图像分割技术的应用概述

图像分割技术是计算机视觉领域的一个重要的研究方向，是图像语义理解的重要一环，其是指将图像分成若干个具有相似性质的区域的过程，而从数学角度来看，图像分割技术是将图像划分成互不相交的区域的过程。近年来，图像分割技术相关的场景物体分割、人体前背景分割、三维重建等技术已经在无人驾驶、增强现实、安防监控等方面广泛应用。

我国国土整体面积庞大且边界之间的跨度较大，铁路运输连贯性强且规模比较密集，可以较好地满足辽阔地域之间的运输需求，此外，铁路以其平安、舒适、方便、快捷的运输优势，满足了不同旅客的需要。铁路钢轨故障诊断是维系列车安全运行的重要保障，处于使用状态的钢轨受到挤压、冲击、磨损等影响，健康状况不断恶化，从而形成各种表面缺陷，并随着时间推移不断退化，这些潜在损伤若再进一步恶化就会造成断轨。当车轮在表面有缺陷故障的轨道上向前行进时，不仅会影响乘客乘车的舒适性，还影响列车的安全运转。因此，如何找到一个能够检测高铁钢轨表面缺陷故障的有效方法是铁路系统运转必须解决的一个首要问题。

本节以“高铁钢轨表面缺陷图像分割系统”的设计与实现为例，从设计的角度讨论各模块实现的功能以及设计这些模块的思想，一方面，将图像分割技术的基本知识应用于当今社会急需解决的问题，便于读者更具体、更形象地理解图像分割知识的实际运用；另一方面，通过“高铁钢轨表面缺陷图像分割系统”这一实例，使读者了解并掌握系统设计与实现的过程。高铁钢轨表面缺陷图像分割系统主要包括4大功能模块，分别是图像载入模块、算法实现模块、图像生成模块以及分割算法比较显示模块，其具体功能架构如图8－15所示。“高铁钢轨表面缺陷图像分割系统”的具体实现一方面展示了图像分割技术应用于高铁钢轨表面缺陷分割中的具体效果；另一方面，不同功能的系统有不同的实现模块，需具体问题具体分析，但该部分的设计实现思路可供参考与借鉴。

图8－15　高铁钢轨表面缺陷图像分割系统的功能架构(www.xing528.com)

图8－15中各模块功能介绍如下。

(1)图像载入模块:这是系统的起始功能模块，包括基本的待处理图像输入的功能。

(2)算法实现模块:这是系统的核心功能模块，包括整体分割流程的五大类算法，且这五大类算法下面包含着诸多具体子算法，该模块包含了系统实现的核心技术，是图像进行分割的主体。

(3)图像生成模块:这是系统最主要的功能模块，包括图像分割算法的调用、图像分割后的结果展示、已处理图像保存到本地等功能。

(4)分割算法比较显示模块:这是系统的信息存储模块，包括每次生成已分割图像效果的显示，以及对以前记录的待处理图片的原图查看等功能。