图像特征表示与描述.ppt

单击此处编辑母版标题样式0,单击此处编辑母版文本样式1,第二级2,第三级3,第四级4,第五级5,*,第三章 数字图像分析,第三节 特征表示与描述,数字图像处理,北京大学计算机研究所 陈晓鸥,图像分析系统的构成,知识库,特征表示与描述,预处理,分割,低级处理,高级处理,中级处理,识别,与,解释,结果,图像获取,问题,第三章 数字图像分析,第三节 特征表示与描述,3.3.1 特征表示与描述的基本概念,3.3.2 表示法设计,3.3.3 边界描述子,3.3.4 关系描述子,3.3.1 特征表示与描述的基本概念,基本概念,特征表示与描述的定义：,把图像分割后，为了进一步的处理，,分割后的图像一般要进行形式化的表达和描述,解决形式化表达问题一般有两种选择：,1）根据区域的,外部特征,来进行形式化表示,2）根据区域的,内部特征,（比较区域内部的象素值）来来进行形式化表示,3.3.1 特征表示与描述的基本概念,基本概念,外部特征,来进行形式化表示举例：,3.3.1 特征表示与描述的基本概念,基本概念,选择表达方式，要本着使数据变得更有利于下一步的计算工作。下一步工作是基于所选的表达方式描述这个区域，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,3）所选表示方式，应该对,尺寸、变换、旋转,等变量尽可能的不敏感,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,表示法设计,链码,多边形逼近,外形特征,边界分段,区域骨架,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,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,。为简化边界的描述。,一般描述的是边界点集,。,0,1,2,3,0,1,4,6,7,2,3,5,4-链码,8-链码,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,链码举例：,4-链码：000033333322222211110011,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,链码,算法：,给每一个线段边界一个方向编码。,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。,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,链码,问题1：,1）链码相当长。,2）噪音会产生不必要的链码。,改进1：,1）加大网格空间。,2）依据原始边界与结果的接近程度，来确定新点的位置。,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,链码举例：,4-链码：003332221101,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,链码,问题2：,1）由于起点的不同，造成编码的不同,2）由于角度的不同，造成编码的不同,改进2：,1）从固定位置作为起点(最左最上)开始编码,2）通过使用链码的首差代替码子本身的方式,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,链码,循环首差链码：,用相邻链码的差代替链码,例如：4-链码 10103322 循环首差为：33133030,循环首差：,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=0,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,链码,应用背景：,如果边界的本身对于旋转和比例修改来说是无变化的，使用链码才是正确的。一般来说这是不可能的，实际应用时还需要改进。,用链码后，对象只要用,1),起点坐标，,2),周长（边界点数）,3),链码，,4),对象编号，就可以,描述,。,链码一般用于一幅图像中有多个对象的情况，对单个对象不适用。,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,多边形逼近,基本思想：用最少的多边形线段，获取边界形状的本质。,寻找最小基本多边形的方法一般有两种：,1）,点合成法,2）,边分裂法,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,多边形逼近,点合成,算法思想举例：,R,R T,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,多边形逼近,点合成算法：,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。,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。,R,R 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。,M=4,M=61,M=62,N=64,3.3.3 特征表示与描述：边界描述子,傅立叶描述符,3）使用价值,1）较少的傅立叶描述子（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子，可以用来区分明显不同的边界,3.3.3 特征表示与描述：边界描述子,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）几何变换的描述子可通过对函数作简单变换来获得,几何变换,傅立叶描述子,原形,a(u),旋转,a(u)=a(u),e,j,平移,a(u)=a(u)+,xy,(u),放缩,a(u)=,a(u),起点,a(u)=a(u)e,-j2,k0u/N,3.3.3 特征表示与描述：边界描述子,矩量,基本思想：,将描述形状的任务减少至描述一个一维函数，边界段和特征的形状可以用矩量来量化地描述,矩量的定义：,把边界当作直方图函数：,g(r),r,g(r),3.3.3 特征表示与描述：边界描述子,矩量,矩量的定义：,L,n,(r)=,(,r,i,-m),n,g,(,r,i,),i=1,L,其中,m=,r,i,g(,r,i,),i=1,这里,L,是边界上点的数目,n,(r),是边界的矩量,3.3.3 特征表示与描述：边界描述子,矩量,矩量的优点：,实现是直接的,附带了一种关于边界形状的“物理”解释,对于旋转的不敏感性,为了使大小比例不敏感，可以通过伸缩,r,的范围来将大小正则化。,3.3.4 特征表示与描述：关系描述子,关系描述子,基本思想,阶梯关系编码,骨架关系编码,方向关系编码,内角关系编码,树结构关系编码,3.3.4 特征表示与描述：关系描述子,基本思想：,通过挖掘各个成分之间的结构关系来描述边界,图像中各个部分间的结构关系是二维的，而串是一维的，期望找到一种方法把二维关系转化为一维的串,主导思想是考虑物体各个部分的连接线段,3.3.4 特征表示与描述：关系描述子,阶梯关系编码,对于如下阶梯形边界，定义两个基本元素,a,b,a,b,a,a,a,b,b,b,3.3.4 特征表示与描述：关系描述子,阶梯结构关系,定义如下产生规则：,(1),S-,aA,(2)A-,bS,(3)A-b,其中,S、A,是,变量,举例：,(1,3),(1,2,1,3),(1,2,12,1,3),a,a,a,b,b,b,a,a,b,b,a,b,3.3.4 特征表示与描述：关系描述子,骨架关系编码,用有向线段来描述一个图像的各个部分（例如同构区域），这个线段是通过头尾连接等方法得到的。线段之间的不同运算代表了区域的不同组合。,当图像的连通性可以通过首尾相接或其它连续的方式描述的时候，最适于使用这种串来描述。,3.3.4 特征表示与描述：关系描述子,骨架关系编码,c+b,c-a,a b,a*b,c,c,a,a,a,a,b,b,编码,a,b,c,d,a+a+b+e+e+e+a,e,f,3.3.4 特征表示与描述：关系描述子,方向关系编码,跟踪对象的边界，将跟踪得到的线段按照方向或长度来编码,a1,a2,a5,a7,a8,a3,a4,a6,a1a8a7a6a5a4a3a2,3.3.4 特征表示与描述：关系描述子,内角关系编码,根据角度范围不同，编码为8个符号,即:,a1:0-45;a2:45-90;a3:90-135;,a8:315-360,举例：,a3a3a3a3a3a3a3a3,a2a2a3a3,3.3.4 特征表示与描述：关系描述子,树结构关系,树结构中每个结点的意义和结点之间的关系最为重要,举例：,a,b,c,d,$,a,b,c,d,e,f,e,f,$,请提问,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,区域骨架,算法分析：,1）条件,a),的分析：当轮廓点,p,1,的8邻域上有1个或7个值为1的点时，不满足条件,a。,有1个点说明：,p,1,是骨架上的终点，显然不能删除,有7个点说明：如果删除,p,1,会引起区域的腐蚀,2）条件,b),的分析：当,p,1,在宽度为1的笔划上时，不满足条件,b。,因而该条件保证了骨架的连续性。,3.3.2 特征表示与描述:表示法设计,区域骨架,算法分析：,（3）当,(,p,4,=0 or p,6,=0)or(p,2,=0 and p,8,=0),时，条件,c,d,同时满足。满足这个条件的点可能是右边、下边、左上角的边界点。任何一种情况下，,p,1,都不是骨架的一部分，应被删除。,当,(,p,4,=0 and p,6,=0)or(p,2,=0 or p,8,=0),时，条件,c,d,同时满足。满足这个条件的点可能是左边、上边、右下角的边界点，应被删除。,p9,p2,p1,p8,p3,p4,p7,p6,p5,p9,p2,p1,p8,p3,p4,p7,p6,p5,