圖像特征提取與分析ppt課件.ppt

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1、東北大學(xué)信息學(xué)院陳東岳魏穎圖像處理分析與識(shí)別8.1基本概念8.2邊界特征的表征8.3邊界特征的描述8.4區(qū)域特征的表征與描述8.5子空間方法第八章圖像特征提取與分析8.1基本概念算法信息器官特征提取在視覺(jué)系統(tǒng)中的地位特征提取是圖像分析的根本目的,是將信息形式從原始圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像模式的中轉(zhuǎn)站,是連接感知功能與認(rèn)知功能的樞紐。8.1基本概念為什么要做特征提取圖像分析(通常為圖像分割)能夠獲取表征目標(biāo)的原始數(shù)據(jù),但通常這些原始數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)量過(guò)大、冗余信息過(guò)多、可分性差、不變性差等缺點(diǎn),因此我們需要找到更能有效反映信號(hào)分類特性及本質(zhì)的精煉表達(dá)形式特征提取的定義從信

2、號(hào)中提取出最能代表其分類本質(zhì)的特征的方法。特征提取的內(nèi)容特征的表征特征的描述特征的選擇8.1基本概念提取的特征應(yīng)具有的特點(diǎn)可區(qū)分性獨(dú)立性魯棒性(不變性,適應(yīng)性)數(shù)量少基于圖像信號(hào)的特征提取策略1)從目標(biāo)的外部信息入手(邊界)2)從目標(biāo)的內(nèi)部信息入手(區(qū)域包含的像素)8.1基本概念特征不變性(線性形變)平移不變性尺度不變性旋轉(zhuǎn)不變性仿射不變性8.2邊界特征的表征——鏈碼鏈碼是對(duì)圖像邊界點(diǎn)坐標(biāo)的一種精煉表征,該方法采用邊界點(diǎn)的排列順序和方向編碼來(lái)表示曲線。對(duì)于離散的數(shù)字圖像而言,區(qū)域的邊界輪廓可理解為邊界上相鄰的像素單元之間線段逐段相連而成。并對(duì)每一種類型(方向)

3、的線段定義對(duì)應(yīng)的碼字,將碼字連接從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)邊界曲線的編碼。常見(jiàn)的鏈碼形式有4鏈碼和8鏈碼方向角度編碼東00東北451北902西北1353西1804西南2255南2706東南31578.2邊界特征的表征——鏈碼a)原鏈碼方向圖a曲線的鏈碼為:01122233100000765556706其差分鏈碼為:21010010670000777001116圖b曲線的鏈碼為:23344455322222107770120其差分鏈碼為:21010010670000777001116目標(biāo)旋轉(zhuǎn)后,其鏈碼發(fā)生改變解決方案:差分鏈碼:用當(dāng)前線段與其前一個(gè)線段之間的逆時(shí)針夾角對(duì)應(yīng)的

4、碼字表征該線段b)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°8.2邊界特征的表征——鏈碼決定鏈碼的幾個(gè)因素1)起點(diǎn):為保持其旋轉(zhuǎn)不變性,通常要選擇一個(gè)與圖像位置和旋轉(zhuǎn)角度無(wú)關(guān)的確定方法,例如到目標(biāo)質(zhì)心距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)。2)行進(jìn)方向順時(shí)針,或者逆時(shí)針。3)尺度目標(biāo)的尺度決定了鏈碼的長(zhǎng)度,可以通過(guò)降采樣的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈碼的尺度不變性。8.2邊界特征的表征——鏈碼(a)原分辨率下的邊界采樣點(diǎn)(b)降采樣后的邊界點(diǎn)8.2邊界特征的表征——鏈碼(1)區(qū)域邊界的周長(zhǎng)假設(shè)區(qū)域的邊界鏈碼為,每個(gè)碼段ai所表示的線段長(zhǎng)度為那么該區(qū)域邊界的周長(zhǎng)為式中ne為鏈碼序列中偶數(shù)碼個(gè)數(shù);n為鏈碼序列中碼的總個(gè)數(shù)。(2)計(jì)

5、算區(qū)域的面積對(duì)x軸的積分S就是面積。式中,是初始點(diǎn)的縱坐標(biāo),ai0和ai2分別是鏈碼的環(huán)長(zhǎng)度在k=0(水平),k=2(垂直)方向的分量。對(duì)于封閉鏈碼(初始點(diǎn)坐標(biāo)與終點(diǎn)坐標(biāo)相同),y0能任意選擇。按順時(shí)針?lè)较蚓幋a,根據(jù)面積計(jì)算公式得到鏈碼所代表的包圍區(qū)域的面積。(3)對(duì)x軸的一階矩(k=0)8.2邊界特征的表征——鏈碼(4)對(duì)x軸的二階矩(k=0)(5)形心位置(xc,yc)S是面積,M1是鏈碼的一階矩。(6)兩點(diǎn)之間的距離如果鏈中任意兩個(gè)離散點(diǎn)之間的碼為,那么這兩點(diǎn)間的距離是根據(jù)鏈碼還可以計(jì)算其他形狀特征。8.2邊界特征的表征——多邊形近似最小周長(zhǎng)多邊形以柵格

6、為單位為目標(biāo)邊界建立一個(gè)內(nèi)接多邊形與一個(gè)外接多邊形,并在這兩個(gè)多邊形只見(jiàn)的區(qū)域?qū)ふ乙粭l周長(zhǎng)最小的多邊形閉合曲線所謂對(duì)原目標(biāo)邊界的近似。8.2邊界特征的表征——多邊形近似基于點(diǎn)的融合技術(shù)1)在邊界上選擇一個(gè)起點(diǎn),作為“擬合點(diǎn)集”2)按順時(shí)針將下一個(gè)邊界點(diǎn)加入擬合點(diǎn)集,利用最小二乘法對(duì)擬合點(diǎn)集內(nèi)的所有點(diǎn)進(jìn)行直線擬合。3)如果:a)擬合誤差小于閾值T,則重復(fù)步驟2)b)擬合誤差大于閾值T,保留上一次的直線擬合的結(jié)果,將擬合點(diǎn)集清空,將當(dāng)前的這個(gè)邊界點(diǎn)作為作為一個(gè)新的起點(diǎn)加入擬合點(diǎn)集。4)將每次保留的擬合直線中被相鄰的兩條擬合直線截出的線段作為多邊形的一條邊,最終形成

7、近似多邊形8.2邊界特征的表征——多邊形近似拆分技術(shù)根據(jù)點(diǎn)到直線的距離,對(duì)目標(biāo)邊界進(jìn)行分割,直到滿足某種近似條件為止。終止條件(例子)邊界點(diǎn)到近似多邊形的距離的方差小于某一閾值時(shí)終止初始分割:1)邊界上相互距離最遠(yuǎn)的兩個(gè)點(diǎn);2)整個(gè)目標(biāo)的主分量方向;8.2邊界特征的表征——標(biāo)記圖標(biāo)記圖是一種將邊界二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為一維函數(shù)的方法,最常用的算法是將邊界點(diǎn)到目標(biāo)質(zhì)心的距離作為對(duì)應(yīng)角度的函數(shù)。8.2邊界特征的表征——標(biāo)記圖標(biāo)記圖的不變性:平移不變性:標(biāo)記圖函數(shù)生成總是以目標(biāo)的質(zhì)心為原點(diǎn);尺度不變性:標(biāo)記圖函數(shù)歸一化(方差歸一化或線性壓縮置區(qū)間[01])將產(chǎn)生尺度不變性;

8、旋轉(zhuǎn)不變性:選擇從質(zhì)心到具有某種特性的

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