数字图像处理特征表示与描述.ppt

6 2特征表示与描述 6 2 1特征表示与描述的基本概念6 2 2表示方法6 2 3边界描述符6 2 4区域描述符6 2 5关系描述符 6 2 1特征表示与描述的基本概念 图像分割结果是得到了区域内像素集合 或位于区域边界上的像素集合 把图像分割后 为了进一步的识别等处理 分割后的图像一般要进行表示和描述 表示是直接具体地表示目标 好的表示方法应具有节省存储空间 易于特征计算等优点 一般情况下 1 如果关注的焦点是形状特性 选择外部表示方式 2 如果关注的焦点是反射率特性 如颜色 纹理时 选择内部表示方式 6 2 1特征表示与描述的基本概念 表示 6 2 1特征表示与描述的基本概念 外部特征来进行表示举例 描述 描述是较抽象地表示目标 好的描述应在尽可能区别不同目标的基础上对目标的尺度 平移 旋转等不敏感 这样的描述比较通用 描述也可分为对边界的描述和对区域的描述 几何形状属于外部描述 灰度和纹理属于内部描述 此外 边界和边界或区域和区域之间的关系也常需要进行描述 6 2 1特征表示与描述的基本概念 6 2 2表示方法 6 2 2 1链码6 2 2 2多边形逼近6 2 2 3外形特征6 2 2 4边界分段6 2 2 5区域骨架 6 2 2 1链码 ChainCodes 1链码定义 1 链码是一种边界的编码表示法 2 用边界的方向作为编码依据 简化边界的描述 一般描述的是边界点集 6 2 2 1链码 链码举例 4 链码 000033333322222211110011 6 2 2 1链码 2算法 给每一个边界线段一个方向编码 有4 链码和8 链码两种编码方法 从起点开始 沿边界编码 至起点被重新碰到 结束一个对象的编码 6 2 2 1链码 问题1 1 链码相当长 2 噪声会产生不必要的链码 改进1 1 加大网格空间 2 依据原始边界与格点的接近程度 来确定新点的位置 链码举例 4 链码 003332221101 4 链码 000033333322222211110011 6 2 2 1链码 6 2 2 1链码 问题2 1 由于起点的不同 造成编码的不同 2 由于旋转角度的不同 造成编码的不同 改进2 1 通过使用链码的循环一阶差分代替链码本身 解决旋转问题 2 对起点重新定义 使得到的循环差分链码对应的整数值最小 这样得到的最小循环差分链码称为形状数 6 2 2 1链码 循环一阶差分链码 用相邻链码的差代替链码 例如 4 链码10103322循环一阶差分为 33133030循环一阶差分 1 2 1 3 3 0 30 1 1 3 3 3 01 0 12 3 1 3 0 1 1 3 2 2 04 链码 10103322循环首差 33133 030形状数 03033133 数值最小 6 2 2 2多边形逼近 PolygonalApproximations 基本思想 用一包含尽量少线段的多边形 来刻画边界形状的本质 寻找最小基本多边形的方法一般有两种 1 点合并法2 边分裂法 6 2 2 2多边形逼近 1点合并法1 算法 6 2 2 2多边形逼近 2 如果误差R小于预先设置的阈值T 去掉中间点 选新点对与下一相邻点对 重复 1 否则 存储线段的参数 置误差为0 选被存储线段的终点为起点 重复 1 2 3 当程序的第一个起点被遇到 程序结束 1 沿着边界选两个相邻的点对 计算首尾连接直线段与原始折线段的误差R 6 2 2 2多边形逼近 2 点合并法的问题 顶点可能不对应于边界的拐点 如拐角 因为新的线段直到超过误差的阈值才开始 下面讲到的分裂法可用于缓解这个问题 6 2 2 2多边形逼近 2边分裂法1 算法 6 2 2 2多边形逼近 1 连接边界线段的两个端点 如果是封闭边界 连接最远点 2 如果最大垂直距离大于阈值 将边界分为两段 最大值点定位一个顶点 重复 1 3 如果没有超过阈值的垂直距离 结束 6 2 2 3外形特征 1基本思想 外形特征是一种用一维函数表达边界的方法 基本思想是把边界的表示降到一维函数 6 2 2 3外形特征 2函数定义 质心角函数 边上的点到质心的距离r 作为夹角的 的函数r 6 2 2 3外形特征 举例 6 2 2 3外形特征 问题 函数过分依赖于旋转和缩放变换 改进 对于旋转 两种改进 a 选择离质心最远的点作为起点 b 选择从质心到主轴上最远的点作为起点 对于缩放变换 对函数进行归一化 使函数值总是分布在相同的值域里 比如说 0 1 6 2 2 4边界分段 BoundarySegments 1基本概念 一个任意集合S 区域 的凸壳H是 包含S的最小凸集 H S的差的集合被称为集合S的凸起补集 凸形缺陷 D 6 2 2 4边界分段 2分段算法 给进入和离开凸起补集D的变换点打标记来划分边界段 优点 不依赖于方向和比例的变化 6 2 2 5区域骨架 RegionSkeletons 基本思想表示一个平面区域结构形状的重要方法是把它削减成图形 这种削减可以通过细化 也称为抽骨架 算法 获取区域的骨架来实现 用Blum的中轴变换方法 MAT medialaxistransform 来定义骨架 设 R是一个区域 B为R的边界点 对于R中的点p 找p在B上 最近 的邻居 如果p有多于一个的这样的邻居 称它属于R的中轴 骨架 6 2 2 5区域骨架 直接按定义计算骨架的计算量大 一般采用细化方法来计算骨架 6 2 3边界描述符 BoundaryDescriptors 6 2 3 1简单描述符6 2 3 2傅立叶描述符6 2 3 3矩 6 2 3 1简单描述符 1边界的周长 是最简单的描述符之一 沿轮廓线计算像素的个数 给出了一个长度的近似估计 2边界的直径 边界B的直径是 Diam B max D pi pj pi pj是边界上的点 直径的长度和直径的两个端点连线 这条线被称为边界的主轴 的方向 是关于边界的有用的描述符 6 2 3 1简单描述符 边界的直径举例 6 2 3 1简单描述符 3边界的曲率 曲率被描述为斜率的变化率 近似 用相邻边界线段 描述为直线 的斜率差作为在边界线交点处的曲率描述符 交点a处的曲率为dk k2 k1其中k1 k2为相邻线段的斜率 6 2 3 2傅立叶描述符 FourierDescriptors 1基本思想 1 对于XY平面上的每个边界点 将其坐标用复数表示为 s k x k jy k k 0 1 N 1 6 2 3 3傅立叶描述符 2 进行离散傅立叶变换 系数a u 被称为边界的傅立叶描述符 6 2 3 3傅立叶描述符 这时 对应于边界的点数没有改变 但在重构每一个点所需要的计算项大大减少了 如果边界点数很大 M一般选为2的整数次幂 3 选取整数M N 1 进行逆傅立叶变换 重构 6 2 3 3傅立叶描述符 2M的选取与描述符的关系在上述方法中 相当于对于u M 1的部分舍去不予计算 由于傅立叶变换中高频部分对应于图像的细节描述 因此M取得越小 细节部分丢失得越多 6 2 3 3傅立叶描述符 3使用价值1 较少的傅立叶描述符 如4个 就可以获取边界本质的整体轮廓 2 这些带有边界信息的描述符 可以用来区分明显不同的边界 6 2 3 3傅立叶描述符 4优点1 使用复数作为描述符 对于旋转 平移 放缩等操作和起始点的选取不十分敏感 2 几何变换的描述符可通过对函数作简单变换来获得 下表表示傅立叶描述符的基本性质 6 2 3 3矩 Moments 1基本思想 将描述形状的任务减化为描述一个一维函数 边界段的形状可以用矩来量化地描述 2矩的定义 把边界当作直方图函数 g r 6 2 3 4矩