International Science and Technology Journal

Home < Articles < Article Details

A Comparative Evaluation of CLAHE-Enhanced Local Otsu Thresholding for Degraded Document Binarization under Non-uniform Illumination

الملخص
تظل عملية تحويل صور الوثائق إلى صور ثنائية تحت الإضاءة غير المتجانسة تحدياً بسبب الظلال والبقع وملمس الورق والتغير المكاني في شدة الإضاءة. تقدم هذه الدراسة تقييماً مقارناً وتحليلاً تفكيكياً مضبوطاً لإعداد ثابت المعلمات يطبق تحسين التباين المحدود المتكيف للمدرج التكراري (CLAHE) قبل طريقة أوتسو المحلية. قورنت الطريقة مع أوتسو العامة، وأوتسو العامة بعد CLAHE، وأوتسو المحلية، وNiblack، وSauvola باستخدام عشر صور وثائق متدهورة مع أقنعة حقيقة مرجعية. تم التقييم بمقاييس IoU وDice والدقة والإحكام والاستدعاء والنوعية والدقة المتوازنة وزمن التنفيذ. حققت Sauvola أفضل أداء إجمالي بمتوسط IoU بلغ 0.4845 ومتوسط Dice بلغ 0.6443، بينما حققت أوتسو المحلية المعززة بـCLAHE متوسط IoU قدره 0.2941 ومتوسط Dice قدره 0.4481 مع استدعاء مرتفع 0.9600 وإحكام منخفض 0.2988. أكد اختبار Friedman وجود فروق دالة إحصائياً بين الطرق الست في IoU وDice، إذ بلغت قيمة كاي تربيع 31.943 بدرجات حرية 5، وكانت القيمة الاحتمالية أقل من 0.001، وبلغ Kendall’s W مقدار 0.639. وأظهرت مقارنات Wilcoxon المصححة بطريقة Holm تفوق Sauvola دالاً إحصائياً على جميع الطرق الأخرى بقيمة احتمالية مصححة مقدارها 0.0293، في حين لم يكن الفرق بين أوتسو المحلية وأوتسو المحلية المعززة بـCLAHE دالاً إحصائياً، حيث بلغت القيمة المصححة 0.4199 لـIoU و0.4219 لـDice. وتشير النتائج إلى أن CLAHE حسنت استرجاع النصوص الضعيفة لكنها ضاعفت تفاصيل الخلفية ولم تحقق تحسناً إحصائياً موثوقاً في التداخل. ونظراً لاعتماد التجربة على عشر صور فقط دون مجموعة تحقق مستقلة، تظل الاستنتاجات أولية ومحدودة بالمجموعة المستخدمة................. الكلمات المفتاحية: ............ثنائية صور الوثائق، الإضاءة غير المتجانسة، CLAHE، أوتسو المحلية، العتبة المتكيفة، الحقيقة المرجعية.
Abstract
Document image binarization under non-uniform illumination remains difficult because shadows, stains, paper texture, and spatial intensity variation weaken the separation between the textual foreground and background. This study presents a controlled comparative and ablation evaluation of a fixed-parameter configuration in which contrast-limited adaptive histogram equalization (CLAHE) precedes Local Otsu thresholding. The configuration was compared with Global Otsu, CLAHE-enhanced Global Otsu, Local Otsu, Niblack, and Sauvola using ten degraded document images and corresponding ground truth masks. Performance was measured using intersection over union (IoU), Dice score, accuracy, precision, recall, specificity, balanced accuracy, and processing time. Sauvola achieved the strongest overall result, with mean IoU and Dice values of 0.4845 and 0.6443, respectively. CLAHE-enhanced Local Otsu obtained mean IoU and Dice values of 0.2941 and 0.4481, respectively, together with high recall (0.9600) but low precision (0.2988). Friedman testing confirmed significant differences among the six methods for IoU and Dice (χ²(5) = 31.943, p<0.001, Kendall's W = 0.639). Holm-corrected Wilcoxon comparisons showed that Sauvola significantly outperformed every other method (adjusted p = 0.0293), whereas CLAHE-enhanced Local Otsu did not differ significantly from plain Local Otsu (adjusted p = 0.4199 for IoU and 0.4219 for Dice). The findings therefore indicate that CLAHE recovered weak foreground strokes but also amplified background degradation and did not provide a statistically validated overlap improvement. Because the experiment used only ten images and no independent validation subset, the conclusions remain preliminary and dataset-specific.................... Keywords: ...............document image binarization; non-uniform illumination; CLAHE; Local Otsu; adaptive thresholding; ground-truth evaluation.