图像处理图像描述与分析.pptx

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1、会计学1图像处理图像描述与分析图像处理图像描述与分析第7章 图像描述与分析n n图像分析图像分析 也叫景物分析或图像理解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像中提取有用数据或信息生成非图的描述或表示 图像分析：特征提取、图像分割、符号描述、纹理分析、图像分析：特征提取、图像分割、符号描述、纹理分析、运动图运动图 像分析和图像的检测与配准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第1页/共63页n n图像分析通常按下列顺序进行n

2、 n 从图像中提取对象或对象组从图像中提取对象或对象组成部分的图像成部分的图像特征特征(例如图像例如图像中景物的边缘或区域中景物的边缘或区域)n n 利用图像特征的属性或相互利用图像特征的属性或相互关系来决定每个属性应属于关系来决定每个属性应属于哪个对象的哪个部分哪个对象的哪个部分第7章 图像描述与分析第2页/共63页7.1 灰度描述灰度描述7.1.1 7.1.1 幅度特征幅度特征7.1.2 7.1.2 直方图特征直方图特征7.1.3 7.1.3 变换系数特征变换系数特征第3页/共63页7.1.1 幅度特征幅度特征最基本的是图像的幅度特征。例如在区域内的平均幅度，即第4页/共63页7.1.1

3、幅度特征幅度特征 a)原图 b)利用幅度特征将目标分割出来第5页/共63页P P(r rk k)=n=nk k/N/N 第第r rk k个灰度级出现的频数个灰度级出现的频数 可从直方图的分布得到：图像对比度、可从直方图的分布得到：图像对比度、动态范围、明暗程度等动态范围、明暗程度等 一阶直方图的特征参数：一阶直方图的特征参数：r rk k量化层量化层 均值：均值：方差：方差：歪斜度：歪斜度：7.1.2 直方图特征第6页/共63页 峭度：峭度：熵：能量：7.1.2 直方图特征第7页/共63页v v(m+1)u v(m)水平切口垂直切口环状切口扇状切口7.1.3 变换系数特征第8页/共63页T 频

4、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）7.1.3 变换系数特征第9页/共63页n n特征：图像中含有这些切口的频谱成分的含量。特征：图像中含有这些切口的频谱成分的含量。信息可作为模式识别或分类系统的输入信息。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，放射照片病情诊断已成功用于土地情况分类，放射照片病情诊断等等 Ff(x,y)F-1F(u,v)g(u,v)7.1.3 变换系数特征第10页/共63页7.2.17.2.1 链码描述链码描述7.2.27.2.2 傅里叶描述子傅里叶描述子7.2 边界描述边界描述第11页/共63页7.2.1 链码描述链码描述n n在

5、数字图像中，边界或曲线是由一系列离散的像素在数字图像中，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点组成的，其最简单的表示方法是由美国学者FreemanFreeman提出的链码方法。提出的链码方法。n n链码实质上是一串指向符的序列，有链码实质上是一串指向符的序列，有4 4向链码、向链码、8 8向向链码等。链码等。第12页/共63页 4 4向链码向链码 8 8向链码向链码7.2.1 链码描述第13页/共63页 a)原链码方向 b)逆时针旋转90 图a曲线的链码为：01122233100000765556706其差分链码为：1010010670000777001116

6、 图b曲线的链码为：23344455322222107770120 其差分链码为：10100106700007770011167.2.1 链码描述第14页/共63页曲线的链码是：6022222021013444444454577012其差分链码是：2200006277121000000171201117.2.1 链码描述第15页/共63页曲线的链码是：024444424323566666676711234其差分链码是：220000627712100000171201117.2.1 链码描述链码描述第16页/共63页n n链码的特殊性质 一个物体很容易实现旋转一个物体很容易实现旋转4545。如果

7、一个物体旋转。如果一个物体旋转n n4545，可由原链码加上，可由原链码加上 n n 倍的模倍的模8 8得到得到链码的微分，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7.2.1 链码描述第17页/共63页7.2.2 傅里叶描述子傅里叶描述子n n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为一维问题。边界点的两种表示方法第18页/共63页7.3 区域描述区域描述7.3.1 7.3.1 几何特征几何特征7.3.2 7.3.2 不变矩不变矩第19页/共63页1.像素

8、与邻域 a)4-邻域 b)8-邻域 7.3.1 几何特征几何特征第20页/共63页2.区域面积 3.位置质心形心 7.3.1 几何特征第21页/共63页4.4.区域周长区域周长区域周长区域周长 三种定义：三种定义：(1)(1)区域和背景交界线（接缝）的长度区域和背景交界线（接缝）的长度 (2)(2)区域边界区域边界8 8链码的长度链码的长度 (3)(3)边界点数之和边界点数之和 7.3.1 几何特征第22页/共63页5.5.方向方向方向方向二阶矩轴二阶矩轴:物体上的全部点到该线的距离平方和最小物体上的全部点到该线的距离平方和最小其中其中 是物体点到直线是物体点到直线 的距离的距离 7.3.1

9、几何特征第23页/共63页6.6.距离距离距离距离 1)1)欧几里德距离（欧几里德距离（EuclideanEuclidean）2)4-邻域距离(City-block城区距离)3)8-邻域距离（Chessboard棋盘距离）7.3.1 几何特征第24页/共63页 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：积的计算公式，定义圆形度的计算公式如下：其中，其中，为连通域为连通域S S的面积；的面积；为连通域为连通域S S的周长。圆形的周长。圆形度度 值越大，表明目标与圆形的相似度越高值越大，表明目标与

10、圆形的相似度越高 7.3.1 几何特征第25页/共63页8.8.矩形度矩形度矩形度矩形度 描述连通域与矩形相似程度的量描述连通域与矩形相似程度的量 其中，其中，为连通域为连通域S S的面积；的面积；是包含该连通域的最小是包含该连通域的最小矩形的面积。对于矩形目标，矩形度矩形的面积。对于矩形目标，矩形度 取最大值取最大值1 1，对细长而弯曲的目标，则矩形度的值变得很小对细长而弯曲的目标，则矩形度的值变得很小 7.3.1 几何特征第26页/共63页9.9.长宽比长宽比长宽比长宽比 其中，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宽度；是包围连是包围连通域的最小矩形的长度。通域的最

11、小矩形的长度。7.3.1 几何特征第27页/共63页7.3.2 不变矩不变矩1.1.矩的定义矩的定义 对于二维连续函数对于二维连续函数 ，阶矩定义为：阶矩定义为：中心矩定义为：数字图像，则上式变为：第28页/共63页 2.2.不变矩不变矩不变矩不变矩 定义归一化的中心矩为：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都不敏感的7 7个不变矩，定义如下：个不变矩，定义如下：7.3.2 不变矩第29页/共63页7.3.2 不变矩第30页/共63页7.4 纹理描述纹理描述7.4.1 7.4.1 矩分析法矩分析

12、法 7.4.2 7.4.2 灰度差分统计法灰度差分统计法7.4.3 7.4.3 灰度共生矩阵法灰度共生矩阵法 7.4.4 7.4.4 纹理的结构分析纹理的结构分析第31页/共63页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7.4 纹理描述第32页/共63页a)结构型纹理 b)随机型纹理7.4 纹理描述第33页/共63页n n描述纹理图像特征的参数有许多种，如 1

13、 1）知道像素及邻近像素的灰度分布情况。知道像素及邻近像素的灰度分布情况。2 2）检查小区域内灰度直方图，检查各小区域直方图的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相似性，具有相似直方图的小区域同属一个大区域7.4 纹理描述第34页/共63页n n纹理：灰度与颜色的二维变化的图案，是区域的重要纹理：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。特征之一，灰度分布具有周期性、方向性、疏密之分。n n统计方法：用于木纹、纱地、草地等不规则物体统计方法：用于木纹、纱地、草地等不规则物体 自然纹理：具有重复性排

14、列现象的自然景象，无规则自然纹理：具有重复性排列现象的自然景象，无规则n n结构方法：布料的印刷图案或砖花地等组成纹理的元结构方法：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、有规则的人工纹理：是由自然背景上的符号排列组成、有规则的7.4 纹理描述第35页/共63页7.4 纹理描述第36页/共63页7.4 纹理描述纹理描述第37页/共63页(1)(1)均值均值（MeanMean）(2)(2)方差方差（VarianceVariance）(3)(3)扭曲度扭曲度（SkewnessSkewness）7.4.

15、1 矩分析法矩分析法 第38页/共63页(5)熵（Entropy）7.4.1 矩分析法(4)峰度（Kurtosis）第39页/共63页n n灰度差分统计法又称一阶统计法，通过计算图像中一对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。像素间灰度差分直方图来反映图像的纹理特征。令令 为两个像素间的位移矢量，为两个像素间的位移矢量，是位移量是位移量为为 的灰度差分：的灰度差分：n n粗纹理时，位移相差为粗纹理时，位移相差为 的两像素通常有相近的灰度等级，的两像素通常有相近的灰度等级，因此，因此，值较小，灰度差分直方图值集中在值较小，灰度差分直方图值集中在

16、 附近；附近；n n细纹理时，位移相差为细纹理时，位移相差为 的两像素的灰度有较大变化的两像素的灰度有较大变化 ，值一般较大，灰度差分直方图值会趋于发散值一般较大，灰度差分直方图值会趋于发散 7.4.2 灰度差分统计法灰度差分统计法第40页/共63页n n灰度直方图中，各像素的灰度是独立进行处理的，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，给纹理赋予特征，这样的特征叫二阶统计量，

17、（灰度直方图是一阶统计量）（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代表性的是以灰度共生矩阵为基础的纹理特征计算法。法。7.4.3 灰度共生矩阵法 第41页/共63页T灰度级联合分布（二阶统计量）7.4.3 灰度共生矩阵法 x,y坐标，f(x,y)灰度，L灰度级数第42页/共63页x列，y行7.4.3 灰度共生矩阵法 第43页/共63页n n例:7.4.3 灰度共生矩阵法 设图像矩阵为第44页/共63页水平方向无重复，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7.4.3 灰度共生矩阵法 第45页/

18、共63页7.4.4 纹理的结构分纹理的结构分析析纹理结构的描述及排列 第46页/共63页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 7.4.4 纹理的结构分析第47页/共63页BA形态学基本运算 7.5 形态分析第48页/共63页1 1腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀n n集合集合A A被被B B腐蚀，表示为腐蚀，表示为 ，其定义为：，其定义为：n n其中其中A A称为输入图像，称为输入图像，B B称为结构元素。称为结构元素。腐蚀类似于收缩 7.5 形态分析第49页/共63页2.2.膨胀膨胀膨胀膨胀n nA AC C 表示集合表示集合A A的补集，的补集，表示表

19、示B B关于坐标原点的反射（对称集）。那么，关于坐标原点的反射（对称集）。那么，集合集合A A被被B B膨胀，表示为膨胀，表示为A A B B，定义为：，定义为：AB B利用圆盘膨胀 7.5 形态分析第50页/共63页a)原始图像 b)腐蚀图像 c)膨胀图像7.5 形态分析第51页/共63页3.3.开运算开运算开运算开运算n n假定假定A A仍为输入图像，仍为输入图像，B B为结构元素，利用为结构元素，利用B B对对A A作作开运算，用符号开运算，用符号 表示，定义为：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、在纤细点处分离物体、平滑较大物体的

20、边界的同时并不明显改变其体积。7.5 形态分析第52页/共63页 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 7.5 形态分析第53页/共63页开运算滤除背景噪声 a)原图 b)开运算结果7.5 形态分析第54页/共63页4 4闭运算闭运算闭运算闭运算n n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。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。利用利用B B对对A A作闭运算表示为作闭运算表示为 ，其定义为，其定义为:利用圆盘对输入图像进行闭运算 7.5 形态分析第55页/共63页(a)输入图像 (b)闭运算的结果 利用闭运算去除前景噪声 7.5

21、形态分析第56页/共63页5 5边界检测边界检测边界检测边界检测n n利用圆盘结构元素作膨胀会使图像扩大，做腐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。对于图像二值图像的边界。对于图像A A和圆盘和圆盘B B，下图给，下图给出了三种求取二值边界的方法：内边界，外边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。际边缘上的边界又称形态学梯度。7.5 形态分析第57页/共63页 A B 用腐蚀和膨胀运算得

22、出的三种图像边界 7.5 形态分析形态分析第58页/共63页三种形态学边界实例 7.5 形态分析第59页/共63页作业7-1 图像都有哪些特征？简要说明这些特征的特点？7-2 对图像A和B分别求d1，q00，450的共生矩阵0 1 2 3 0 11 2 3 0 1 22 3 0 1 2 33 0 1 2 3 00 1 2 3 0 11 2 3 0 1 20 0 0 0 1 10 0 0 0 1 10 0 0 0 1 10 0 0 0 1 12 2 2 2 3 3 2 2 2 2 3 3第60页/共63页7-3 在下图所示的图像子集中，按8邻域概念，红色标记的数字是否连通？图像子集S中是否存在孔？1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1作业第61页/共63页7-4 试用Robert算子和拉普拉斯算子检测下面图像的边缘4444444400444444440044555554004456665400445676540044566654004455555400444444440044444444004444444400作业第62页/共63页