T E L K O M N I K A ,   V o l . 1 1 ,   N o . 7 ,   J u l y   2 0 1 3 ,   p p .   4 1 3 4   ~   4 1 4 1   e - I S S N :   2 0 8 7 - 2 7 8 X               4 1 3 4       R e c e i v e d   F e b r u a r y   1 7 ,   2 0 1 3 ;   R e v i s e d   M a y   3 ,   2 0 1 3 ;   A c c e p t e d   M a y   1 5 ,   2 0 1 3   I l l u m i n a t i o n   C o m p e n s a t i o n   A l g o r i t h m   f o r   U n e v e n l y   L i g h t e d   D o c u m e n t   S e g m e n t a t i o n       J u   Z h i y o n g * ,   W a n g   P i n g d i a n   Sh a n g h a i   Ke y   L a b   o f   M o d e r n   O p t i c a l   Sy s t e m ,   U n i v e r s i t y   o f   Sh a n g h a i   f o r   Sc i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   Sh a n g h a i   2 0 0 0 9 3 ,   C h i n a ;     * C o r r e s p o n d i n g   a u t h o r ,   e - m a i l :   J u z y @ u s s t . e d u . c n ,   W a n g p i n g d i a n @ g m a i l . c o m       A b s t r a c t   F o r   t h e   p r o b l e m   o f   s e g m e n t i n g   t h e   u n e v e n l y   l i g h t e d   d o c u m e n t   i m a g e ,   t h i s   p a p e r   p r o p o s e s   a n   i l l u m i n a t i o n   c o m p e n s a t i o n   s e g m e n t a t i o n   a l g o r i t h m   w h i c h   c a n   e f f e c t i v e l y   s e g m e n t   t h e   u n e v e n l y   l i g h t e d   d o c u m e n t .   T h e   i l l u m i n a t i o n   c o m p e n s a t i o n   m e t h o d   i s   p r o p o s e d   t o   e q u i v a l e n t l y   c o n v e r t   u n e v e n l y   l i g h t e d   d o c u m e n t   i m a g e   t o   e v e n l y   l i g h t e d   d o c u m e n t   i m a g e ,   t h e n   s e g m e n t   t h e   e v e n l y   l i g h t e d   d o c u m e n t   d i r e c t l y .   Ex p e r i m e n t a l   r e s u l t s   s h o w   t h a t   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   c a n   g e t   t h e   a c c u r a t e   e v e n l y   l i g h t e d   d o c u m e n t   i m a g e s   s o   t h a t   w e   c a n   s e g m e n t   t h e   d o c u m e n t   a c c u r a t e l y   a n d   i t   i s   m o r e   e f f i c i e n t   t o   p r o c e s s   u n e v e n l y   l i g h t e d   d o c u m e n t   i m a g e s   t h a n   t r a d i t i o n a l   b i n a r i z a t i o n   m e t h o d s .   T h e   a l g o r i t h m   e f f e c t i v e l y   o v e r c o m e s   t h e   d i f f i c u l t y   i n   h a n d l i n g   u n e v e n   l i g h t i n g   a n d   e n h a n c e s   s e g m e n t a t i o n   q u a l i t y   c o n s i d e r a b l y .     K e y w o r d s :   u n e v e n l y   l i g h t e d ,   d o c u m e n t   i m a g e ,   i m a g e   s e g m e n t a t i o n ,   i l l u m i n a t i o n   c o m p e n s a t i o n     C o p y r i g h t   ©   2 0 1 3   U n i v e r s i t a s   A h m a d   D a h l a n .   A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .       1 .   I n t r o d u c t i o n   T h e   p u r p o s e   o f   d o c u m e n t   i m a g e   s e g m e n t a t i o n   i s   t o   s e p a r a t e   c h a r a c t e r s   a n d   f i g u r e s   f r o m   t h e   b a c k g r o u n d ,   a n d   p r o d u c e   a   c l e a r   a n d   d i s t i n c t   d i s p l a y   o f   t h e   d o c u m e n t   t e x t ,   w h i c h   s e r v e s   a s   t h e   p r e - p r o c e s s   f o r   s u b s e q u e n t   p r o c e s s ,   i n c l u d i n g   s k e w   d e t e c t i o n ,   l a y o u t   a n a l y s i s   a n d   c h a r a c t e r   r e c o g n i t i o n .   T h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e s e   p r o c e s s e s   i s   c r u c i a l l y   d e p e n d a n t   o n   t h e   q u a l i t y   o f   t h e   s e g m e n t a t i o n .   M o s t   o f   t h e   e x i s t i n g   s e g m e n t a t i o n   a l g o r i t h m s   [ 1 - 6 ]   a r e   d e s i g n e d   f o r   t h e   e v e n l y   l i g h t e d   i m a g e s .   H o w e v e r ,   a s   t h e   r a p i d   p o p u l a r i z a t i o n   o f   t h e   p o r t a b l e   d e v i c e s   w i t h   p h o t o - t a k i n g   f u n c t i o n ,   s u c h   a s   d i g i t a l   c a m e r a   a n d   m o b i l e   p h o n e ,   i t   i s   c o n v e n i e n t   t o   a c q u i r e   d o c u m e n t   i m a g e s   i n   n a t u r a l   i l l u m i n a t i o n   e n v i r o n m e n t .   T h u s ,   e f f e c t i v e   s e g m e n t a t i o n   f o r   t h e s e   u n e v e n l y   l i g h t e d   i m a g e s   w i l l   e n o r m o u s l y   e x t e n d   t h e   c a p a b i l i t y   i n   d o c u m e n t   i m a g e   p r o c e s s i n g   a n d   r e d u c e   t h e   c o s t   i n   d o c u m e n t   a n a l y s i s   a n d   r e c o g n i t i o n .   D u r i n g   t h e   r e c e n t   d e c a d e s ,   t h e r e   h a v e   b e e n   v a r i o u s   r e s e a r c h e s   o n   u n e v e n l y   l i g h t e d   d o c u m e n t   i m a g e   s e g m e n t a t i o n .   T h e   p r o p o s e d   b i n a r i z a t i o n   m e t h o d s   i n c l u d e   f i x e d   w i n d o w   m e t h o d   [ 7 ] ,   i n   w h i c h   t h r e s h o l d   f o r   e a c h   p i x e l   i s   c o m p u t e d   b a s e d   o n   t h e   i n f o r m a t i o n   o f   a   f i x e d   s i z e d   n e i g h b o r h o o d ,   a n d   t h e   m e t h o d   o f   a d a p t i v e   w i n d o w   s e l e c t i o n   [ 8 ] ,   i n   w h i c h   n e i g h b o r h o o d   s i z e   i s   d e t e r m i n e d   u p o n   t h e   e v a l u a t i o n   o f   t h e   a m o u n t   o f   f o r e g r o u n d   t e x t .   H o w e v e r ,   t h e s e   m e t h o d s   h a v e   o n e   c o m m o n   d e f e c t   t h a t   l a r g e   b a c k g r o u n d   r e g i o n s   m a y   b e   i n c o r r e c t l y   s e g m e n t e d   a s   t h e   t e x t   r e g i o n s ,   r e s u l t i n g   i n   g h o s t   o b j e c t s .   I n   r e f e r e n c e   [ 9 ] ,   S t o c k h a n   p r o p o s e d   a   v i s u a l   m o d e l ,   w h i c h   t h e   g r a y   l e v e l   o f   a   p i x e l   i s   t h e   p r o d u c t   o f   t h e   i l l u m i n a t i o n   a n d   t h e   r e f l e c t a n c e .   T h e   m o d e l   i s   a n a l y z e d   i n   r e f e r e n c e [ 1 0 ] ,   w i t h   t h e   c o n c l u s i o n   t h a t   t r a c k i n g   t h e   v a r i a t i o n s   i n   i l l u m i n a t i o n   i s   a n   e s s e n t i a l   e l e m e n t   f o r   a c h i e v i n g   h i g h   q u a l i t y   s e g m e n t a t i o n   f r o m   u n e v e n l y   l i g h t e d   i m a g e s .   H e n c e ,   a   u s e f u l   w a y   i s   t o   c o n v e r t   f i r s t   u n e v e n l y   l i g h t e d   d o c u m e n t   i m a g e   i n t o   a n   e v e n l y   l i g h t e d   d o c u m e n t   i m a g e .   T a n [ 1 1 ]   r e p o r t e d   s u c h   a   m e t h o d   t h a t   e s t i m a t e s   a n d   c o m p e n s a t e s   s h a d i n g   d e g r a d a t i o n   a n d   a c h i e v e d   g o o d   s e g m e n t a t i o n   r e s u l t s .   T h e r e f o r e ,   i t   i s   n a t u r a l   t o   f o r w a r d   r e s e a r c h   i n   t h i s   d i r e c t i o n   f o r   m o r e   a p p r o p r i a t e   a n d   a c c u r a t e   c o m p e n s a t i o n   m e t h o d .   I n   t h i s   p a p e r   w e   t a k e   t h e   a d v a n t a g e   o f   S t o c k h a n s   v i s u a l   m o d e l   a n d   e s t i m a t e   i l l u m i n a t i o n   d i s t r i b u t i o n   b y   i n t e r p o l a t i o n   i n   f i x e d   w i n d o w .   O u r   m e t h o d   h a s   t w o   m e r i t s :   1 )   t h e   v i s u a l   m o d e l   i s   p h y s i c a l l y   r e a l i s t i c ;   2 )   e s t i m a t i o n   c a n   b e   i t e r a t i v e l y   i m p l e m e n t e d   f o r   h i g h e r   a c c u r a c y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              e - I S S N :   2 0 8 7 - 2 7 8 X     T E L K O M N I K A     V o l .   1 1 ,   N o .   7 ,   J u l y   2 0 1 3   :     4 1 3 4     4 1 4 1   4 1 3 5 T h e   p a p e r   i s   a r r a n g e d   a s   f o l l o w s .   S e c t i o n   2   i s   a   d e t a i l e d   i n t r o d u c t i o n   o f   t h e   i l l u m i n a t i o n   c o m p e n s a t i o n   m e t h o d .   S e c t i o n   3   s h o w s   s o m e   e x p e r i m e n t a l   c o m p a r i s o n s   b e t w e e n   t h e   n e w   m e t h o d   a n d   t h e   e x i s t i n g   o n e s .   A   c o n c l u s i o n   i s   g i v e n   i n   S e c t i o n   4 .       2 .   I l l u m i n a t i o n   c o m p e n s a t i o n   m e t h o d   2 . 1 .   S t o c k h a n s   v i s u a l   m o d e l   I n   S t o c k h a n s   v i s u a l   m o d e l ,   a   g r a y   l e v e l   i m a g e   ( , ) h x y   i s   m o d e l e d   a s   t h e   p r o d u c t   o f   a n   i l l u m i n a t i o n   ( , ) i x y   a n d   a   r e f l e c t a n c e   ( , ) r x y :     ( ) ( ) ( ) , , , . h x y i x y r x y = ×   ( 1 )     F o r   t h e   d o c u m e n t   i m a g e ,   ( , ) r x y   i s   a   b i n a r y   f u n c t i o n ,   i n   w h i c h   0   r e p r e s e n t s   f o r e g r o u n d   t e x t   a n d   1   r e p r e s e n t s   b a c k g r o u n d   p a p e r .   T h u s ,   u n d e r   a n   e v e n   i l l u m i n a t i o n   0 i ,   t h e   g r a y   l e v e l   i m a g e   o f   a   d o c u m e n t   i s     0 0 ( , ) ( , ) . ( , ) i h x y h x y i x y = ×   ( 2 )     2 . 2 .   E s t i m a t i o n   o f   i l l u m i n a t i o n   d i s t r i b u t i o n   G i v e n   a   d o c u m e n t   i m a g e   w i t h   w i d t h   w l   a n d   h e i g h t   h l   ( i n   u n i t   o f   p i x e l ) ,   w e   d i v i d e   i t   i n t o   w i n d o w s   o f   s i z e   s s l l ´ .   T h u s ,   t h e   i m a g e   c o n t a i n s   w h s s ´ w i n d o w s   i n   t o t a l ,   w h e r e   [ ] / w w s s l l = a n d [ ] / h h s s l l = ,   a n d   [ ] b a /   d e n o t e s   t h e   i n t e g r a l   q u o t i e n t .   L e t   ( ) , h m n   d e n o t e s   t h e   g r a y   v a l u e   o f   t h e   p i x e l   i n   m - t h   r o w   a n d   n - t h   c o l u m n   i n   t h e   o r i g i n a l   i m a g e ,   a n d   ( ) , Q i j   d e n o t e s   t h e   i l l u m i n a t i o n   a t   t h e   c e n t e r   o f   t h e   w i n d o w   i n   i - t h   r o w   a n d   j - t h   c o l u m n .   ( ) , Q i j   i s   c o m p u t e d   a p p r o x i m a t e l y   b y   t a k i n g   a v e r a g e   i l l u m i n a t i o n   i n   t h e   w i n d o w ,     ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 1 1 1 , , , s s s s l i l j s m l i n l j Q i j N h m n + - + - - = × = × =   ( 3 )     W h e r e ,   2 s s N l = .     2 . 3 .   I n t e r p o l a t i o n   f o r   I l l u m i n a t i o n   C o m p e n s a t i o n   I l l u m i n a t i o n   d i s t r i b u t i o n   i n   w i n d o w   i s   c a l c u l a t e d   b y   t h e   i n t e r p o l a t i o n   i n ( ) , Q i j ,   ( ) 1 , Q i j - , ( ) 1 , Q i j + ,   ( ) , 1 Q i j -   a n d   ( ) , 1 Q i j + .   T h e   i n t e r p o l a t i o n   i s   p e r f o r m e d   b y   a   b i l i n e a r   f u n c t i o n ,     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 0 0 2 0 0 0 2 0 , 0 0 , 1 0 , 2 1 , 1 1 , 0 2 , 0 , , , , , , , . F y x a i j a i j x a i j x a i j x y a i j y a i j y = + + + + +   ( 4 )       T h e   c o e f f i c i e n t s   i n   f o r m u l a   ( 4 )   a r e   ( ) 0 0 0 , 0 1 , 1 ( , ) , , ( , ) 0 , a i j f i j a i j = =                                                                                         ( ) ( ) ( ) 0 0 , 1 1 , , 1 , 1 , 2 s a i j Q i j Q i j l = + - -                               ( ) ( ) 0 1 , 0 1 ( , ) 1 , 1 , , 2 s a i j Q i j Q i j l = + - -           ( ) ( ) ( ) 0 0 , 2 0 , 0 1 ( , ) , 1 , 1 , / , 2 s a i j Q i j Q i j a i j N = + + - -   ( ) ( ) ( ) 0 2 , 0 0 , 0 1 1 , 1 , , / , 2 s a Q i j Q i j a i j N = + + - -   W h e r e ,   2 s s N l = . T h u s   t h e   g r a y   v a l u e   o f   p i x e l   ( ) , m n   i n   w i n d o w   ( ) , i j   i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     e - I S S N :   2 0 8 7 - 2 7 8 X     I l l u m i n a t i o n   C o m p e n s a t i o n   A l g o r i t h m   f o r   U n e v e n l y   L i g h t e d   D o c u m e n t     ( J u   Z h i y o n g )   4 1 3 6 ( ) ( ) ( ) 0 0 , , , , i h m n h m n F i j = ×   ( 5 )     W h e r e ,               ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 0 0 2 0 0 0 2 0 , 0 0 , 1 0 , 2 1 , 1 1 , 0 2 , 0 , , , , , , , . F i j a i j a i j m a i j m a i j m n a i j n a i j n = + + + + +   F o r   w i n d o w s   ( ) , i j   l y i n g   a t   t h e   l e f t   a n d   r i g h t   m a r g i n ,   w e   s e t   ( ) ( ) 0 , 2 , Q j Q j =   a n d   ( ) ( ) 1 , 1 , w w Q s j Q s j + = - .   F o r   w i n d o w s   l y i n g   a t   t h e   t o p   a n d   b o t t o m   m a r g i n ,   w e   s e t   ( ) ( ) , 0 , 2 Q i Q i =   a n d   ( ) ( ) , 1 , 1 h h Q i s Q i s + = - .     2 . 4 .   O b t a i n i n g   E v e n l y   L i g h t e d   I m a g e   I n   f o r m u l a   ( 5 ) ,   0 i i s   a   c o n s t a n t   t o   b e   d e t e r m i n e d .   W e   s e t   ( ) { } 0 0 0 m a x m a x , i Q Q i j = = t o   m a k e   a l l   t h e   v a l u e s   o f   ( ) 0 , h m n   l y i n g   i n   g r a y   l e v e l   o f   0 ~ 2 5 5 .   T h e n ,   a n   e v e n l y   l i g h t e d   i m a g e   i s   o b t a i n e d   b y   a p p l y i n g   f o l l o w i n g   c a l c u l a t i o n :     ( ) ( ) ( ) 0 0 m a x 0 , , . , Q h m n h m n F i j = ×   ( 6 )     2 . 5 .   G l o b a l   S e g m e n t a t i o n   A l g o r i t h m   A s   ( ) 0 , h m n   i s   a n   e v e n l y   l i g h t e d   i m a g e ,   a n y   g l o b a l   s e g m e n t a t i o n   a l g o r i t h m   i s   s u i t a b l e   f o r   t h e   b i n a r i z a t i o n .   W e   h a v e   t e s t e d   s o m e   t y p i c a l   g l o b a l   s e g m e n t a t i o n   a l g o r i t h m s ,   a n d   f o u n d   t h e r e   i s   l i t t l e   d i f f e r e n c e   i n   t h e i r   p e r f o r m a n c e ,   s o   w e   p r e f e r   t o   u s e   O t s u s   a l g o r i t h m [ 2 ]   b e c a u s e   o f   i t s   s i m p l i c i t y   a n d   q u a l i t y .   W e   b r i e f l y   d e s c r i b e   O t s u s   a l g o r i t h m .   I f   a n   i m a g e   i s   s e g m e n t e d   b y   a   t h r e s h o l d   T ,   t h e   p r o b a b i l i t y   o f   t h e   o c c u r r e n c e   o f   f o r e g r o u n d   p i x e l s   i s   0 w   a n d   t h e i r   a v e r a g e   g r a y   v a l u e   i s   0 m ,   w h i l e   t h e s e   f o r   b a c k g r o u n d   p i x e l s   a r e   1 w   a n d 1 m .   T h e   a v e r a g e   g r a y   v a l u e   o f   t h e   e n t i r e   i m a g e   i s     0 0 1 1 . m w m w m = × + ×     T h e   b e s t   s e g m e n t a t i o n   t h r e s h o l d   T   i s   t h e   g r a y   v a l u e   t h a t   m a k e s   t h e   v a r i a n c e   s ,   d e f i n e d   i n   t h e   f o l l o w i n g   f o r m u l a ,   a c h i e v i n g   i t s   m a x i m u m :     2 2 0 0 1 1 ( ) ( ) . s w m m w m m = × - + × -   ( 7 )     I n   f a c t ,   v a r i a n c e   s   i s   t h e   m e a s u r e   o f   g r a y   v a l u e   d i s t r i b u t i o n   a n d   c o n t r a s t   b e t w e e n   f o r e g r o u n d   a n d   b a c k g r o u n d .   T h i s   v a l u e   w i l l   d i m i n i s h   i f   b a c k g r o u n d   i s   i n c o r r e c t l y   s e g m e n t e d   a s   f o r e g r o u n d   a n d   v i c e   v e r s a ,   s o   t h e   m a x i m u m   o f   v a r i a n c e   m e a n s   t h e   m i n i m u m   p r o b a b i l i t y   o f   i n c o r r e c t   s e g m e n t a t i o n .   A p p l y   O t s u s   a l g o r i t h m   o n   t h e   i m a g e   ( ) 0 , h m n   g i v e s   a   b i n a r y   i m a g e ,   ( ) 0 , D i j .     2 . 6 .   I t e r a t i v e   C a l c u l a t i o n s   I l l u m i n a t i o n   e s t i m a t i o n   i n   s e c t i o n   2 . 3   g i v e s   t h e   c o r r e c t   g r a y   d i s t r i b u t i o n   o f   t h e   d o c u m e n t   i m a g e   u n d e r   a n   e v e n l y   l i g h t i n g ,   o n l y   i f   t h e   p o p u l a t i o n s   o f   f o r e g r o u n d   e q u a l   t o   t h o s e   o f   b a c k g r o u n d   p i x e l s   i n   a l l   t h e   w i n d o w s .   T h i s   r e q u i r e m e n t   i s   h a r d l y   s a t i s f i e d   i n   r e a l i t y ,   b u t   t h i s   d i f f i c u l t y   c a n   b e   c i r c u m v e n t e d   b y   a n   i t e r a t i v e   c a l c u l a t i o n   f o r   t h e   c o m p e n s a t e d   i l l u m i n a t i o n .   A s   ( ) 0 , D i j   g i v e s ,   t o   s o m e   e x t e n t ,   t h e   d i s t r i b u t i o n   o f   f o r e g r o u n d   a n d   b a c k g r o u n d ,   t h e   i l l u m i n a t i o n   e s t i m a t i o n   i s   i m p r o v e d   b y   t a k i n g   c o u n t   o f   ( ) 0 , D i j ,   a n d   t h e   a v e r a g e   g r a y   i n   w i n d o w   ( ) , i j   i s     ( ) ( ) ( ) ( ) { } 0 1 1 , , 2 5 5 1 , , , , i j D i j Q i j h m n N i j Î = =   ( 8 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              e - I S S N :   2 0 8 7 - 2 7 8 X     T E L K O M N I K A     V o l .   1 1 ,   N o .   7 ,   J u l y   2 0 1 3   :     4 1 3 4     4 1 4 1   4 1 3 7 W h e r e , ( ) 1 , N i j   i s   t h e   n u m b e r   o f   b a c k g r o u n d   p i x e l s   i n   w i n d o w   ( ) , i j .   S i m i l a r l y ,   t h e   i n t e r p o l a t i o n   f u n c t i o n   d e s c r i b e d   i n   s e c t i o n   2 . 3 ,   w i t h   c o e f f i c i e n t s ( ) 1 0 , 0 , a i j ,   ( ) 1 0 , 1 , a i j ,   ( ) 1 0 , 2 , a i j ,   ( ) 1 1 , 1 , a i j ,   ( ) 1 1 , 0 , a i j ,   ( ) 1 2 , 0 , a i j ,   i s   c a l c u l a t e d   t o   o b t a i n   a   n e w   i l l u m i n a t i o n   f u n c t i o n   ( ) 1 , F i j .   S e t t i n g   ( ) { } 1 1 m a x m a x , Q Q i j = ,   a n d   t h e   c o r r e s p o n d i n g   c a l c u l a t i n g   r e s u l t   i n   a n   e v e n l y   l i g h t e d   i m a g e   w i t h   a   i m p r o v e d   i l l u m i n a t i o n   c o m p e n s a t i o n ,     ( ) ( ) ( ) 1 1 m a x 1 , , . , Q h m n h m n F i j = ×   ( 9 )     A p p l y i n g   O t s u s   a l g o r i t h m   g i v e s   a   n e w   b i n a r y   i m a g e   ( ) 1 , D i j .   I n   g e n e r a l ,   t h e   i t e r a t i v e   c a l c u l a t i o n s   w i l l   a p p r o a c h   t o   t h e   r e a l   i l l u m i n a t i o n   d i s t r i b u t i o n ,   a n d   e x p e r i m e n t s   s h o w   a l s o   t h a t   t h e   i m p r o v e m e n t s   i n c r e a s e   a s   t h e   i t e r a t i o n s   a r e   p e r f o r m e d   r e p e a t e d l y .   B u t ,   i n   p r a c t i c e ,   t a k i n g   o n l y   t h e   f i r s t   f e w   i t e r a t i o n s   i s   s u f f i c i e n t   t o   p r o d u c e   a   g o o d   e v e n l y   l i g h t e d   i m a g e .     2 . 7 .   I m p r o v e d   L o c a l l y   A d a p t i v e   B i n a r i z a t i o n   G l o b a l   s e g m e n t a t i o n   a l g o r i t h m   u s u a l l y   c a n n o t   g u a r a n t e e   t h e   q u a l i t y   f o r   e v e r y   c h a r a c t e r   i n   t h e   d o c u m e n t   i m a g e ,   w h i l e   l o c a l l y   a d a p t i v e   m e t h o d   w i l l   l e a d   t o   g h o s t   o b j e c t s .   B a s e d   o n   t h e   e v e n l y   l i g h t e d   i m a g e ,   a n   a d a p t i v e   b i n a r i z a t i o n   i s   f o r m u l a t e d ,   w h i c h   t a k e   t h e   a d v a n t a g e s   o f   l o c a l i t y   o f   t h e   w i n d o w   m e t h o d   a n d   c a n   a v o i d   g h o s t   o b j e c t s .   I f   a n   e v e n l y   l i g h t e d   i m a g e   ( , ) i h m n i s   p r o d u c e d ,   w e   p e r f o r m   f o l l o w i n g   o p e r a t i o n s :   D i v i d e   ( , ) i h m n   i n t o   b l o c k s   o f   s i z e   t t l l ´   t o   o b t a i n   ' ' w h s s ´ s u b - w i n d o w s ,   w h e r e [ ] ' / w w t s l l = a n d   [ ] ' / h h t s l l = .   t l   m a y   n o t   e q u a l   t o   s l ,   a n d   u s u a l l y   t s l l ³ .   C o m p u t e   * g k   a s   O t s u s   t h r e s h o l d   f o r   ( , ) i h m n .   T r e a t   e v e r y   s u b - w i n d o w   a s   a   p i x e l   a n d   m a r k   i t s   l o c a t i o n   a s ( ) ' , ' i j .   C o m p u t e   v a r i a n c e   B s   ( s e e   s e c t i o n   2 . 5 )   f o r   e v e r y   s u b - w i n d o w ,   a n d   t a k e   i t   a s   t h e   p i x e l s   g r a y   v a l u e .   H e n c e   w e   b u i l t   a   q u a s i - i m a g e ( ) ' , ' B i j s .   C o m p u t e   * k   a s   O t s u s   t h r e s h o l d   f o r   q u a s i - i m a g e   ( ) ' , ' B i j s .     B i n a r i z e   e v e r y   s u b - w i n d o w   i n   ( , ) i h m n   a c c o r d i n g   t o   * k :     I f   ( ) * ' , ' B i j k s > ,   w h i c h   i n d i c a t e s   h i g h   i n f o r m a t i o n   q u a n t i t y   ( f o r e g r o u n d   t e x t   r e g i o n ) ,   b i n a r i z e   i t   b y   u s i n g   s u b - w i n d o w s   l o c a l   t h r e s h o l d .   I f   ( ) * ' , ' B i j k s £ ,   w h i c h   i n d i c a t e s   l o w   i n f o r m a t i o n   q u a n t i t y   ( b a c k g r o u n d   r e g i o n ) ,   b i n a r i z e   i t   b y   u s i n g   g l o b a l   t h r e s h o l d   * g k .       3 .   R e s u l t s   a n d   D i s c u s s i o n s   F i g u r e   1 ( a )   i s   a n   i m a g e   o f   u n e v e n   i l l u m i n a t i o n .   W e   a p p l y   s o m e   s e g m e n t a t i o n   a l g o r i t h m s ,   i n c l u d i n g   O t s u s   a l g o r i t h m   i n   F i g u r e   1 ( b ) ,   N i b l a c k s   a l g o r i t h m   [ 1 2 ]   i n   F i g u r e   1 ( c )   w i t h   0 . 2 k = - a n d   S a u v o l a s   a l g o r i t h m   [ 7 ] ,   [ 1 1 ]   i n   F i g u r e   1 ( d )   w i t h   0 . 5 k = a n d   1 2 8 R = .   O b v i o u s l y   t h e s e   r e s u l t s   a r e   n o t   s a t i s f a c t o r y .   F i g u r e   1 ( e )   i s   a n   c o m p e n s a t e d   i m a g e ,   0 ( , ) h m n ,   w i t h   w i n d o w   s i z e   1 5 1 5 ´ .   T h e   r e s u l t   s h o w s   t h a t   b r i g h t n e s s   o f   t h e   w h o l e   p a g e   i s   c o n v e r g i n g   w h i l e   c o n t r a s t   b e t w e e n   t e x t   a n d   p a p e r   i s   i n c r e a s e d .   F i g u r e   1 ( f ) ,   1 ( g )   a n d   1 ( h )   g i v e   t h e   b i n a r y   i m a g e s ,   w h i c h   a r e   p r o d u c e d   r e s p e c t i v e l y   b y   a p p l y i n g   O t s u ,   N i b l a c k   a n d   S a u v o l a s   a l g o r i t h m s   o n   t h e   i m a g e   0 ( , ) h m n ,   a n d   t h e y   a r e   a p p a r e n t l y   b e t t e r   t h a n   p r e v i o u s   o n e s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     e - I S S N :   2 0 8 7 - 2 7 8 X     I l l u m i n a t i o n   C o m p e n s a t i o n   A l g o r i t h m   f o r   U n e v e n l y   L i g h t e d   D o c u m e n t     ( J u   Z h i y o n g )   4 1 3 8   ( a ) . T e s t   i m a g e         ( b ) .   B y   O t s u s   a l g o r i t h m       ( c ) .   B y   N i b l a c k s   a l g o r i t h m           ( d ) .   B y   S a u v o l a s   a l g o r i t h m       ( e ) .   F i r s t - t i m e   c o m p e n s a t i o n         ( f ) .   B y   a p p l y i n g   O t s u s   a l g o r i t h m   u p o n ( e )             ( g ) .   B y   a p p l y i n g   N i b l a c k s   a l g o r i t h m   u p o n ( e )       ( h ) .   B y   a p p l y i n g   S a u v o l a s   a l g o r i t h m   u p o n ( e )       F i g u r e 1 .   I l l u m i n a t i o n   c o m p e n s a t i o n   s e g m e n t a t i o n   f o r   u n e v e n l y   l i g h t e d   d o c u m e n t   i m a g e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              e - I S S N :   2 0 8 7 - 2 7 8 X     T E L K O M N I K A     V o l .   1 1 ,   N o .   7 ,   J u l y   2 0 1 3   :     4 1 3 4     4 1 4 1   4 1 3 9 T h e   i m a g e   2 ( , ) h m n   ( i n   F i g u r e   2 ( a ) )   i s   t h e   r e s u l t   o f   a p p l y i n g   t h e   i t e r a t i v e   c a l c u l a t i o n   t h r i c e ,   w h i c h   s h o w s   m u c h   m o r e   s m o o t h e d   i l l u m i n a t i o n   a n d   h a v e   a n   e v i d e n t   c o n t r a s t   b e t w e e n   t h e   f o r e g r o u n d   a n d   t h e   b a c k g r o u n d .   F i g u r e   2 ( b )   s h o w s   t h e   r e s u l t   o f   a p p l y i n g   O t s u s   a l g o r i t h m   u p o n   2 ( , ) h m n   a n d   i t   i s   m u c h   b e t t e r   t h a n   F i g u r e   1 ( b )   a n d   1 ( f ) .   T o   f u r t h e r   i m p r o v e   s e g m e n t a t i o n   q u a l i t y ,   s u b - w i n d o w   o f   s i z e   1 5 1 5 ´   i s   u s e d   t o   s e g m e n t   2 ( , ) h m n ,   a n d   t h e   r e s u l t   i s   g i v e n   i n   F i g u r e   2 ( c ) .   F r o m   c o m p a r i s o n   i n   F i g u r e   2 ( d ) ,   i t   i s   c l e a r   t h a t   c h a r a c t e r s   a r e   b e t t e r   b i n a r i z e d   i n   F i g u r e   2 ( c )   t h a n   t h o s e   i n   F i g u r e   2 ( b ) .         2 ( a ) .   T h i r d - t i m e   c o m p e n s a t i o n       2 ( b ) .   B y   a p p l y i n g   O t s u s   a l g o r i t h m   u p o n ( e )         2 ( c ) .   I m p r o v e d   s e g m e n t a t i o n   u p o n ( i )     2 ( d ) .   C o m p a r i s o n   b e t w e e n   ( j )   a n d   ( k )     F i g u r e   2 .   I l l u m i n a t i o n   c o m p e n s a t i o n   s e g m e n t a t i o n   R e s u l t     E x p e r i m e n t s   i l l u s t r a t e s ,   i n   s o m e   e x t e n t ,   t h a t   t h e   n e w   m e t h o d   h a s   c i r c u m v e n t e d   t h e   d i f f i c u l t y   i n   h a n d l i n g   u n e v e n   i l l u m i n a t i o n   a n d   i m p r o v e   s e g m e n t a t i o n   q u a l i t y .       4 .   C o n c l u s i o n   T h i s   p a p e r   a p p l i e s   S t o c k h a n s   v i s u a l   m o d e l   t o   d o c u m e n t   i m a g e   s e g m e n t a t i o n   a n d   p r o p o s e s   a   n e w   i l l u m i n a t i o n   c o m p e n s a t i o n   m e t h o d   t o   o b t a i n   e v e n l y   l i g h t e d   i m a g e   f r o m   u n e v e n l y   l i g h t e d   i m a g e .   T h e n   t h e   i m a g e   i s   b i n a r i z e d   b y   u s i n g   a n   i m p r o v e d   l o c a l l y   a d a p t i v e   m e t h o d   t o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     e - I S S N :   2 0 8 7 - 2 7 8 X     I l l u m i n a t i o n   C o m p e n s a t i o n   A l g o r i t h m   f o r   U n e v e n l y   L i g h t e d   D o c u m e n t     ( J u   Z h i y o n g )   4 1 4 0 a v o i d   g h o s t   o b j e c t s   a n d   p r e s e r v e   c h a r a c t e r   s t r o k e s .   U n e v e n l y   l i g h t e d   i m a g e s   p r o d u c e d   i n   t h e   c o m p l e x   i l l u m i n a t i o n   e n v i r o n m e n t   c a n   a l s o   b e   t r e a t e d   b y   t h i s   m e t h o d .   I n   t h e   f i r s t   I n t e r n a t i o n a l   D o c u m e n t   I m a g e   B i n a r i z a t i o n   C o n t e s t   o r g a n i z e d   i n   t h e   c o n t e x t   o f   I C D A R   2 0 0 9   c o n f e r e n c e   ( D I B C O   2 0 0 9 ) ,   t h e   g e n e r a l   o b j e c t i v e   o f   t h e   c o n t e s t   i s   t o   i d e n t i f y   c u r r e n t   a d v a n c e s   i n   d o c u m e n t   i m a g e   b i n a r i z a t i o n   u s i n g   e s t a b l i s h e d   e v a l u a t i o n   p e r f o r m a n c e   m e a s u r e s .   T h e   i l l u m i n a t i o n   c o m p e n s a t i o n   m e t h o d   f o r   u n e v e n l y   l i g h t e d   d o c u m e n t   s e g m e n t a t i o n   g e t s   t h e   s i x t h   p l a c e   i n   t h e   4 3   s u b m i t t e d   m e t h o d   [ 1 3 ] .   A s   t h e   t e s t i n g   i m a g e s   i n   D I B C O   2 0 0 9   a r e   u n i f o r m i t y   l i g h t e d ,   t h e   i l l u m i n a t i o n   c o m p e n s a t i o n   M e t h o d   c a n   a c h i e v e   b e t t e r   p e r f o r m a n c e   f o r   t h e   U n e v e n l y   L i g h t e d   i m a g e s .       R e f e r e n c e s   [ 1 ]     Ab u t a l e b   AS.   Au t o m a t i c   t h r e s h o l d i n g   o f   g r a y - l e v e l   p i c t u r e s   u s i n g   t w o - d i m e n s i o n a l   e n t r o p y .   C o m p u t e .   Vi s i o n   G r a p h i c s   I m a g e   Pr o c e s s .   1 9 8 9 ;   4 7 ( 1 ) :   2 2 - 3 2 .   [ 2 ]     O t s u   N .   t h r e s h o l d   s e l e c t i o n   m e t h o d   f r o m   g r a y   l e v e l   h i s t o g r a m s .   I EEE  T r a n s .   Sy s t e m s   M a n   C y b e r n e t .   1 9 7 9 ;   9 ( 1 ) :   6 2 - 6 6 .   [ 3 ]     Ka p u r   J N ,   Sa h o o   P K,   W o n g   A KC .   n e w   m e t h o d   f o r   g r a y - l e v e l   p i c t u r e   t h r e s h o l d i n g   u s i n g   t h e   e n t r o p y   o f   t h e   h i s t o g r a m .   G r a p h i c a l   M o d e l s   I m a g e   Pr o c e s s .   1 9 8 5 ;   2 9 ( 1 ) :   2 7 3 - 2 8 5 .   [ 4 ]     J u n   Su n ,   Y a n   W a n g ,   X i a o h o n g   W u ,   X i a o d o n g   Z h a n g ,   H o n g y a n   G a o .   N e w   I m a g e   Se g m e n t a t i o n   Al g o r i t h m   a n d   I t s   Ap p l i c a t i o n   i n   l e t t u c e   o b j e c t   s e g m e n t a t i o n .   T EL KO M N I KA  I n d o n e s i a n   J o u r n a l   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g .   2 0 1 2 ;   1 0 ( 3 ) :   5 5 7 - 5 6 3 .   [ 5 ]     X i n s o n g   W a n g ,   G u o f e n g   Q i n .   P a v e m e n t   I m a g e   Se g m e n t a t i o n   Ba s e d   o n   F C M   Al g o r i t h m   U s i n g   N e i g h b o r h o o d   I n f o r m a t i o n .   T E L KO M N I KA  I n d o n e s i a n   J o u r n a l   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g .   2 0 1 2 ;   1 0 ( 7 ) :   1 6 1 0 - 1 6 1 4 .   [ 6 ]     U s m a n   Ak r a m .   R e t i n a l   I m a g e   Pr e p r o c e s s i n g :   Ba c k g r o u n d   a n d   N o i s e   Se g m e n t a t i o n .   T EL KO M N I KA  I n d o n e s i a n   J o u r n a l   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g .   2 0 1 2 ;   1 0 ( 3 ) :   5 3 7 - 5 4 4 .   [ 7 ]     Sa u v o l a   J ,   P i e t i k a i n e n   M .   Ad a p t i v e   d o c u m e n t   i m a g e   b i n a r i z a t i o n .   P a t t e r n   R e c o g n i t i o n .   2 0 0 0 ;   3 3 ( 1 ) :   2 2 5 - 2 3 6 .   [ 8 ]     H u a n g   Q ,   G a i   W ,   C a i   W .   T h r e s h o l d i n g   t e c h n i q u e   w i t h   a d a p t i v e   w i n d o w   s e l e c t i o n   f o r   u n e v e n   l i g h t i n g   i m a g e .   Pa t t e r n   R e c o g n i t i o n   L e t t .   2 0 0 5 ;   2 6 ( 1 ) :   8 0 1 - 8 0 8 .   [ 9 ]     St o c k h a n   T G .   I m a g e   p r o c e s s i n g   i n   t h e   c o n t e x t   o f   a   v i s u a l   m o d e l .   Pr o c .   I EEE .   1 9 7 2 ;   6 0 ( 1 ) :   8 2 8 - 8 4 2 .   [ 1 0 ]     Pe r e z   A,   G o n z a l e z   R C .   An   i t e r a t i v e   t h r e s h o l d i n g   a l g o r i t h m   f o r   i m a g e   s e g m e n t a t i o n .   I EEE .   1 9 8 7 ;   9 ( 1 ) :   7 4 2 .   [ 1 1 ]     L u   SJ ,   T a n   C L .   Bi n a r i z a t i o n   o f   Ba d l y   I l l u m i n a t e d   D o c u m e n t   I m a g e s   t h r o u g h   Sh a d i n g   Es t i m a t i o n   a n d   C o m p e n s a t i o n .   9 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   D o c u m e n t   An a l y s i s   a n d   R e c o g n i t i o n .   C u r i t i b a .   2 0 0 7 ;   1 :   3 1 2 - 3 1 6 .   [ 1 2 ]     N i b l a c k   W .   An   I n t r o d u c t i o n   t o   I m a g e   Pr o c e s s i n g .   Pr e n t i c e - H a l l .   1 9 8 6 ;   1 ( 1 ) :   1 1 5 - 1 1 6 .   [ 1 3 ]     G a t o s   K,   N t i r o g i a n n i s   a n d   I   Pr a t i k a k i s .   I C D AR   2 0 0 9   D o c u m e n t   I m a g e   Bi n a r i z a t i o n   C o n t e s t .   1 0 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   D o c u m e n t   A n a l y s i s   a n d   R e c o g n i t i o n .   C a t a l o n i a .   2 0 0 9 ;   1 :   1 3 7 6 - 1 3 8 2 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.