影像分割面特征提取.pptx

河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry1、简述用、简述用Hough变换提取直线的原变换提取直线的原理。理。2、简述用、简述用Hough变换提取直线的基变换提取直线的基本过程并给出程度框图。本过程并给出程度框图。作业与思考题作业与思考题河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry 数字摄影测量数字摄影测量数字摄影测量数字摄影测量Digital photogrammetryDigital photogrammetry 问题的提出如何进行面特征提取？河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry 内 容 安 排影像分割一、影像分割的影像分割的 定义定义二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry一、影像分割的影像分割的 定义定义 影像中的物体,除了在边界表现出不连续性之外,在物体区域内部具有某种同一性。根据这种同一性,把一整幅影像分为若干子区域每一区域对应于某一物体或物体的某一部分,这就是影像分割。影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry一、影像分割的影像分割的 定义定义影像分割 令集合R代表整个图像区域，对R的分割可看做将R分成若干个满足以下5个条件的非空子集R1,R2,Rn:1)完备性完备性：2)连通性连通性：每个Ri都是一个连通区域 3)独立性独立性：对于任意ij，RiRj=4)单一性单一性：每个区域内的灰度级相等，P（Ri）=TRUE，i=1,2,n 5)互斥性互斥性：任两个区域的灰度级不等，P（RiRj）=FALSE，ij河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry基本思想：确定一个合适的阈值T（阈值选定的好坏是此方法成败的关键）。将大于等于阈值的像素作为物体或背景，生成一个二值图像。If f(x,y)T f(x,y)=255Else f(x,y)=0在四邻域中有背景的像素，既是边界像素。025525502550255255255二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法一、阈值法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法一、阈值法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry阈值分割法的特点：适用于物体与背景有较强对比的情况，重要的是背景或物体的灰度比较单一。（可通过先求背景，然后求反得到物体）这种方法总可以得到封闭且连通区域的边界。灰度值f(x0,y0)T二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法一、阈值法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry 全局阈值分割全局阈值分割 通过交互方式得到阈值通过交互方式得到阈值 通过直方图得到阈值通过直方图得到阈值 基于邻域特性基于邻域特性 基于多个变量的阈值基于多个变量的阈值二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法一、阈值法 影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry全局阈值分割全局阈值分割基本思想：用某种方法获得阈值T，并产生一个二值图，区分出前景对象和背景算法实现：规定一个阈值T，逐行扫描图像。凡灰度级大于T的，颜色置为255；凡灰度级小于T的，颜色置为0适用场合：灰度图像是可以控制的情况，例如用于工业监测系统中二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法一、阈值法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry最佳阈值分割法最佳阈值分割法（1）搜索图像中最小和最大灰度值Imin和Imax，并计算初始阈值Tk(k=0)；（2）根据阈值将图像分割为目标和背景两部分，并计算两部分的平均灰度值Io和Ib；I(i,j)是图像上(i,j)点的灰度值，W(i,j)是权系数。二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法一、阈值法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry最佳阈值分割法最佳阈值分割法（3）计算新的阈值Tk1；（4）如果Tk与Tk1的差值小于某个小量的阈值，则迭代结束，否则重复（2）（4）。二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法一、阈值法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry基本思想：在通过交互方式下，得到对象（或背景）的灰度值，比得到阈值T容易得多。假设：对象的灰度值(也称样点值)为f(x0,y0),且：T=fx0,y0)R 有：f(x,y)Tf(x,y)f(x0,y0)R|f(x,y)f(x0,y0)|R 其中R 是容忍度，可通过试探获得。通过交互方式得到阈值通过交互方式得到阈值二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法一、阈值法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry通过直方图得到阈值通过直方图得到阈值T 有突出目标和背景图像，直方图将具有明显有突出目标和背景图像，直方图将具有明显的双峰。的双峰。二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法一、阈值法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetryp直方图凹形分析法直方图凹形分析法p自动门限法自动门限法最佳熵自动门限法最佳熵自动门限法极大化分割以后图像的熵值极大化分割以后图像的熵值类别方差自动门限法类别方差自动门限法矩不变自动门限法矩不变自动门限法极小误差自动门限法极小误差自动门限法通过直方图得到阈值通过直方图得到阈值二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法一、阈值法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry基于邻域特性基于邻域特性基于边缘特性基于二阶灰度统计特性共生矩阵（纹理分析）Md,x(i,j)x 方向上，相距d一对像素出现灰度i和j的频率目标和背景在共生矩阵对角线附近，边界在远离对角线基于二维熵（图像的灰度，邻域灰度均值）组成联合概率二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法一、阈值法 影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry基于多个变量的阈值基于多个变量的阈值基本思想：把前面的方法扩展到多维空间，则寻找波谷的过程，变为寻找点簇的过程。算法实现：各维分量波谷之间进行逻辑与运算，从波谷重合的点，得到实际的阈值T。应用场合：有多个分量的颜色模型，如RGB模型、CMYK模型、HSI模型二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法一、阈值法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法二、区域生长法1、基本思想 区域增长法直接遵循影像分割定义，从某一 像素出发，逐步增加像素数（即区域生长），对由这些像素组成的区域使用某种均匀测度度量测试其均匀性。若为真，则继续扩大区域，直到均匀测度为假。影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法2、使用平均灰度的均匀测度度量二、区域生长法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法3、分-合影像分割法1 1）构造四分树数据结构）构造四分树数据结构2 2）分裂）分裂影像分割二、区域生长法河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法3、分-合影像分割法二、区域增长法1 1）构造四分树数据结构）构造四分树数据结构2 2）分裂）分裂3 3）基于四分树数据结构）基于四分树数据结构的合并的合并 影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法3、分-合影像分割法二、区域增长法1 1）构造四分树数据结构）构造四分树数据结构2 2）分裂）分裂3 3）基于四分树数据结）基于四分树数据结 构的合并构的合并4 4）合并）合并影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法3、分-合影像分割法二、区域增长法1 1）构造四分树数据结构）构造四分树数据结构2 2）分裂）分裂3 3）基于四分树数据结）基于四分树数据结构的合并构的合并4 4）合并）合并 3-5 影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry适用适用:在模式类别数不清楚时在模式类别数不清楚时,用聚类分析比较好用聚类分析比较好,可可以用相识性和距离量度作为聚类分析准则以用相识性和距离量度作为聚类分析准则原则原则:第第1步步:用适当的相识性准则对图像进行分类用适当的相识性准则对图像进行分类第第2步步:对第一步分类结果测试对第一步分类结果测试,对各簇对各簇(子集子集)进行合并进行合并第第3步步:反复对生成的结果再分类反复对生成的结果再分类,测试和合并测试和合并,直到没有新直到没有新的簇的簇(或子集或子集)进行合并进行合并 注注:相识性准则可取相识性准则可取:点积点积,加权欧式距离等加权欧式距离等二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法三、聚类分割法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry 简单的聚类方法简单的聚类方法 K-Mean算法算法 ISODATA算法算法二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法三、聚类分割法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry简单的聚类方法简单的聚类方法（1）随机确定一些点作为聚类中心；（2）计算每一个待分点与各个聚类中心的距离，若该点与某个聚类中心的距离小于某个阈值，则认为该点属于这一类，否则添加该点为一新的聚类中心；（3）遍历所有像点。二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法三、聚类分割法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital PhotogrammetryK-Mean算法算法（1）选取K个初始类中心；（2）使用最小距离判别法将所有样本分给K类；（3）计算（2）分类结果的重心，作为新的聚类中心；（4）比较新旧聚类中心，若差值小于某个小量阈值，则认为类中心稳定，终止迭代，否则重复（2）-（4）。二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法三、聚类分割法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital PhotogrammetryISODATA算法算法（Iterative Self-Organizing Data Analysis Techniques A）在K-Mean算法的基础上，根据类内最大标准差和类间最小距离对聚类结果进行评价。如果类内最大标准差超过给定阈值，则对该类进行分裂分裂。如果类间最小距离小于给定阈值，则对相应两类进行合并合并。二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法三、聚类分割法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry 结构元素结构元素与与二值图像二值图像进行进行逻辑运算逻辑运算，产生，产生新的图像的图像处理方法。新的图像的图像处理方法。111111111111111111 101101111011011101结构元素Sxy图像B结构元素S二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法四、数学形态学法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry 膨胀膨胀 腐蚀腐蚀 开运算开运算 闭运算闭运算二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法四、数学形态学法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry腐蚀后膨胀后原图使二值图像减小一圈使二值图像扩大一圈二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法四、数学形态学法 影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry开运算开运算闭运算闭运算河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry 开运算开运算1）消除细小对象）消除细小对象2）在细小粘连处分离对象）在细小粘连处分离对象3）在不改变形状的前提下，平滑对象的）在不改变形状的前提下，平滑对象的边缘边缘 闭运算闭运算1）填充对象内细小空洞）填充对象内细小空洞2）连接邻近对象）连接邻近对象3）在不明显改变面积前提下，平滑对象）在不明显改变面积前提下，平滑对象的边缘的边缘二、影像分割的主要方法影像分割的主要方法四、数学形态学法影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry方法方法适用范围适用范围优点优点缺点缺点边界检测边界检测噪声少，边缘清晰连贯，细节少，以内容分类为主要目的综合了图像的局部灰度信息和目标形态信息，适于形态学方法处理，可以并行处理对噪声敏感，无法保证区域内部的一致性，边缘的准确性难以确定，大多数边缘无法形成闭合的区域轮廓，琐碎边缘的处理难度较大阈值分割阈值分割特征空间谷峰差异明显，目标和背景的灰度分布接近正态分布，图像内容简单，细节较少抗噪能力强，原理简单大多数情况下，目标和背景的灰度分布不满足正态分布，分割阈值难以确定，对内容复杂的图像效果不好，迭代计算效率不高区域生长区域生长目标为面状均匀区域，区域轮廓比较明显原理简单直观，可以进行并行计算初始种子的位置与数量对结果影响比较大，抗噪能力一般，计算量较大聚类分割聚类分割目标区域类别未知且复杂分布应用了目标的灰度以及特征信息，可以进行并行计算初始类别的确定、样本的数量、不同的方法均对结果有较大影响，计算量较大 影像分割河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学数字摄影测量学 Digital Photogrammetry作业与思考题作业与思考题1、什么是影像分割？、什么是影像分割？2、影像分割的主要方法有哪些？各有、影像分割的主要方法有哪些？各有什么特点？什么特点？