colors-of-interest in a supervised way. In this thesis, an unsupervised multi-threshold searching algorithm is proposed to automatically search the optimal threshold values for segmenting multiple color objects. To achieve this, a novel ratio-map image computation method is proposed to efficiently enhance the contrast between foreground and background pixels. The Otsu’s method is then applied to the ratio-map image to extract all foreground color objects from the background image. Finally, a new histogram-based multi-threshold searching algorithm is proposed to search the optimal upper-bound and lower-bound threshold values of hue, saturation and brightness components for each color object. Experimental results show that the proposed method succeeds to separate all color objects-of-interest in a realistic scenario.
論文目次 中文摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章 序論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 6
1.3 論文架構 9
第二章 實驗系統介紹 11
2.1 硬體介紹 11
2.2 HSV色彩模型 11
第三章 影像分割相關演算法 15
第四章 以直方圖為基礎之門檻值搜尋 19
4.1 色彩像素提取 19
4.2 以直方圖為基礎之多門檻值搜尋演算法 24
4.2.1 初始化處理 24
4.2.2 平滑化處理 25
4.2.3 峰值搜尋與初始化閥值處理 26
4.2.4 動態門檻值搜尋 28
4.2.5 合併重複閥值 31
4.3 系統架構圖 33
第五章 實驗結果與分析 36
5.1 峰值訊噪比 36
5.2 實驗結果 36
5.2.1 兩種彩色物體分割測試結果 37
5.2.2 與Otsu方法比較結果 38
5.2.3 與Fuzzy方法比較結果 42
5.3 實驗延伸 44
5.3.1 多種物體切割 45
5.3.2 膚色影像切割 46
第六章 結論與未來展望 52
參考文獻 53


圖目錄
圖1.1、眼明手快關卡。 5
圖1.2、比賽場地之競賽台。 5
圖1.3、道具箱規格。 6
圖1.4、影像色彩分割範例:(a)原始彩色影像,(b)藍色影像切割之二值化影像。 8
圖2.1、Webcam 圖。 12
圖2.2、HSV色彩模型。 13
圖2.3、HSV數值調整設定介面。 14
圖4.1、主要方法流程圖。 20
圖4.2、(a)影像在Hue通道影像資訊,(b)原始直方圖統計(包含黑色與白色像素)。 20
圖4.3、飽和度與明亮度之alpha關係。 22
圖4.4、Ratio image:(a)β=2 (較低對比度),(b)β=4(較高對比度)。 22
圖4.5、Ratio-map影像的直方圖。 22
圖4.6、(a)以Otsu演算法方法切割結果,(b)遮罩處理後的彩色影像。 23
圖4.7、彩色區域直方圖統計。 23
圖4.8、初始化處理流程圖。 25
圖4.9、由圖4.7平滑後之結果。 26
列公式進行判斷與偵測: 26
圖4.10、(a)各種顏色的最大峰值分佈,(b)設定初始門檻值。 27
圖4.11、動態門檻值搜尋法之流程圖。 28
圖4.12、動態門檻值搜尋法之動作流程圖:(a)搜尋下限門檻值,(b)搜尋上限門檻值。 29
圖4.13、最佳上限以及最佳下限門檻值。 30
圖4.14、(a)飽和度最佳門檻值,(b)明亮度最佳門檻值。 30
圖4.15、合併重複閥值處理流程圖。 32
圖4.16、(a)重複門檻值,(b)合併重複門檻值。 33
圖4.17、系統架構圖。 34
圖5.1、實驗結果:(a)人工閥值調整,(b)本論文方法。 37
圖5.2、實驗結果:(a)人工閥值調整,(b)本論文方法。 37
圖5.3、實驗結果:(a)人工閥值調整,(b)本論文方法。 38
圖5.4、實驗結果:(a)原始影像,(b)快速多層全域門檻值由(3.21)式,(c)快速多層全域門檻值由(3.24)式,(d)本論文方法。 39
圖5.5、實驗結果:(a)原始影像 (b)快速多層全域門檻值由(3.21)式,(c)快速多層全域門檻值由(3.24)式,(d)本論文方法。 40
圖5.6、實驗結果:(a)原始影像,(b)快速多層全域門檻值由(3.21)式,(c)快速多層全域門檻值由(3.24)式,(d)本論文方法。 41
圖5.7、由圖5.4(a)進行切割實驗:(a)模糊理論之影像切割方法,(b)本論文方法。 43
圖5.8、由圖5.5(a)進行切割實驗:(a)模糊理論之影像切割方法,(b)本論文方法。 43
圖5.9、由圖5.6(a)進行切割實驗:(a)模糊理論之影像切割方法,(b)本論文方法。 43
圖5.10、實驗結果:(a)原始影像,(b)本論文切割結果。 45
圖5.11、實驗結果:(a)原始影像,(b)本論文切割結果。 45
圖5.12、膚色切割:(a)原始影像,(b)本論文切割結果。 47
圖5.13、膚色切割:(a)原始影像,(b)本論文切割結果。 47
圖5.14、膚色切割:(a)原始影像,(b)本論文切割結果。 48
圖5.15、膚色切割:(a)原始影像,(b)本論文切割結果。 48
圖5.16、膚色切割:(a)原始影像,(b)本論文切割結果。 49
圖5.17、影像切割:(a)原始影像,(b)本論文切割結果。 49
圖5.18、由圖5.13之眼睛範圍放大圖 51


表目錄
表2.1 Webcam相關規格需求表 12
表2.2 電腦規格表 12
表5.1 人工閥值切割與本論文方法之PSNR值 38
表5.2 圖5.4與圖5.5上下限門檻值搜尋結果 40
表5.3 圖5.6之各方法閥值比較 42
表5.4 圖5.7至圖5.9之各方法閥值比較 44
表5.5 圖5.10與圖5.11門檻值搜尋結果與執行時間 46
表5.6 圖5.12至圖5.17門檻值搜尋結果與執行時間 50
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