数字图像处理特征表示与描述.ppt

第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2 特征表示与描述特征表示与描述 特征表示与描述的基本概念特征表示与描述的基本概念 表示方法表示方法 边界描述符边界描述符 区域描述符区域描述符 关系描述符关系描述符第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析 特征表示与描述的基本概念特征表示与描述的基本概念-图像分割结果是得到了区域内像素集合，或位于图像分割结果是得到了区域内像素集合，或位于区域边界上的像素集合。区域边界上的像素集合。把图像分割后，为了进一步的识别等处理，把图像分割后，为了进一步的识别等处理，分割分割后的图像一般要进行表示和描述。后的图像一般要进行表示和描述。第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析表示是直接具体地表示目标，好的表示方法应具有表示是直接具体地表示目标，好的表示方法应具有节省存储空间、易于特征计算等优点。一般情况下：节省存储空间、易于特征计算等优点。一般情况下：1）如果关注的焦点是形状特性，选择）如果关注的焦点是形状特性，选择外部表示方外部表示方式。式。2）如果关注的焦点是反射率特性，如颜色、纹理）如果关注的焦点是反射率特性，如颜色、纹理时，选择时，选择内部表示方式。内部表示方式。6.2.1 特征表示与描述的基本概念特征表示与描述的基本概念表示表示第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.1 特征表示与描述的基本概念特征表示与描述的基本概念外部特征外部特征来进行表示举例：来进行表示举例：第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析描述描述 描述是较抽象地表示目标。好的描述应在尽描述是较抽象地表示目标。好的描述应在尽可能区别不同目标的基础上对目标的可能区别不同目标的基础上对目标的尺度、平移、尺度、平移、旋转旋转等不敏感，这样的描述比较通用。等不敏感，这样的描述比较通用。描述也可分为对边界的描述和对区域的描述。描述也可分为对边界的描述和对区域的描述。几何形状属于外部描述。灰度和纹理属于内部描述。几何形状属于外部描述。灰度和纹理属于内部描述。此外，边界和边界或区域和区域之间的关系也常需此外，边界和边界或区域和区域之间的关系也常需要进行描述要进行描述。6.2.1 特征表示与描述的基本概念特征表示与描述的基本概念第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析 表示方法表示方法6.2.2.1 链码链码6.2.2.2 多边形逼近多边形逼近6.2.2.3 外形特征外形特征6.2.2.4 边界分段边界分段6.2.2.5 区域骨架区域骨架第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.2.1 链码链码(Chain Codes)11链码链码定义：定义：11）链码是一种边界的编码表示法。）链码是一种边界的编码表示法。22）用边界的方向作为编码依据，简化边界的描）用边界的方向作为编码依据，简化边界的描述。一般描述的是边界点集。述。一般描述的是边界点集。01234-4-链码链码014672358-8-链码链码第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.2.1 链码链码链码举例：链码举例：4-4-链码：链码：000033333322222211110011000033333322222211110011第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.2.1 链码链码2 算法：算法：给每一个边界线段一个方向编码。给每一个边界线段一个方向编码。有有4-4-链码和链码和8-8-链码两种编码方法。链码两种编码方法。从从起起点点开开始始，沿沿边边界界编编码码，至至起起点点被被重重新新碰到，结束一个对象的编码。碰到，结束一个对象的编码。第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.2.1 链码链码问题问题1 1：1 1）链码相当长。）链码相当长。2 2）噪声会产生不必要的链码。）噪声会产生不必要的链码。改进改进1 1：1 1）加大网格空间。）加大网格空间。2 2）依据原始边界与格点的接近程度，来确）依据原始边界与格点的接近程度，来确定新点的位置。定新点的位置。第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析链码举例：链码举例：4-链码：链码：0033322211014-链码：0000333333222222111100116.2.2.1 链码链码第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.2.1 链码链码问题问题2 2：1 1）由于起点的不同，造成编码的不同。）由于起点的不同，造成编码的不同。2 2）由于旋转角度的不同，造成编码的不同。）由于旋转角度的不同，造成编码的不同。改进改进2 2：1 1）通通过过使使用用链链码码的的循循环环一一阶阶差差分分代代替替链链码码本本身身，解解决决旋转问题。旋转问题。2 2）对对起起点点重重新新定定义义，使使得得到到的的循循环环差差分分链链码码对对应应的的整整数值最小。这样得到的数值最小。这样得到的最小循环差分链码称为形状数最小循环差分链码称为形状数。第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.2.1 链码链码循环循环一阶差分一阶差分链码：链码：用相邻链码的差代替链码。用相邻链码的差代替链码。例如：例如：4-链码链码 10103322 循环循环一阶差分一阶差分为：为：33133030 循环循环一阶差分一阶差分：1-2=-1(3)3-0=3 0-1=-1(3)3-3=0 1-0=1 2-3=-1(3)0-1=-1(3)2-2=04-4-链码链码：1010332210103322循环首差循环首差：3313333133|030030形状数形状数：0303313303033133（数值最小）（数值最小）第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.2.2 多边形逼近多边形逼近(Polygonal Approximations)基基本本思思想想：用用一一包包含含尽尽量量少少线线段段的的多多边边形形，来刻画边界形状的本质。来刻画边界形状的本质。寻找最小基本多边形的方法一般有两种：寻找最小基本多边形的方法一般有两种：1 1）点合并法）点合并法2 2）边分裂法）边分裂法第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.2.2 多边形逼近多边形逼近11点合并法点合并法1)算法：算法：RRT第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.2.2 多边形逼近多边形逼近(2)如如果果误误差差R R小小于于预预先先设设置置的的阈阈值值T T。去去掉掉中中间间点点，选选新新点点对对与与下下一一相相邻邻点点对对，重重复复(1)(1)；否否则则，存存储储线线段段的的参参数数，置置误误差差为为0 0，选选被被存存储储线线段段的的终终点点为为起点，重复起点，重复(1)(1)、(2)(2)。(3)当程序的第一个起点被遇到，程序结束。当程序的第一个起点被遇到，程序结束。R RRTRM-1uM-1的部分舍去不予计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，算。由于傅立叶变换中高频部分对应于图像的细节描述，因此因此M M取得越小，细节部分丢失得越多。取得越小，细节部分丢失得越多。M=4M=61M=62N=64第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.3.3 傅立叶描述符傅立叶描述符3 使用价值使用价值（1 1）较少的傅立叶描述符（如）较少的傅立叶描述符（如4 4个），就可以获个），就可以获取边界本质的整体轮廓。取边界本质的整体轮廓。（2 2）这些带有边界信息的描述符，可以用来区分）这些带有边界信息的描述符，可以用来区分明显不同的边界。明显不同的边界。第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.3.3 傅立叶描述符傅立叶描述符4 优点优点（1 1）使用复数作为描述符，对于旋转、平移、放缩）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。等操作和起始点的选取不十分敏感。（2 2）几何变换的描述符可通过对函数作简单变换来）几何变换的描述符可通过对函数作简单变换来获得。下表表示傅立叶描述符的基本性质：获得。下表表示傅立叶描述符的基本性质：几何变换几何变换边界边界傅立叶描述符傅立叶描述符原形原形s(k)a(u)a(u)旋转旋转s sr r(k)=s(k)e(k)=s(k)ej j a ar r(u)=a(u)e(u)=a(u)ej j 平移平移s st t(k)=s(k)+(k)=s(k)+xyxya at t(u)=a(u)+(u)=a(u)+xyxy(u)(u)放缩放缩s ss s(k)=(k)=s(k)s(k)a as s(u)=(u)=a(u)a(u)起点起点s sp p(k)=s(k-k(k)=s(k-k0 0)a ap p(u)=a(u)e(u)=a(u)e-j2-j2 k k0 0u/Nu/N第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.3.3 矩矩(Moments)11基本思想：基本思想：将将描描述述形形状状的的任任务务减减化化为为描描述述一一个个一一维维函函数数，边界段的形状可以用矩来量化地描述。边界段的形状可以用矩来量化地描述。2 矩的定义：矩的定义：把边界当作直方图函数：把边界当作直方图函数：g(r)g(r)rg(r)第第六六章章 图图像像分分割割和和分分析析6.2.3.4 矩矩这里这里L是边界上点的数目是边界上点的数目,n(r)是边界的是边界的n阶矩。阶矩。其中其中