32特征表示与描述演示教学.ppt

3.2 特征表示与描述 图像分析系统的构成知识库特征表示与描述预处理分割低级处理高级处理中级处理识别与解释结果图像获取问题3.图像处理与分析3.2 特征表示与描述3.2 特征表示与描述3.2.1 特征表示与描述的基本概念3.2.2 表示法设计3.2.3 边界描述子3.2.4 区域描述子3.2.5 关系描述子3.2 特征表示与描述3.2.1 特征表示与描述的基本概念 基本概念特征表示与描述的定义： 把图像分割后，为了进一步的处理，分割后的图像一般要进行形式化的表达和描述解决形式化表达问题一般有两种选择：1）根据区域的外部特征来进行形式化表示2）根据区域的内部特征（比较区域内部的象素值）来来进行形式化表示3.2 特征表示与描述3.2 特征表示与描述3.2.1 特征表示与描述的基本概念 (1) 参数边界：将目标的轮廓线表示为参数曲线 (2) 边界点集合：各点间没有顺序 (3) 曲线逼近：用几何基元近似地逼近3.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计 基于边界的表示法设计1.链码2.多边形逼近3.外形特征4.边界分段5.区域骨架3.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计1.链码定义：1）链码是一种边界的编码表示法。

2）用边界的方向作为编码依据为简化边界的描述一般描述的是边界点集0123014672354-链码8-链码3.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计 链码举例：4-链码：0000333333222222111100113.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计1.链码算法：给每一个线段边界一个方向编码有4-链码和8-链码两种编码方法从起点开始，沿边界编码，至起点被重新碰到，结束一个对象的编码3.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计1.链码问题1：1）链码相当长2）噪音会产生不必要的链码改进1：1）加大网格空间2）依据原始边界与结果的接近程度，来确定新点的位置3.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计 链码举例：4-链码：0033322211013.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计1.链码问题2：1）由于起点的不同，造成编码的不同2）由于角度的不同，造成编码的不同改进2：1）从固定位置作为起点(最左最上)开始编码2）通过使用链码的首差代替码子本身的方式3.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计1.链码循环首差链码：用相邻链码的差代替链码例如：4-链码 10103322 循环首差为： 33133030循环首差：1 - 2 = -1(3) 3 - 0 = 3 0 - 1 = -1(3)3 - 3 = 0 1 - 0 = 12 - 3 = -1(3) 0 - 1 = -1(3)2 - 2 = 03.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计3.2 特征表示与描述链码平滑将原始的链码序列用较简单的序列代替虚线箭头：原始的在象素p和q之间的8-连通链码实线箭头：用来替换原始序列的新序列 3.2.2 表示法设计3.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计链码平滑示例空心圆：平滑后被除去的原轮廓点 3.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计2.多边形逼近基本思想：用最少的多边形线段，获取边界形状的本质。

寻找最小基本多边形的方法一般有两种：1）点合成法2）边分裂法3.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计2.多边形逼近点合成算法思想举例：RR T3.2 特征表示与描述3.2.2 表示法设计2.多边形逼近点合成算法：1）沿着边界选两个相邻的点对，计算首尾连接直线段与原始折线段的误差R2）如果误差R小于预先设置的阈值T去掉中间点，选新点对与下一相邻点对，重复1）；否则，存储线段的参数，置误差为0，选被存储线段的终点为起点，重复1）2）3）当程序的第一个起点被遇到，程序结束RR M-1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，因此M取得越小，细节部分丢失得越多M=4M=61M=62N=643.2 特征表示与描述傅立叶变换表达3）使用价值（1）较少的傅立叶描述子（如4个），就可以获取边界本质的整体轮廓（2）这些带有边界信息的描述子，可以用来区分明显不同的边界3.2 特征表示与描述傅立叶变换表达4）优点（1）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2）几何变换的描述子可通过对函数作简单变换来获得几何变换变换傅立叶描述子原形a(u) 旋转转a(u) = a(u) ej平移a(u) = a(u) + xy(u)放缩缩a(u) = a(u) 起点a(u) = a(u) e-j2k0u/N3.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子1.简单描述子2.形状数3.边界矩3.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子 1.）边界的长度边界/轮廓长度（区域周长）对区域 R，轮廓点 P： P本身属于 R P的邻域中有象素不属于 R1.简单描述子 3.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子1） 边界的长度!区域的轮廓点和内部点要采用不同的连通性来定义 (1) 内部点8-方向连通，轮廓为4-方向连通(2) 内部点4-方向连通，轮廓为8-方向连通3.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子1） 边界的长度 (1) 4-方向连通轮廓B4 (2) 8-方向连通轮廓B8使用单位长链码2个象素间直线段 2个象素间对角线段 3.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子2） 边界的直径边界上相隔最远2点之间的距离 距离度量：DE()，D4()，D8()3.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子3.）曲率斜率、曲率、角点（局部特性）斜率：轮廓点的（切线）指向曲率：斜率的改变率曲率大于零，曲线凹向朝着法线正向曲率小于零，曲线凹向朝着法线负向角点：曲率的局部极值点3.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子边界的曲率： 曲率被描述为斜率的变化率。

近似用相邻边界线段（描述为直线）的斜率差作为在边界线交点处的曲率描述子 交点a处的曲率为 dk = k1 k2 其中k1、k2 为相邻线段的斜率ak1k23.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子边界的凸线段点： 当顶点p上的曲率是非负时，称其为凸线段上的点边界的凹线段点： 当顶点p上的曲率为负时，称其为凹线段上的点P1P23.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子2.形状数链码的实用化形状数定义：最小循环首差链码循环首差链码：用相邻链码的差代替链码例如：4-链码 10103322 循环首差为：33133030循环首差:1 - 2 = -1(3) 3 - 0 = 3 0 - 1 = -1(3)3 - 3 = 0 1 - 0 = 12 - 3 = -1(3) 0 - 1 = -1(3)2 - 2 = 03.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子2.形状数形状数定义：例如： 4-链码 ：10103322 循环首差 ：33133|030形状数 ：03033133形状数序号n的定义： 形状数中阿拉伯数字的个数上例序数为8 对于封闭边界序号一定是偶数如order4、6、83.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子2.形状数序号为4、6、8的形状数举例： 序号4链码：0321首差：3333形状：3333序号6链码：003221首差：303303形状：033033序号8链码：00032221首差：30033003形状：003300333.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子2.形状数序号为6的形状数举例： 序号6链码：033211首差：330330形状：033033序号6链码：003221首差：303303形状：033033形状数与方向无关3.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子2.形状数序号为8的形状数举例： 序号8链码：03032211首差：33133030形状：03033133序号8链码：00332211首差：30303030形状：03030303序号8链码：00323211首差：30331330形状：030331333.2 特征表示与描述3.2.3边界描述子 2.形状数问题： 虽然链码的首差是不依赖于旋转的，但一般情况下边界的编码依赖于网格的方向。

改进： 规整化网格方向，具体方法如下：3.2 特征表示与描述2.3 特征表示与描述：边界描述子 2.形状数几个基本概念：边界最大轴a:是连接距离最远的两个点的线段边界最小轴b:与最大轴垂直，且其长度确定的包围盒刚好包围边界 边界离心率c：最大轴长度与最小轴长度的比c = a / b基本矩形: 包围边界的矩形3.2 特征表示与描述2.3 特征表示与描述：边界描述子 2.形状数基本概念举例边界最大轴a边界最小轴b基本矩形3.2 特征表示与描述2.3 特征表示与描述：边界描述子 2.形状数规整化网格方向算法的思想： 大多数情况下，将链码网格与基本矩形对齐，即可得到一个唯一的形状数 规整化网格方向的一种算法如下 ：（1）首先确定形状数的序号n；（2）在序号为n的矩形形状数中，找出一个与给定形状的基本矩形的离心率最接近的形状数3.2 特征表示与描述2.3 特征表示与描述：边界描述子 2.形状数（3）然后再用这个矩形与基本矩形对齐，构造网格4）用获得链码的方法得到链码；（5）再得到循环首差；（6）首差中的最小循环数即为形状数例如: 如果n=12，所有序号为12的矩形（即周长为12）为2*4，3*3，1*5。

如果2*4矩形的离心率最接近于给定边界的基本矩形的离心率，我们建立一个2*4的网格3.2 特征表示与描述2.3 特征表示与描述：边界描述子 2.形状数 规整化网格方向算法举例：链码：000033222121首差：300030300313形状：00030300313301233.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子形状数的阶形状数序列的长度闭合曲线阶是偶数凸形区域形状数的 阶对应区域边界 外包矩形的周长 3.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子3.边界矩基本思想： 将描述形状的任务减少至描述一个一维函数，边界段和特征的形状可以用矩量来量化地描述矩量的定义： 把边界当作直方图函数：g(r)rg(r)3.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子3.边界矩矩量的定义： Ln(r) = (ri- m)ng(ri) i=1 L其中 m = rig(ri) i=12描述了曲线相对于均值的分布3描述了曲线相对于均值的对称性 这里L是边界上点的数目, n(r)是边界的矩量3.2 特征表示与描述3.2.3 边界描述子矩量的优点：实现是直接的附带了一种关于边界形状的“物理”解释对于旋转的不敏感性为了使大小比例不敏感，可以通过伸缩r的范围来将大小正则化。

3.2 特征表示与描述3.2.4 区域描述子利用处在目标区域内的象素集合来描述区域的特点/特性1.简单区域描述符2.拓扑描述符 3.不变矩 3.2 特征表示与描述3.2.4 区域描述子 1)区域面积基于对象素个数的计数 2)区域重心基于区域所有象素计算 3)区域密度需结合灰度图和分割图1. 简单区域描述符3.2 特征表示与描述1)区域面积区域面积的不同计算方法利用对象素记数求区域面积，最简单合理 3.2.4区域描述子3.2 特征表示与描述1)区域面积多边形区域面积 ？NB是正好处在Q的轮廓上离散点的个数NI是Q的内部点的个数 令R为Q中所包含点的集合|R| = NB + NI 3.2.4区域描述子3.2 特征表示与描述1)区域面积多边形区域面积计算示例NI = 71，NB = 10， A(Q) = 75 多边形Q所定义的面积轮廓（点集）所定义的面积 3.2.4区域描述子3.2 特征表示与描述2)区域重心对非规则物体，其重心坐标和几何中心坐标常不相同 重心 几何中心 密度加权的目标重心 3.2.4区域描述子3.2 特征表示与描述3)区域密度 (1)透射率（transmission） T = 穿透目标的光 / 入射的光 (2)光密度（optical density） 入射的光与穿透目标的光的比（透射率的倒数），取以10为底的。