图像描述.ppt
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1、7. 图像描述,7.1 概述 图像描述:用一组描述子来表征图像中被描述物体的某些特征。描述子可以是一组数据或符号,定性或定量说明被描述物体的部分特性,或图像中各部分彼此间的相互关系,为图像分析和识别提供依据。 描述子:二值图像的几何特征和拓扑特征、二维区域描述、边界描述、纹理描述、三维物体描述。,7.2 二值图像的几何特征 7.2.1 简单的几何特征 1) 面积:,2) 周长:一般的三种近似的定义 区域和背景交界线(接缝)的长度 链码的长度 边界点数之和 注意:周长的计算精度受采样间隔、噪声、分割边缘是否光滑的影响显著。,3) 位置: 定义为物体的形心(质心)点。,4) 方向:定义为最小惯量轴
2、(主轴)的方向。最小惯量轴:目标物上找一条直线,使目标上的所有点到这条直线的垂直距离的平方和最小。 5) 投影,6)距离: 三种定义 欧氏距离 4邻域距离 8邻域距离,正规距离:存在s点,使下式成立。 点到图像子集S的距离的定义:,图像子集全等的定义:子集S和T点数相同,且存在一一映射h,若下式成立, 则S和T全等。(如T是S的平移或旋转若干个 ) 设 表示S的点到 (S的补集)的距离为t的点集,若t=1,则 为S的边界。 取不同的t可以得到不同的有实用价值的图像子集,如骨架(中轴)等,7.2.2 拓扑特性 拓扑逻辑是研究图形几何形状的理论,只要图形不出现撕裂或粘连,其拓扑性质并不受形状的变化
3、而改变。 1)邻接与连通 邻接:4邻接、6邻接、8邻接。6邻接不适于卷积、付里叶分析。 设A、B为图像子集,若A中至少有一点,其邻点在B内,称A、B邻接。,路径:图像中两点P、Q之间存在一系列点P=P0、P1、Pn=Q,其中Pi、 Pi-1的邻点,则P、Q之间存在长度为n的路径。 连通分量:对于图像子集S中任意一点p,S中所有的与p连通的点的集合称为S的连通分量,即一个连通区域。 路径、连通分量存在4邻点及8邻点的问题,未必相同。,2)背景与孔 设 为S的补集,凡是连通到图像边缘的 中所有点都属于 的同一连通分量,称这个分量为S的B,而 其它的连通分量称S的孔。 注意:S和 需采用不同的邻接定
4、义。,3) 包围与边界 包围的定义:S、T是两个不相交的子集,若从S中的任一点到达图像边缘的任一路径必定与T相遇,则称T包围S,或S在T内。 S的边界S定义:在 中有邻点的S中点的集合。 差集S-S称为S的内部。 4) 目标物体的标记,7.3 二维形状描述,7.3.1 区域描述 1)简单区域描述 分散度 分散度=P2/A 面积形状测度。圆最紧凑(4 )。分散度一样,形状未必一样。 (2)伸长度 伸长度=A/W2 A为图像子集S的面积,W为子集S的宽度,即使S完全消失的最小收缩步数。面积一定,宽度越小则越长。,(3) 欧拉(Euler)数 E=C-H C为物体的连通部分数,H为孔数,只要不出现撕
5、裂或折叠,拉伸压缩旋转不变。,(4)凹凸性 子集S为凸状的二条等效定义(教材上四条=,= ) 任一条直线与S只相交一次。 对S中的任意两点相连的直线完全在S中。 凸壳:对于任意一个子集S,有一个最小的包含S的凸集,称其为凸壳。,(5)复杂性 可以从不同的角度去定义图像的复杂度:边界曲率极大值的角度数目多少、或变化量的绝对值大小,或要确定或描述物体的信息量的多少。 (6)偏心度 用区域的主轴和辅轴之比来定义偏心度。所谓主轴是指两个方向上的最长值。也可计算惯性主轴比,式7.3.3式7.3.5,涉及矩不变量的计算。,(7)同心圆比/圆环面积比 具有RST不变性。,2)矩不变量,(1)矩不变量基本原理
6、 连续图像 (p+q)阶矩定义为黎曼积分形式,中心距的定义(进行质心点 位置的归一化处理),式中,数字图像,二值图像,可见, 是区域R的面积,中心矩,定义归一化中心矩(对中心矩进行大小的归一化处理),胡名桂利用 表示了7个具有RST不变性的矩不变量。式7.3.15,(2) 矩特征的物理意义 低阶矩描述图像的整体特征: 零阶矩反映了目标的面积、一阶矩反映目标的质心位置、二阶矩反映了目标的主轴、辅轴的长短和主轴的方向角。式7.3.167.3.18 高阶矩主要描述了图像的细节: 如目标的扭曲度和峰态的分布等。,投影矩不变量 对图像作投影变换实现降维,算法在 作投影,将二维矩变成一维矩,提高运算速度。
7、,(4)矩特征在目标识别中的应用 通过对不同照度场、不同姿态下物体进行矩特征的统计分析,选取若干个具有明显差异(均值及方差)的矩或组合矩特征量(应具有RST不变性),建立特征库。 计算待识别物体的相应特征量,按一定的准则,计算与各类目标的隶属度,找出最小的隶属度值。,在最小的隶属度值中找最大值(在最不像当中找最像的)。 最后同一个设定的阈值相比,若大于阈值,则找到了在最小隶属度中最大的那类目标,否则,图像中没有需识别的目标。,3)中轴变换、收缩、膨胀及细化运算,(1)中轴变换 中轴变换可以用中轴(骨架)来描述区域的几何特征,还可用中轴变换来重建原始区域。,中轴生成的方式: 设B为图像区域S的边
8、界,S中的某一点x,若边界B上至少有两点y使式 成立,其中 为欧氏距离,则该点x位于中轴上。 图像区域S中某点x属于中轴的充要条件是,中心在x的包含在S中的最大圆,不再包含在S中的另一个更大的圆中。,(2)收缩和膨胀 收缩是将S的边界点用 的值来代替,而膨胀是将 中的边界点添加到S中。 说明: 在收缩及膨胀中邻域的定义要保持一致。,收缩S相当于膨胀 ;膨胀S相当于收缩 。收缩与膨胀可重复多次或组合进行。 如 存在如下关系:,用中轴变换可得物体的中轴,形象化的说明叫“火烧草地”。 先膨胀后收缩,独立点不变,而成团聚集点的会成块,及孔会消失。 先收缩后膨胀可以平滑图像,去除噪声。,(3) 细化 细
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