數(shù)字圖像處理和數(shù)字圖像分析系統(tǒng)

1、數(shù)字圖像處理和數(shù)字圖像分析系統(tǒng)圖像分析系統(tǒng)的構(gòu)成知識庫特征表示與描述預(yù)處理分割低級處理高級處理中級處理識別與解釋結(jié)果圖像獲取問題第三節(jié) 特征表示與描述3.3.1 特征表示與描述的基本概念3.3.2 表示法設(shè)計3.3.3 邊界描述子3.3.4 關(guān)系描述子3.3.1 特征表示與描述的基本概念基本概念特征表示與描述的定義： 把圖像分割后，為了進(jìn)一步的處理，分割后的圖像一般要進(jìn)行形式化的表達(dá)和描述解決形式化表達(dá)問題一般有兩種選擇：1）根據(jù)區(qū)域的外部特征來進(jìn)行形式化表示2）根據(jù)區(qū)域的內(nèi)部特征（比較區(qū)域內(nèi)部的象素值）來來進(jìn)行形式化表示3.3.1 特征表示與描述的基本概念基本概念外部特征來進(jìn)行形式化表示舉例

2、： 3.3.1 特征表示與描述的基本概念基本概念選擇表達(dá)方式，要本著使數(shù)據(jù)變得更有利于下一步的計算工作。下一步工作是基于所選的表達(dá)方式描述這個區(qū)域，一般情況下：1）如果關(guān)注的焦點是形狀特性，選擇外部表示方式2）如果關(guān)注的焦點是反射率特性，如顏色、紋理時，選擇內(nèi)部表示方式3）所選表示方式，應(yīng)該對尺寸、變換、旋轉(zhuǎn)等變量盡可能的不敏感3.3.2 特征表示與描述:表示法設(shè)計表示法設(shè)計鏈碼多邊形逼近外形特征邊界分段區(qū)域骨架3.3.2 特征表示與描述:表示法設(shè)計鏈碼定義：1）鏈碼是一種邊界的編碼表示法。2）用邊界的方向作為編碼依據(jù)。為簡化邊界的描述。一般描述的是邊界點集。0123014672354-鏈碼8

3、-鏈碼3.3.2 特征表示與描述:表示法設(shè)計鏈碼舉例：4-鏈碼：22222111100113.3.2 特征表示與描述:表示法設(shè)計鏈碼算法：給每一個線段邊界一個方向編碼。有4-鏈碼和8-鏈碼兩種編碼方法。從起點開始，沿邊界編碼，至起點被重新碰到，結(jié)束一個對象的編碼。3.3.2 特征表示與描述:表示法設(shè)計鏈碼問題1：1）鏈碼相當(dāng)長。2）噪音會產(chǎn)生不必要的鏈碼。改進(jìn)1：1）加大網(wǎng)格空間。2）依據(jù)原始邊界與結(jié)果的接近程度，來確定新點的位置。3.3.2 特征表示與描述:表示法設(shè)計鏈碼舉例：4-鏈碼：13.3.2 特征表示與描述:表示法設(shè)計鏈碼問題2：1）由于起點的不同，造成編碼的不同2）由于角度的不同，

4、造成編碼的不同改進(jìn)2：1）從固定位置作為起點(最左最上)開始編碼2）通過使用鏈碼的首差代替碼子本身的方式3.3.2 特征表示與描述:表示法設(shè)計鏈碼循環(huán)首差鏈碼：用相鄰鏈碼的差代替鏈碼例如：4-鏈碼 10103322 循環(huán)首差為： 33133030循環(huán)首差：1 - 2 = -1(3) 3 - 0 = 3 0 - 1 = -1(3)3 - 3 = 0 1 - 0 = 12 - 3 = -1(3) 0 - 1 = -1(3)2 - 2 = 03.3.2 特征表示與描述:表示法設(shè)計鏈碼應(yīng)用背景：如果邊界的本身對于旋轉(zhuǎn)和比例修改來說是無變化的，使用鏈碼才是正確的。一般來說這是不可能的，實際應(yīng)用時還需要改

5、進(jìn)。用鏈碼后，對象只要用1)起點坐標(biāo)，2)周長（邊界點數(shù)）3)鏈碼，4)對象編號，就可以描述。鏈碼一般用于一幅圖像中有多個對象的情況，對單個對象不適用。3.3.2 特征表示與描述:表示法設(shè)計多邊形逼近基本思想：用最少的多邊形線段，獲取邊界形狀的本質(zhì)。尋找最小基本多邊形的方法一般有兩種：1）點合成法2）邊分裂法3.3.2 特征表示與描述:表示法設(shè)計多邊形逼近點合成算法思想舉例：RR T3.3.2 特征表示與描述:表示法設(shè)計多邊形逼近點合成算法：1）沿著邊界選兩個相鄰的點對，計算首尾連接直線段與原始折線段的誤差R。2）如果誤差R小于預(yù)先設(shè)置的閾值T。去掉中間點，選新點對與下一相鄰點對，重復(fù)1）；否

6、則，存儲線段的參數(shù)，置誤差為0，選被存儲線段的終點為起點，重復(fù)1）2）。3）當(dāng)程序的第一個起點被遇到，程序結(jié)束。RR M-1的部分舍去不予計算。由于傅立葉變換中高頻部分對應(yīng)于圖像的細(xì)節(jié)描述，因此M取得越小，細(xì)節(jié)部分丟失得越多。M=4M=61M=62N=643.3.3 特征表示與描述：邊界描述子傅立葉描述符3）使用價值1）較少的傅立葉描述子（如4個），就可以獲取邊界本質(zhì)的整體輪廓2）這些帶有邊界信息的描述子，可以用來區(qū)分明顯不同的邊界3.3.3 特征表示與描述：邊界描述子傅立葉描述符4）優(yōu)點1）使用復(fù)數(shù)作為描述符，對于旋轉(zhuǎn)、平移、放縮等操作和起始點的選取不十分敏感。2）幾何變換的描述子可通過對函

7、數(shù)作簡單變換來獲得幾何變換傅立葉描述子原形a(u) 旋轉(zhuǎn)a(u) = a(u) ej平移a(u) = a(u) + xy(u)放縮a(u) = a(u) 起點a(u) = a(u) e-j2k0u/N3.3.3 特征表示與描述：邊界描述子矩量基本思想： 將描述形狀的任務(wù)減少至描述一個一維函數(shù)，邊界段和特征的形狀可以用矩量來量化地描述矩量的定義：把邊界當(dāng)作直方圖函數(shù)：g(r)rg(r)3.3.3 特征表示與描述：邊界描述子矩量矩量的定義： Ln(r) = (ri- m)ng(ri) i=1 L其中 m = rig(ri) i=1這里L(fēng)是邊界上點的數(shù)目, n(r)是邊界的矩量3.3.3 特征表示與

8、描述：邊界描述子矩量矩量的優(yōu)點：實現(xiàn)是直接的附帶了一種關(guān)于邊界形狀的“物理”解釋對于旋轉(zhuǎn)的不敏感性為了使大小比例不敏感，可以通過伸縮r的范圍來將大小正則化。3.3.4 特征表示與描述：關(guān)系描述子關(guān)系描述子基本思想階梯關(guān)系編碼骨架關(guān)系編碼方向關(guān)系編碼內(nèi)角關(guān)系編碼樹結(jié)構(gòu)關(guān)系編碼3.3.4 特征表示與描述：關(guān)系描述子基本思想：通過挖掘各個成分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系來描述邊界圖像中各個部分間的結(jié)構(gòu)關(guān)系是二維的，而串是一維的，期望找到一種方法把二維關(guān)系轉(zhuǎn)化為一維的串主導(dǎo)思想是考慮物體各個部分的連接線段3.3.4 特征表示與描述：關(guān)系描述子階梯關(guān)系編碼對于如下階梯形邊界，定義兩個基本元素a,babaaabbb3.

9、3.4 特征表示與描述：關(guān)系描述子階梯結(jié)構(gòu)關(guān)系定義如下產(chǎn)生規(guī)則：(1) S-aA(2) A-bS(3) A-b 其中S、A是變量舉例：(1,3)(1,2,1,3)(1,2,12,1,3)aaabbbaabbab3.3.4 特征表示與描述：關(guān)系描述子骨架關(guān)系編碼用有向線段來描述一個圖像的各個部分（例如同構(gòu)區(qū)域），這個線段是通過頭尾連接等方法得到的。線段之間的不同運(yùn)算代表了區(qū)域的不同組合。當(dāng)圖像的連通性可以通過首尾相接或其它連續(xù)的方式描述的時候，最適于使用這種串來描述。3.3.4 特征表示與描述：關(guān)系描述子骨架關(guān)系編碼c + bc - aa ba * bccaaaabb編碼abcda + a + b + e + e + e + a ef3.3.4 特征表示與描述：關(guān)系描述子方向關(guān)系編碼跟蹤對象的邊界，將跟蹤得到的線段按照方向或長度來編碼a1a2a5a7a8a3a4a6a1a8a7a6a5a4a3a23.3.4 特征表示與描述：關(guān)系描述子內(nèi)角關(guān)系編碼根據(jù)角度范圍不同，編碼為8個符號即: a1:0-45; a2:45-90;a3:90-135; a8:315-360舉例：a3a3a3a3a3a3a3a3a2a2a3a33.3.4 特征表示與描述：關(guān)系描述子樹結(jié)構(gòu)關(guān)系樹結(jié)構(gòu)中每個結(jié)點的意義和結(jié)點之間的關(guān)系最為重要舉例：abcd$abcdefef$請?zhí)釂?.3