【教学课件】第6章分割技术扩展.ppt
章毓晋清华大学电子工程系100084北京图象工程第2页第6讲第第6 6章章 分割技术扩展分割技术扩展 6.1 哈夫变换及广义哈夫变换 6.2 亚象素边缘检测6.3 从2-D推广到3-D 6.4特殊图象的分割第3页第6讲6.1 哈夫变换及广义哈夫变换哈夫变换及广义哈夫变换哈夫（哈夫（Hough）变换）变换图象空间和参数空间之间的一种变换 6.1.1基本哈夫变换原理6.1.2哈夫变换的改进 6.1.3广义哈夫变换原理 6.1.4完整广义哈夫变换第4页第6讲6.1.1基本哈夫变换原理点点线的对偶性线的对偶性图象空间XY里所有过点(x,y)的直线参数空间PQ中过点(p,q)的1条直线第5页第6讲6.1.1基本哈夫变换原理点点线的对偶性线的对偶性图象空间中共线的点参数空间里相交的线参数空间中相交于同一个点的直线图象空间里共线的点哈夫变换哈夫变换把在图象空间中的检测问题转换到参数空间里，通过在参数空间里进行简单的累加统计完成检测任务第6页第6讲6.1.1基本哈夫变换原理具体方法具体方法在参数空间PQ里建立一个2-D的累加数组A(p,q)ppmin,pmaxqqmin,qmaxA(p,q)=A(p,q)+1 A(p,q)值：共线点数(p,q)值：直线方程参数第7页第6讲6.1.1基本哈夫变换原理哈夫变换哈夫变换检测满足解析式f(x,c)=0形式的各类曲线并把曲线上的点连接起来 检测圆周检测圆周三个参数a，b，r，所以需要在参数空间里建立一个3-D累加数组A，其元素可写为A(a,b,r)第8页第6讲6.1.2哈夫变换的改进1.极坐标方程极坐标方程 减少检测接近竖直方向直线的计算量点正弦曲线对偶性第9页第6讲6.1.2哈夫变换的改进2.利用梯度降维利用梯度降维使累加数组的维数减一圆周圆周对偶性 第10页第6讲6.1.2哈夫变换的改进2.利用梯度降维利用梯度降维1个2-D累加器数组2个1-D累加器数组 第11页第6讲6.1.3广义哈夫变换原理在所需检测的曲线或目标轮廓没有或不易用解析式表达时，可以利用表格来建立曲线或轮廓点与参考点间的关系，从而可继续利用哈夫变换进行检测建立参考点与轮廓点的联系第12页第6讲6.1.3广义哈夫变换原理 已知轮廓形状、朝向和尺度而只需检测位置信息 根据r，f 与q 的函数关系作出参考表R表给定一个q，就可以确定一个可能的参考点位置第13页第6讲6.1.3广义哈夫变换原理计算示例第14页第6讲6.1.3广义哈夫变换原理利用正方形上的8个轮廓点判断可能参考点对每个q 有2个r 及2个 f 与之对应点O出现频率最高第15页第6讲6.1.4完整广义哈夫变换轮廓的平移轮廓的平移 +轮廓放缩、旋转轮廓放缩、旋转累加数组：A(pmin:pmax,qmin:qmax,bmin:bmax,Smin:Smax)累加数组的累加：A(p,q,b,S)=A(p,q,b,S)+1第16页第6讲6.1.4完整广义哈夫变换计算示例第17页第6讲6.2 亚象素边缘检测亚象素边缘检测 实际应用中常需要将边缘的检测精度提高到象素内部，即亚象素级 6.2.1基于矩保持的技术6.2.2利用一阶微分期望值的技术6.2.3借助切线信息的技术第18页第6讲6.2.1基于矩保持的技术一个理想的边缘可以认为由一系列具有灰度b的象素与一系列具有灰度o的象素相接而构成与实际边缘数据的前3阶矩相等第19页第6讲6.2.1基于矩保持的技术用t 表示理想边缘中灰度为b的象素的个数保持两边缘前3阶矩相等等价于解下列方程第20页第6讲6.2.1基于矩保持的技术推广到2-D边缘检测第21页第6讲6.2.2利用一阶微分期望值的技术(1)计算一阶微分(2)确定边缘区间(3)计算概率函数(4)计算期望值第22页第6讲6.2.2利用一阶微分期望值的技术一阶微分期望值法使用了基于统计特性的期望值算得的亚象素边缘位置比较稳定第23页第6讲6.2.3借助切线信息的技术借助象素级边界沿切线方向的信息将其修正到亚象素量级第24页第6讲6.2.3借助切线信息的技术 将小图象拼接来获得大图象 检测基准圆的圆心和半径，以确定拼图所需的旋转、平移和放缩参数 第25页第6讲6.3 从从2-D推广到推广到3-D3-D图象：图象：f(x,y,z)将3-D图象作为一个整体的分割 三个方面的问题需要考虑：(1)分割对象由2-D变为3-D带来的数据结构和表达等问题(2)同一类算法共有的分割方法问题(3)算法本身特有的一些具体问题第26页第6讲6.3.13-D边缘检测3-D微分算子邻域微分算子邻域 以一个体素为中心的333的邻域中可以有多种邻域体素个数，最常见的是(a)6个、(b)18个、或(c)26个邻域体素第27页第6讲6.3.13-D边缘检测3-D图象中，模板的尺寸和形式变化较多(a)311的模板(b)331的模板(c)333的模板第28页第6讲6.3.13-D边缘检测2-D和3-D模板第29页第6讲6.3.13-D边缘检测3-D边缘模型无穷大阶跃边缘平面是从原点到边缘面的直线距离（偏移量），a，b，g 分别是平面法线与X，Y，Z 轴的方向夹角 第30页第6讲6.3.13-D边缘检测3-D数字化模型边缘平面一面密度为零另一面为单位密度体素响应值体积积分密度第31页第6讲6.3.13-D边缘检测第32页第6讲6.3.53-D分裂合并和组合1.2-D算法算法(1)初始化将图象用四叉树分解成子图象第33页第6讲6.3.53-D分裂合并和组合1.2-D算法算法(2)合并根据一致性条件（如灰度相同）(3)分裂直到四叉树中所有新得到的结点都是叶结点(4)从四叉树向区域邻接图转换对这些叶结点按空间关系建立邻接联系(5)组合构成新的一致性区域 第34页第6讲6.3.53-D分裂合并和组合2.3-D算法算法 八叉树八叉树区域邻接图结构要扩展成3-D的，这里区域成为立体区域在树中搜索从一个结点到其邻域的路径时要向3个方向进行第35页第6讲6.4 特殊图象的分割特殊图象的分割(1)(1)分割技术的推广分割技术的推广(2)(2)所分割图象的扩展所分割图象的扩展彩色图象（3-D图象）多光谱图象合成孔径雷达图象深度图象，纹理图象，运动图象 第36页第6讲1 1、彩色空间、彩色空间面向面向处理分析处理分析的的颜颜色模型色模型HSI/HSV/HSB(1)I分量与图象的彩色信息无关(2)H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相连的（颜色和浓淡）HSI三分量之间的相关性比RGB三分量之间要小得多6.4.1彩色图象的分割第37页第6讲1 1、彩色空间、彩色空间从RGB到HSI的转换关系6.4.1彩色图象的分割第38页第6讲2、分割策略、分割策略由于H，S，I 三个分量是相互独立的，所以有可能将一个3-D搜索问题转化为三个1-D搜索 6.4.1彩色图象的分割第39页第6讲F 通信地址：北京清华大学电子工程系F 邮政编码：100084F 办公地址：清华大学东主楼，9区307室F 办公电话：F 传真号码：F 电子邮件：F 个人主页： 实验室网：联联 系系 信信 息息
