課件13目標(biāo)表達(dá)和描述技術(shù)講述

1、目標(biāo)表達(dá)和描述技術(shù)目標(biāo)表達(dá)和描述技術(shù) 1. 輪廓的鏈碼表達(dá)2. 輪廓線段的近似表達(dá)3. 邊界標(biāo)記4. 目標(biāo)的層次表達(dá)5. 目標(biāo)的骨架表達(dá)6. 運(yùn)動(dòng)表達(dá)7. 目標(biāo)輪廓的傅里葉描述8. 目標(biāo)輪廓的小波描述n圖像分割的結(jié)果得到了區(qū)域內(nèi)像素集合，或位于區(qū)域邊界上的像素集合。n把圖像分割后，為了進(jìn)一步的識別等處理，分割后的圖像一般要進(jìn)行表示和描述。n表示是直接具體地表示目標(biāo)，好的表示方法應(yīng)具有節(jié)省存儲(chǔ)空間、易于特征計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)。一般情況下：n1）如果關(guān)注的焦點(diǎn)是形狀特性，選擇外部表示方式。n2）如果關(guān)注的焦點(diǎn)是反射率特性，如顏色、紋理時(shí)，選擇內(nèi)部表示方式。n描述是較抽象地表示目標(biāo)。n好的描述應(yīng)在盡可能區(qū)別

2、不同目標(biāo)的基礎(chǔ)上對目標(biāo)的尺度、平移、旋轉(zhuǎn)等不敏感，這樣的描述比較通用。 n描述也可分為對邊界的描述和對區(qū)域的描述。n幾何形狀屬于外部描述。灰度和紋理屬于內(nèi)部描述。此外，邊界和邊界或區(qū)域和區(qū)域之間的關(guān)系也常需要進(jìn)行描述 。 1. 輪廓的鏈碼表達(dá)輪廓的鏈碼表達(dá)w 鏈碼表達(dá)鏈碼表達(dá) 對區(qū)域輪廓點(diǎn)的1種編碼表示方法 利用一系列具有特定長度和方向的相連的直線段來表示目標(biāo)的輪廓 每個(gè)線段的長度固定而方向數(shù)目取為有限 輪廓的起點(diǎn)需用（絕對）坐標(biāo)表示，其余點(diǎn)都可只用接續(xù)方向來代表偏移量 1. 輪廓的鏈碼表達(dá)輪廓的鏈碼表達(dá)w 鏈碼表達(dá)鏈碼表達(dá)4-方向和8-方向鏈碼n鏈碼舉例：4-鏈碼：0000333333222

3、22211110011n算法：p給每一個(gè)邊界線段一個(gè)方向編碼。p有4-鏈碼和8-鏈碼兩種編碼方法。p從起點(diǎn)開始，沿邊界編碼，至起點(diǎn)被重新碰到，結(jié)束一個(gè)對象的編碼。n問題：p1）鏈碼相當(dāng)長。p2）噪聲會(huì)產(chǎn)生不必要的鏈碼。n改進(jìn)1：p1）加大網(wǎng)格空間。p2）依據(jù)原始邊界與格點(diǎn)的接近程度，來確定新點(diǎn)的位置。n鏈碼舉例：鏈碼舉例：4-鏈碼：鏈碼：0033322211014-鏈碼：0000333333222222111100111. 輪廓的鏈碼表達(dá)輪廓的鏈碼表達(dá)w 鏈碼歸一化鏈碼歸一化w對同一個(gè)輪廓，使用不同的輪廓點(diǎn)作為鏈碼起點(diǎn)，得到的鏈碼是不同的。起點(diǎn)歸一化：把鏈碼看作由方向數(shù)構(gòu)成的自然數(shù)，將這些方向

4、數(shù)循環(huán)以使它們所構(gòu)成的自然數(shù)的值最小 a)原鏈碼方向 b)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)9090 圖a曲線的鏈碼為：0112223310000076555670690 圖b曲線的鏈碼為：23344455322222107770120 n鏈碼旋轉(zhuǎn)歸一化：n用鏈碼表示輪廓邊界時(shí)，目標(biāo)平移，鏈碼不會(huì)發(fā)生變化；如果目標(biāo)旋轉(zhuǎn)則鏈碼會(huì)發(fā)生變化。n旋轉(zhuǎn)歸一化：利用鏈碼的一階差分來重新構(gòu)造1個(gè)序列，這個(gè)差分可用相鄰2個(gè)方向數(shù)（按反方向）相減得到 (最右邊的鏈碼循環(huán)到最左邊)如圖所示，上面1行為原鏈碼（括號中為最右邊1個(gè)方向數(shù)循環(huán)到左邊），下面1行為兩兩相減得到的差分碼。左邊的目標(biāo)在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度后成為右邊的形狀，原鏈碼發(fā)生了變

5、化，但差分碼并沒有變化。根據(jù)輪廓鏈碼還可以得到形狀數(shù)。一個(gè)輪廓的形狀數(shù)是輪廓差分碼中其值最小的1個(gè)序列。即形狀數(shù)是最小的（鏈碼的）差分碼。如上圖歸一化前基于4-方向的鏈碼為：10103322，差分碼為：33133030，形狀數(shù)為：03033133。n問答題：n1、鏈碼0101030303323232212111的一階歸一化差分碼（形狀數(shù)）是n0031313313130313130313n2、在4-方向鏈碼的一階差分碼中，哪個(gè)碼不會(huì)出現(xiàn)？ n鏈碼2不會(huì)出現(xiàn)。因?yàn)榉较蜴湸a0和2以及方向鏈碼1和3不會(huì)直接相連。n3、在8-方向鏈碼的一階差分碼中，哪個(gè)碼不會(huì)出現(xiàn)？ 2. 輪廓線段的近似表達(dá)輪廓線段的近

6、似表達(dá)多邊形是一系列線段的封閉集合，它可用來逼近大多數(shù)實(shí)用的曲線到任意的精度w 最小周長多邊形最小周長多邊形 2. 輪廓線段的近似表達(dá)輪廓線段的近似表達(dá)w 聚合逼近多邊形聚合逼近多邊形 沿輪廓依次連接像素 先從點(diǎn)a出發(fā)，依次做直線ab，ac，ad，ae等 2. 輪廓線段的近似表達(dá)輪廓線段的近似表達(dá)w 分裂逼近多邊形分裂逼近多邊形 將輪廓依次分段 第一步先做ag， 計(jì)算di和hj。進(jìn)一步計(jì)算b，c，e，f 等各輪廓點(diǎn)與各相應(yīng)直線的距離 3. 邊界標(biāo)記邊界標(biāo)記把2-D的邊界用1-D的較易描述的函數(shù)形式來表達(dá) w 距離為角度的函數(shù)距離為角度的函數(shù) 3. 邊界標(biāo)記邊界標(biāo)記w y-s曲線曲線 切線角為弧

7、長的函數(shù)3. 邊界標(biāo)記邊界標(biāo)記w 斜率密度曲線斜率密度曲線 可看作將y-s曲線沿y軸投影的結(jié)果切線角的直方圖h(q)3. 邊界標(biāo)記邊界標(biāo)記w 距離為弧長的函數(shù)距離為弧長的函數(shù) 一種通過從一個(gè)點(diǎn)開始沿邊界圍繞目標(biāo)逐漸而做出來的基于邊界的標(biāo)記 4. 目標(biāo)的層次表達(dá)目標(biāo)的層次表達(dá)n目標(biāo)可看成是所有組成目標(biāo)區(qū)域像素的集合，從集合的觀點(diǎn)來看，集合可以分解為子集合，每個(gè)子集合又可以繼續(xù)分解，直至每個(gè)像素。n目標(biāo)的層次表達(dá)就是利用金字塔式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達(dá)目標(biāo)的方法。n最常用的是四叉樹和二叉樹。4.1 四叉樹表達(dá)法四叉樹表達(dá)法n四叉樹(quad tree)表達(dá)法在分解時(shí)每次將圖像一分為四。n所有結(jié)點(diǎn)可以分為3

8、類：目標(biāo)結(jié)點(diǎn)（用白色表示）、背景結(jié)點(diǎn)（用深色表示）和混合結(jié)點(diǎn)（用淺色表示）。n四叉樹的樹根對應(yīng)整幅圖，而樹葉對應(yīng)各單個(gè)像素或具有相同特性像素組成的方陣。一般樹根結(jié)點(diǎn)為混合結(jié)點(diǎn),而樹葉結(jié)點(diǎn)則肯定不是混合結(jié)點(diǎn)。n四叉樹由多極構(gòu)成，樹根在0級，分一次叉多一級（每次一個(gè)結(jié)點(diǎn)分為4個(gè)結(jié)點(diǎn)）。n對1個(gè)有 n 級的四叉樹，其結(jié)點(diǎn)總數(shù) N 最多為（對于實(shí)際圖像，由于總有目標(biāo)，因此一般要小于這個(gè)數(shù)）11041414444 133nnnknkN4.2 二叉樹表達(dá)法二叉樹表達(dá)法n二叉樹(binary tree)表達(dá)法在分解圖像時(shí)每次將圖像一分為二。二叉樹可以看作的四叉樹的一種變型。n與四叉樹類似，所有結(jié)點(diǎn)分為3類：

9、目標(biāo)結(jié)點(diǎn)（用白色表示），背景結(jié)點(diǎn)（用黑色表示）和混合結(jié)點(diǎn)（用深色表示）。n同樣二叉樹的樹根對應(yīng)整幅圖，但樹葉對應(yīng)單個(gè)像素或具有相同特性的像素組成的長方陣（長是高的兩倍）或方陣。n二叉樹由多極組成，樹根在0級，分一次叉多一級。對一個(gè)有n級的二叉樹，其結(jié)點(diǎn)總數(shù)最多為（一般要小于這個(gè)數(shù)）10221nknkN5. 目標(biāo)的骨架表達(dá)目標(biāo)的骨架表達(dá)w 骨架和骨架點(diǎn)骨架和骨架點(diǎn) 一種簡化的目標(biāo)區(qū)域表達(dá)方法 骨架點(diǎn)保持了其與輪廓點(diǎn)距離最小的性質(zhì) 是用1個(gè)點(diǎn)與1個(gè)點(diǎn)集的最小距離來定義的 5. 目標(biāo)的骨架表達(dá)目標(biāo)的骨架表達(dá)w 骨架算法骨架算法 (1) 考慮以輪廓點(diǎn)為中心的8-鄰域，記中心點(diǎn)為 p1，其鄰域的8個(gè)點(diǎn)順

10、時(shí)針繞中心點(diǎn)分別記為 p2, p3, , p9，其中p2在p1上方首先標(biāo)記同時(shí)滿足下列條件的輪廓點(diǎn)： (1.1)2 N(p1) 6(1.2)S(p1) = 1(1.3)p2 p4 p6 = 0(1.4)p4 p6 p8 = 0 (2) 同第(1)步，僅改兩個(gè)條件 (2.3)p2 p4 p8 = 0(2.4)p2 p6 p8 = 0 其中， N(p1) 是p1的非零鄰點(diǎn)個(gè)數(shù)； S(p1) 是以p2, p3, , p9, p2為序繞 p1一周時(shí)這些點(diǎn)的值從01變化的次數(shù)w 運(yùn)動(dòng)分類運(yùn)動(dòng)分類 區(qū)分前景運(yùn)動(dòng)和背景運(yùn)動(dòng) 前景運(yùn)動(dòng)：目標(biāo)在場景中的自身運(yùn)動(dòng)，又稱為局部運(yùn)動(dòng)，整體性強(qiáng)、比較規(guī)律 背景運(yùn)動(dòng)：主要

11、是由進(jìn)行拍攝的攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)所造成的幀圖像內(nèi)所有點(diǎn)的整體移動(dòng)，又稱為全局運(yùn)動(dòng)或攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)，常比較復(fù)雜 6. 運(yùn)動(dòng)表達(dá)運(yùn)動(dòng)表達(dá)w 全局運(yùn)動(dòng)全局運(yùn)動(dòng)由攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生6. 運(yùn)動(dòng)表達(dá)運(yùn)動(dòng)表達(dá)w 全局運(yùn)動(dòng)全局運(yùn)動(dòng)常采用參數(shù)模型的方法來描述6參數(shù)仿射模型運(yùn)動(dòng)矢量場表示6. 運(yùn)動(dòng)表達(dá)運(yùn)動(dòng)表達(dá)w 局部運(yùn)動(dòng)局部運(yùn)動(dòng)常對應(yīng)場景中目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜多樣，可采用緊湊表達(dá)方式6. 運(yùn)動(dòng)表達(dá)運(yùn)動(dòng)表達(dá)7. 目標(biāo)輪廓的傅里葉描述目標(biāo)輪廓的傅里葉描述w 輪廓的傅里葉描述輪廓的傅里葉描述 將2-D的問題簡化為1-D的問題 兩種表示：在空間平面XY上在復(fù)平面UV上7. 目標(biāo)輪廓的傅里葉描述目標(biāo)輪廓的傅里葉描述w 輪廓的傅里葉描述輪廓的傅里葉描述 輪廓傅里葉描述的傅里葉反變換 只利用S(w)的前M個(gè)系數(shù) 為重建輪廓點(diǎn)所用的頻率項(xiàng)少了7. 目標(biāo)輪廓的傅里葉描述目標(biāo)輪廓的傅里葉描述w 傅里葉描述隨輪廓的變化傅里葉描述隨輪廓的變化 參考傅里葉變換的性質(zhì)8. 目標(biāo)輪廓的小波描述w 小波輪廓描述符小波輪廓描述符 基于小波變換的輪廓描述符小波函數(shù)族小波變換系數(shù) 8. 目標(biāo)輪廓的小波描述目標(biāo)輪廓的小波描述w 與傅里葉輪廓描述符對比與傅里葉輪廓描述符對比 小波描述符在局部的波動(dòng)對應(yīng)原始輪廓的局部變化；而傅里葉描述符局部的波動(dòng)對應(yīng)原始輪廓全局不規(guī)則的畸變