经典分水岭算法的 C++ 实现

这个程序是研一下学期的计算机视觉课程大作业，完成于 2013/06/16，是对 Soille 和 Vincent（1991）提出的模拟浸没的分水岭算法的实现，详见下面的报告。

源码托管在 Github 上：点击进入链接

可执行程序及测试图片：点击进入链接

一、算法概述：

分水岭算法是一种图像分割算法，本报告是对Soille和Vincent（1991）提出的模拟浸没的分水岭算法的实现，算法包括2个部分：第一个部分是排序；第二部分为泛洪。算法描述如下：

（1）将原图像转为二值图，对各像素点的灰度值进行从小到大排序，相同的灰度值为同一个层级。

（2）处理第一个层级所有的像素点，如果其邻域已经被标识属于某一个区域，则将这个像素加入一个先进先出的队列。

（3）先进先出队列非空时，弹出第一个元素。扫描该像素的邻域像素，如果其邻域像素的灰度属于同一层（灰度值相等），则根据邻域像素的标识来刷新该像素的标识。一直循环到队列为空。

（4）再次扫描当前灰度值层级的像素，如果还有像素未被标识，说明它是一个新的极小区域，则当前区域的值（当前区域的值从0开始计数）加1后赋值给该为标识的像素。然后从该像素出发继续执行步骤（3）的泛洪直至没有新的极小区域。

（5）返回步骤（2），处理下一个灰度值层级的像素，直至所有层级的像素都被处理。

二、算法实现（C++、opencv、VS2010）：

1、主要类说明（具体说明见附录源码中的注释）：

（1）WatershedPixel类：根据灰度值对图像像素进行排序。

（2）WatershedStructure类：用于存储像素点WatershedPixel，并生成各像素点的邻域像素。

（3）WaterShedAlgorithm类：分水岭核心算法，包括图像预处理，泛洪和分水线绘制。

2、使用说明：

在命令提示符（cmd）中进入ws.exe（分水岭算法的可执行文件）和图片所在文件夹，

输入：ws image_name

输出：

image_name_BW.jpg ——原图像对应的二值图

image_name_Gray.jpg ——原图像对应的灰度图

image_name_Gray_WS.jpg ——在灰度图中绘制的分水线

image_name_WS.jpg ——在黑色背景中绘制的分水线

3、其他说明：

本算法实现借助开源的opencv库对图像进行读取、输出和预处理（格式转换等），ws.exe运行时需要opencv相关的动态链接库(附件中的dll文件)。

三、算法测试：

1、灰度图：

2、彩色图：

四、结果分析：

（1）该算法实现相对简单，速度快，分割效果不错。

（2）但是在噪声影响下会出现过分割，可在执行算法之前进行预处理，比如平滑降噪，以及利用梯度。

（3）对细节太多的彩色图片存在过分割。

巴特西