《图像描述与分析》PPT课件.ppt

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1、第8章 图像描述与分析8.1 灰度描述（了解）8.2 边界描述（了解）8.3 区域描述（掌握）8.4 纹理描述（掌握）8.5 形态分析（掌握）总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析T图像分析图像分析 也叫景物分析或图像理解 是一种描述过程，研究用自动或半自动装置和系统，从图像中提取有用数据或信息生成非图的描述或表示：特征提取、图像分割、符号描述、纹理分析、运动图 像分析和图像的检测与配准预处理分割特征提取分类描述符号表达识别跟踪解释描述输入图像总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析第8章 图像描

2、述与分析T图像分析系统的构成图像分析系统的构成知识库知识库表示与描述表示与描述预处理预处理分割分割低级处理高级处理中级处理识别识别与与解释解释结果图像获取图像获取问题总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析T图像分析通常按下列顺序进行 从图像中提取对象或对象组成部分的图像特征(例如图像中景物的边缘或区域)利用图像特征的属性或相互关系来决定每个属性应属于哪个对象的哪个部分总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析第8章 图像描述与分析8.1.1 幅度特征8.1.2 直方图特征8.1.3 变换系数特征总述

3、总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.1 灰度描述最基本的是图像的幅度特征。例如在区域内的平均幅度，即总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.1.1 幅度特征 a)原图b)利用幅度特征将目标分割出来总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.1.1 幅度特征总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析P(rk)=nk/N 第rk个灰度级出现的频数 从直方图的分布可以得到：图像对比度、动态范围、明暗程度等

4、 一阶直方图的特征参数：rk量化层量化层均值：方差：歪斜度：8.1.2 直方图特征 峭度：熵：能量：总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.1.2 直方图特征v v(m+1)u v(m)水平切口垂直切口环状切口扇状切口总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.1.3 变换系数特征T 频域中的一些特征 如M与F不是唯一地对应（M有位移不变性）总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.1.3 变换系数特征T特征：图像中含有这些切口的频谱成分的含量。

5、信息可作为模式识别或分类系统的输入信息。已成功用于土地情况分类，放射照片病情诊断等 Ff(x,y)F-1F(u,v)g(u,v)总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.1.3 变换系数特征 链码描述 傅里叶描述子总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.2 边界描述T在数字图像中，边界或曲线是由一系列离散的像素点组成的，其最简单的表示方法是由美国学者Freeman提出的链码方法。T链码实质上是一串指向符的序列，有4向链码、8向链码等。总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理

6、描述纹理描述形态分析形态分析8.2.1 链码描述8向链码 4向链码总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.2.1 链码描述 a)原链码方向b)逆时针旋转90 图a曲线的链码为：其差分链码为：图b曲线的链码为：23344455322222107770120 其差分链码为：总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.2.1 链码描述曲线的链码是：其差分链码是：总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.2.1 链码描述曲线的链码是：0244444243

7、23566666676711234其差分链码是：总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.2.1 链码描述T链码的特殊性质 一个物体很容易实现旋转45。如果一个物体旋转n45，可由原链码加上 n 倍的模8得到链码的微分，也称差分码，由原码的一阶差分求得链码差分是关于旋转不变的边界描述方法区域的一些其它性质，如面积和角点，可以由链码直接得总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.2.1 链码描述T对边界的离散傅里叶变换表达，可以作为定量描述边界形状的基础。采用傅里叶描述的一个优点是将二维的问题简化

8、为一维问题。边界点的两种表示方法总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.2.2 傅里叶描述子8.3.1 几何特征8.3.2 不变矩总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.3 区域描述1.像素与邻域 a)4-邻域 b)8-邻域 总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.3.1 几何特征2.区域面积 3.位置质心形心总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.3.1 几何特征4.区域周长 三种定义：

9、(1)区域和背景交界线（接缝）的长度(2)区域边界8链码的长度 (3)边界点数之和总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.3.1 几何特征二阶矩轴:物体上的全部点到该线的距离平方和最小其中 是物体点到直线 的距离5.方向总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.3.1 几何特征6.距离 1)欧几里德距离（Euclidean）2)4-邻域距离(City-block城区距离)3)8-邻域距离（Chessboard棋盘距离）总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态

10、分析形态分析8.3.1 几何特征 7.圆形度 描述连通域与圆形相似程度的量。根据圆周长与圆面积的计算公式，定义圆形度的计算公式如下：其中，为连通域S的面积；为连通域S的周长。圆形度 值越大，表明目标与圆形的相似度越高总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.3.1 几何特征8.矩形度 描述连通域与矩形相似程度的量 其中，为连通域S的面积；是包含该连通域的最小矩形的面积。对于矩形目标，矩形度 取最大值1，对细长而弯曲的目标，则矩形度的值变得很小总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.3.1 几何

11、特征9.长宽比 其中，是包围连通域的最小矩形的宽度；是包围连通域的最小矩形的长度。总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.3.1 几何特征1.矩的定义 对于二维连续函数 ，阶矩定义为：中心矩定义为：数字图像，则上式变为：总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.3.2 不变矩 2.不变矩 定义归一化的中心矩为：利用归一化的中心矩，可以获得对平移、缩放、镜像和旋转都不敏感的7个不变矩，定义如下：总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.3.2 不

12、变矩总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.3.2 不变矩8.4.1 矩分析法 8.4.2 灰度差分统计法8.4.3 灰度共生矩阵法 8.4.4 纹理的结构分析总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4 纹理描述T纹理特征自然纹理：种子、草地（无规则性）人工纹理：织物、砖墙（有规则性，它的灰度分布具有周期性，即使灰度变化是随机的，它也具有一定的统计特性）T标志三要素1）某种局部的序列性在该序列更大的区域内不断重复2）序列基本元素是非随机排列组成的3）区域内任何地方都有大致相同的结构尺寸总述总

13、述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4 纹理描述a)结构型纹理 b)随机型纹理总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4 纹理描述T描述纹理图像特征的参数有许多种，如 1）知道像素及邻近像素的灰度分布情况。2）检查小区域内灰度直方图，检查各小区域直方图的相似性，具有相似直方图的小区域同属一个大区域总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4 纹理描述T纹理：灰度与颜色的二维变化的图案，是区域的重要特征之一，灰度分布具有周期性、方向性、疏密之分。

14、T统计方法：用于木纹、纱地、草地等不规则物体 自然纹理：具有重复性排列现象的自然景象，无规则T结构方法：布料的印刷图案或砖花地等组成纹理的元素及其排列规则来描述纹理的结构 人工纹理：是由自然背景上的符号排列组成、有规则的总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4 纹理描述总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4 纹理描述总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4 纹理描述(1)均值（Mean）(2)方差（Variance）(3)扭曲度（S

15、kewness）总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4 纹理描述(5)熵（Entropy）(4)峰度（Kurtosis）总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4.1 矩分析法T灰度差分统计法又称一阶统计法，通过计算图像中一对像素间灰度差分直方图来反映图像的纹理特征。令 为两个像素间的位移矢量，是位移量为 的灰度差分：T粗纹理时，位移相差为 的两像素通常有相近的灰度等级，因此，值较小，灰度差分直方图值集中在 附近；T细纹理时，位移相差为 的两像素的灰度有较大变化，值一般较大，灰度差分直方

16、图值会趋于发散 总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4.2 灰度差分统计法T灰度直方图中，各像素的灰度是独立进行处理的，故不能很好地给纹理赋予特征。因此，如果研究图像中两像素组合中灰度配置的情况，就能够很好地给纹理赋予特征，这样的特征叫二阶统计量，（灰度直方图是一阶统计量）代表性的是以灰度共生矩阵为基础的纹理特征计算法。总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4.3 灰度共生矩阵法T灰度级联合分布（二阶统计量）x,y坐标，f(x,y)灰度，L灰度级数总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描

17、述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4.3 灰度共生矩阵法x列，y行总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4.3 灰度共生矩阵法T例:设图像矩阵为总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4.3 灰度共生矩阵法水平方向无重复，变化较快水平方向数值大，重复多，纹理较粗1）对角线元素全为0，表明同行灰度变化快2）对角线元素较大，表明纹理较粗总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4.3 灰度共生矩阵法纹理结构的描述及排列 总述

18、总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4.4 纹理的结构分析a)纹理基元b）由规则 生成的纹理模式c)由 和其它规则生成的二维纹理模式纹理结构分析图例 总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.4.4 纹理的结构分析BA形态学基本运算 总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.5 形态分析1腐蚀T集合A被B腐蚀，表示为 ，其定义为：T其中A称为输入图像，B称为结构元素。腐蚀类似于收缩 总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描

19、述纹理描述形态分析形态分析8.5 形态分析2.膨胀TAC 表示集合A的补集，表示B关于坐标原点的反射（对称集）。那么，集合A被B膨胀，表示为AB，定义为：AB B利用圆盘膨胀 总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.5 形态分析c)膨胀图像b)腐蚀图像a)原始图像总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.5 形态分析3.开运算T假定A仍为输入图像，B为结构元素，利用B对A作开运算，用符号 表示，定义为：开运算实际上是A先被B腐蚀，然后再被B膨胀的结果。开运算通常用来消除小对象物、在纤细点处分离

20、物体、平滑较大物体的边界的同时并不明显改变其体积。总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.5 形态分析 a)输入图像A b)结构元素B c)d)用圆盘对输入图像开运算的结果 总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.5 形态分析 b)开运算结果开运算滤除背景噪声 a)原图总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.5 形态分析4闭运算T闭运算是开运算的对偶运算，定义为先作膨胀然后再作腐蚀。利用B对A作闭运算表示为 ，其定义为:利用圆盘对输入图像进

21、行闭运算 总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.5 形态分析(b)闭运算的结果 利用闭运算去除前景噪声 (a)输入图像总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.5 形态分析5边界检测T利用圆盘结构元素作膨胀会使图像扩大，做腐蚀会使图像缩小，这两种运算都可以用来检测二值图像的边界。对于图像A和圆盘B，下图给出了三种求取二值边界的方法：内边界，外边界和跨骑在实际边缘上的边界，其中跨骑在实际边缘上的边界又称形态学梯度。总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析

22、形态分析8.5 形态分析 A B 用腐蚀和膨胀运算得出的三种图像边界 总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.5 形态分析三种形态学边界实例 总述总述灰度描述灰度描述边界描述边界描述区域描述区域描述纹理描述纹理描述形态分析形态分析8.5 形态分析作业进行实战演练四 鸣谢T感谢中北大学信息与通信工程学院给予的大力感谢中北大学信息与通信工程学院给予的大力帮助。帮助。T感谢山东科技大学信电学院、广东工业大学信感谢山东科技大学信电学院、广东工业大学信息工程学院、北京师范大学信息科学与技术学息工程学院、北京师范大学信息科学与技术学院等提供的参考资料。院等提供的参考资料。T感谢电子工业出版社阮秋琦等翻译的优秀教材、感谢电子工业出版社阮秋琦等翻译的优秀教材、机械工业出版社张弘等编著的优秀教材。机械工业出版社张弘等编著的优秀教材。