2025年8月20日

imagej課程:影像分割(segementation)

目的

影像分割旨在將影像中的像素根據某種準則(如灰階值、顏色、紋理、空間位置等)進行分組,形成具有相似特徵的區域。主要目標是將前景物件與背景分離。

分割方法分類

影像分割方法大致可分為以下類型:

  1. 手動分割 (Manual Segmentation)

    • 人工描繪感興趣區域(ROI),或是人工描繪mask image。
    • 適用場景:複雜、不規則或稀有結構;需要極高精確度的特殊案例。
    • 優點:準確度高,適用於任何影像。
    • 缺點:耗時、主觀性強、不適合大量影像處理。
    • 應用:特殊病理切片分析、複雜組織結構辨識。
  2. 半自動分割 (Semi-automatic Segmentation)

    • 提供少量互動(如指定種子點、初始輪廓),程式自動完成大部分分割過程。
    • 優點:結合了人工的指導和程式的效率。
    • 缺點:仍需要一定程度的人工介入。
    • 應用:血管網路追蹤、神經纖維分析、互動式區域生長。
  3. 自動分割 (Automatic Segmentation)

    • 程式根據預設算法或學習的模型完全自動進行分割。
    • 優點:效率高,適合批量處理,客觀性強。
    • 缺點:算法選擇和參數設定對結果影響大;可能無法處理所有複雜情況。
    • 主要自動方法包含:
      • 傳統方法:基於閾值、邊緣、區域等特徵。
      • 機器學習:從標記數據中學習分割規則。

傳統影像分割方法

閾值分割 (Thresholding)

閾值分割是最基本且廣泛使用的自動分割方法。它根據像素的灰階值將影像分成前景背景兩部分(二值化影像)。

  • 原理: 選擇特定灰階值作為閾值,將影像中的像素分為兩類:灰階值高於閾值的歸為一類(通常是前景),低於閾值的歸為另一類(通常是背景)。
  • 類型:
    • 全局閾值 (Global Threshold): 使用單一閾值應用於整張影像。適用於照明均勻且前景背景對比明顯的影像。
      • 整張影像使用同一個閾值。
      • Image > Adjust > Threshold...
      • Image › Adjust › Auto Threshold
    • 局部閾值 / 自適應閾值 (Local / Adaptive Threshold): 對影像不同區域使用不同的閾值。適用於照明不均勻或背景複雜的影像。
      • 影像被分成小區域,每個區域計算自己的閾值。
      • 適用於背景亮度不均勻
      • Image › Adjust › Auto Local Threshold

區域基礎分割 (Region-Based Segmentation)

這類方法根據像素之間的相似性將它們合併到同一個區域。

  • 區域生長 (Region Growing):
    • 原理: 從一個或多個種子點開始,根據區域內的像素相似性建立分區(如灰階值在一定範圍內),直到沒有符合條件的相鄰像素為止。
    • 例如使用工具列的wand tool,雙擊會有進階選項。取得的selection,再加入ROI manager。
    • 例如使用 MorphoLibJ 的各種 segmentation plugins,執行分水嶺分割也是從種子點開始,模擬「水從低點往上淹」,直到碰到其他水源的邊界,這些邊界就成為區域的分界線(即分水嶺)。

機器學習

從大量標記好的影像數據中學習特徵和模式,自動執行分割任務。