图像特征表示与描述
多尺度理论及图像特征课件
要点二
详细描述
多尺度分析能够提取图像在不同尺度上的特征，这对于一些需要同时识别图像全局和局部特征的任务非常有利。例如，在人脸识别、物体识别等领域，多尺度理论的应用已经取得了显著成果。通过综合利用不同尺度上的特征信息，可以有效地提高图像识别的准确率和鲁棒性，对于实际应用具有重要的意义。
05
案例分析
多尺度理论及图像特征课件
CATALOGUE
目录
多尺度理论概述多尺度理论的基本原理图像特征提取方法多尺度理论在图像处理中的应用案例分析
01
多尺度理论概述
总结词
多尺度理论是一种处理和分析数据的理论框架，它强调在不同尺度上观察和分析数据的重要性。
详细描述
多尺度理论认为，同一数据在不同尺度上具有不同的特征和规律，因此需要从多个尺度上对数据进行观察和分析，以便更全面地理解数据的本质和规律。
02
多尺度理论的基本原理
多尺度变换原理是利用不同尺度的信号表示方法，对原始信号进行多尺度分析，以提取不同尺度下的特征。
总结词
多尺度变换原理的核心思想是将信号在不同尺度上进行分解，通过在不同尺度上对信号进行变换，可以得到信号在不同尺度上的特征表示。这种多尺度特征表示可以更好地描述信号的复杂性和细节信息，从而更好地理解和分析信号。
小波变换是一种信号处理方法，通过将信号分解成不同频率的成分，提取出信号的特征信息。
傅里叶变换是一种信号处理方法，通过将信号从时域转换到频域，提取出信号的特征信息。
04
多尺度理论在图像处理中的应用
利用多尺度理论对图像进行去噪处理，能够有效地去除噪声，提高图像质量。
多尺度理论通过将图像在不同尺度上进行分解，提取不同尺度上的特征，再根据这些特征进行去噪。这种方法能够更好地保留图像的细节和边缘信息，避免传统去噪方法可能导致的图像模糊问题。
第5章-图像特征提取与分析幻灯片课件
像 特
矩来描述颜色的分布。
征 颜色矩通常直接在RGB空间计算。
提 取
颜色分布的前三阶矩表示为：
与 分 析
i
1 N
N
Pij
j 1
i
(1 N
N
(Pij i)2)12
j1
si
( 1 N
N
(Pij
j1
i)3)13
第
4 章
4.2.3
颜色矩
图 特点
像
特 图像的颜色矩有九个分量（3个颜色分量，每个分
征 提
V
H
析 其中两个delta值分别是通过图像卷积下列两个操作
符所得到的水平和垂直方向上的变化量定义的：
1 0 1
111
1 0 1
000
1 0 1
1 1 1
第
4 4.3.2 Tamura 纹理特征
提 取
选取的特征应具有如下特点：
与
可区别性
分 析
可靠性
独立性好
数量少
第
4 章
4.1.1
基本概念
图 特征选择和提取的基本任务
像 特 如何从众多特征中找出最有效的特征。
征 提
图像特征提取的方法
取 与
低层次：形状、纹理、颜色、轮廓等图像某一方面
分 的特征。
析 中层次：
高层次：在图像中层次特征基础上的再一次抽象，
征 提
从广义上讲，图像的特征包括基于文本的特征
取 （如关键字、注释等）和视觉特征（如色彩、纹理、
与 分
形状、对象表面等）两类。
析
视觉特征分类：颜色(color)、形状(shape)、
纹理(texture)等
理解一次函数的图像特征
理解一次函数的图像特征一次函数是数学中常见的一种函数类型，其图像特征具有一定的规律性和可观察性。
通过深入理解一次函数的图像特征，我们可以更好地解读和分析函数在数轴上的变化规律，进而应用于实际问题中。
本文将从斜率、截距和变化趋势等方面，探讨一次函数的图像特征。
一、斜率的意义与影响一次函数的图像特征中，斜率起着重要的作用。
斜率代表了函数图像在数轴上的倾斜程度，表征了函数值随自变量增大而变化的速率。
一次函数的斜率常用符号k表示。
斜率为正数时，函数图像呈现上升趋势，说明随着自变量的增大，函数值也随之增大。
斜率的绝对值越大，函数上升或下降的速度越快。
斜率为负数时，函数图像呈现下降趋势，说明随着自变量的增大，函数值反而减小。
同样，斜率的绝对值越大，函数下降速度越快。
当斜率为0时，函数图像是平行于自变量轴（x轴）的水平线，表示函数值保持不变。
斜率为正无穷大或负无穷大时，函数图像是垂直于自变量轴（x轴）的直线，表示函数值无穷增长或无穷减小。
二、截距的含义与分析截距是描述一次函数图像特征的另一个重要参数。
截距代表了函数图像与数轴的交点，即函数在自变量为0时的函数值，常用符号b表示。
截距为正数时，函数图像与y轴有一个正的交点，说明当自变量为0时，函数的值为正。
截距为负数时，函数图像与y轴有一个负的交点，说明当自变量为0时，函数的值为负。
截距为0时，函数图像与y轴交于原点，说明当自变量为0时，函数的值也为0。
三、变化趋势的分析与应用通过斜率和截距，我们可以更加具体地分析一次函数的变化趋势。
当斜率为正数且截距为正数时，函数图像从左下方逐渐上升，在数轴上右侧的函数值逐渐增大。
当斜率为正数且截距为负数时，函数图像从左上方逐渐下降，在数轴上右侧的函数值逐渐减小。
当斜率为负数且截距为正数时，函数图像从左下方逐渐上升，在数轴上右侧的函数值逐渐减小。
当斜率为负数且截距为负数时，函数图像从左上方逐渐下降，在数轴上右侧的函数值逐渐增大。
图像纹理特征总体描述
图像纹理特征总体简述纹理是一种反映图像中同质现象的视觉特征，它体现了物体表面的具有缓慢变化或者周期性变化的表面结构组织排列属性。
纹理具有三大标志：∙某种局部序列性不断重复；∙非随机排列；∙纹理区域内大致为均匀的统一体；不同于灰度、颜色等图像特征，纹理通过像素及其周围空间邻域的灰度分布来表现，即局部纹理信息。
另外，局部纹理信息不同程度上的重复性，就是全局纹理信息。
纹理特征体现全局特征的性质的同时，它也描述了图像或图像区域所对应景物的表面性质。
但由于纹理只是一种物体表面的特性，并不能完全反映出物体的本质属性，所以仅仅利用纹理特征是无法获得高层次图像内容的。
与颜色特征不同，纹理特征不是基于像素点的特征，它需要在包含多个像素点的区域中进行统计计算。
在模式匹配中，这种区域性的特征具有较大的优越性，不会由于局部的偏差而无法匹配成功。
在检索具有粗细、疏密等方面较大差别的纹理图像时，利用纹理特征是一种有效的方法。
但当纹理之间的粗细、疏密等易于分辨的信息之间相差不大的时候，通常的纹理特征很难准确地反映出人的视觉感觉不同的纹理之间的差别。
例如，水中的倒影，光滑的金属面互相反射造成的影响等都会导致纹理的变化。
由于这些不是物体本身的特性，因而将纹理信息应用于检索时，有时这些虚假的纹理会对检索造成“误导”。
一. 纹理特征的特点∙优点：∙包含多个像素点的区域中进行统计计算；∙常具有旋转不变性；∙对于噪声有较强的抵抗能力；∙缺点：∙当图像的分辨率变化的时候，所计算出来的纹理可能会有较大偏差；∙有可能受到光照、反射情况的影响；∙从2-D图像中反映出来的纹理不一定是3-D物体表面真实的纹理；二. 纹理特征分类1. 基本说明纹理特征分类图如下所示：纹理特征的提取，一般都是通过设定一定大小的窗口，然后从中取得纹理特征。
然而窗口的选择，存在着矛盾的要求：∙窗口设定大：纹理是一个区域概念，它必须通过空间上的一致性来体现。
观察窗口取的越大，能检测出同一性的能力愈强；反之，能力愈弱；∙窗口设定小：由于不同纹理的边界对应于区域纹理同一性的跃变，因此为了准确地定位边界，要求将观察窗口取得小一点；这种情况下，会出现困难是：窗口太小，则会在同一种纹理内部出现误分割；而分析窗太大，则会在纹理边界区域出现许多误分割。
图像特征特点及其常用的特征提取与匹配方法
图像特征特点及其常用的特征提取与匹配方法[ 2006-9-22 15:53:00 | By: 天若有情 ]常用的图像特征有颜色特征、纹理特征、形状特征、空间关系特征。
一颜色特征（一）特点：颜色特征是一种全局特征,描述了图像或图像区域所对应的景物的表面性质。
一般颜色特征是基于像素点的特征，此时所有属于图像或图像区域的像素都有各自的贡献。
由于颜色对图像或图像区域的方向、大小等变化不敏感，所以颜色特征不能很好地捕捉图像中对象的局部特征。
另外，仅使用颜色特征查询时，如果数据库很大，常会将许多不需要的图像也检索出来。
颜色直方图是最常用的表达颜色特征的方法，其优点是不受图像旋转和平移变化的影响，进一步借助归一化还可不受图像尺度变化的影响，基缺点是没有表达出颜色空间分布的信息。
（二）常用的特征提取与匹配方法（1）颜色直方图其优点在于：它能简单描述一幅图像中颜色的全局分布，即不同色彩在整幅图像中所占的比例，特别适用于描述那些难以自动分割的图像和不需要考虑物体空间位置的图像。
其缺点在于：它无法描述图像中颜色的局部分布及每种色彩所处的空间位置，即无法描述图像中的某一具体的对象或物体。
最常用的颜色空间：RGB颜色空间、HSV颜色空间。
颜色直方图特征匹配方法：直方图相交法、距离法、中心距法、参考颜色表法、累加颜色直方图法。
（2）颜色集颜色直方图法是一种全局颜色特征提取与匹配方法，无法区分局部颜色信息。
颜色集是对颜色直方图的一种近似首先将图像从RGB颜色空间转化成视觉均衡的颜色空间（如HSV 空间），并将颜色空间量化成若干个柄。
然后，用色彩自动分割技术将图像分为若干区域，每个区域用量化颜色空间的某个颜色分量来索引，从而将图像表达为一个二进制的颜色索引集。
在图像匹配中，比较不同图像颜色集之间的距离和色彩区域的空间关系（3）颜色矩这种方法的数学基础在于：图像中任何的颜色分布均可以用它的矩来表示。
此外，由于颜色分布信息主要集中在低阶矩中，因此，仅采用颜色的一阶矩（m ean）、二阶矩（variance）和三阶矩（skewness）就足以表达图像的颜色分布。
图像特征及图像特征提取
图像特征及图像特征提取图像特征是图像中的显著和重要的信息，用于描述和区分不同的图像。
图像特征提取是从图像中提取这些特征的过程。
图像特征可以分为两类：全局特征和局部特征。
全局特征是整个图像的统计性质，例如颜色直方图、颜色矩和纹理特征等。
局部特征则是在图像的局部区域中提取的特征，例如SIFT（尺度不变特征变换）、HOG（方向梯度直方图）和SURF（加速稳健特征）等。
图像特征提取的过程可以分为以下几步：1.预处理：对图像进行去噪、图像增强、颜色空间转换等处理，以提高图像的质量和可分辨性。
2.特征选择：根据具体应用需求和图像特征的表达能力，选择适合的特征。
例如，对于目标识别任务，可以选择具有良好局部不变性和可区分性的局部特征。
3.特征提取：根据选择的特征，从图像中提取特征。
对于全局特征，可以使用颜色直方图、颜色矩、纹理特征等方法；对于局部特征，可以使用SIFT、HOG、SURF等方法。
4.特征表示：将提取的特征表示为向量或矩阵形式，以便后续的分类、检索或识别任务。
5.特征匹配：对于图像检索、图像匹配等任务，需要将查询图像的特征与数据库中的图像特征进行比较和匹配，找到最相似的图像。
图像特征提取的方法和算法有很多，以下是一些常用的方法：1.颜色特征：颜色是图像的重要特征之一、颜色直方图描述了图像中每个颜色的分布情况，颜色矩描述了图像中颜色的平均值和方差等统计性质。
2.纹理特征：纹理是图像中的重要结构信息。
常用的纹理特征提取方法有灰度共生矩阵、方向梯度直方图、小波变换等。
3.形状特征：形状是物体的基本属性之一、形状特征提取方法有边缘检测、形状描述子等。
4.尺度不变特征变换（SIFT）：SIFT是一种局部特征提取方法，具有尺度不变性和旋转不变性，适用于图像匹配和目标识别任务。
5.方向梯度直方图（HOG）：HOG是一种局部特征提取方法，通过计算图像中每个像素的梯度方向和强度，获得图像的局部特征。
6.加速稳健特征（SURF）：SURF是一种局部特征提取方法，具有尺度不变性和旋转不变性，适用于图像匹配和目标识别任务。
函数的基本概念和图像特征
函数的基本概念和图像特征函数是数学中一个非常重要的概念，它就像是一座桥梁，连接着不同的数学领域和实际应用。
理解函数的基本概念和图像特征对于我们解决数学问题、理解自然界的规律以及进行各种科学研究都具有极其重要的意义。
让我们先来谈谈函数的基本概念。
简单来说，函数就是一种特殊的对应关系。
想象有两个集合，比如集合 A 里装着各种输入值，集合 B 里装着对应的输出值。
如果对于集合 A 中的每一个元素，按照某种特定的规则，在集合 B 中都能找到唯一确定的元素与之对应，那么我们就说这构成了一个函数。
比如说，我们有一个函数 f(x) ＝ 2x 。
这里的 x 就是输入值，当 x 取 1 时，通过“乘以2”这个规则，得到的输出值就是 2 ；当 x 取 2 时，输出值就是 4 。
每一个输入的 x ，都能通过这个规则得到唯一确定的输出值，这就是函数的本质。
函数通常用符号 f(x) 来表示，其中 x 被称为自变量，f(x) 被称为因变量。
自变量可以是任何数或者其他数学对象，而因变量则是根据自变量和函数规则计算出来的值。
函数的定义域和值域也是非常重要的概念。
定义域就是自变量可以取值的范围，比如在上面的函数 f(x) ＝ 2x 中，如果没有其他限制，定义域通常是所有实数。
值域则是因变量可能取得的值的范围。
对于这个简单的函数，因为可以取到任意实数作为自变量 x ，所以值域也是所有实数。
接下来，我们聊聊函数的图像特征。
函数的图像就像是函数的“照片”，它能够直观地展现函数的性质和特点。
以最简单的线性函数 y ＝ x 为例，它的图像是一条经过原点、斜率为 1 的直线。
这条直线一直向右上方延伸，表明随着 x 的增大，y 也随之增大，而且增大的速度是均匀的。
再看二次函数 y ＝ x²，它的图像是一条开口向上的抛物线。
当 x ＜0 时，函数值随着 x 的增大而减小；当 x ＞ 0 时，函数值随着 x 的增大而增大。
抛物线的最低点就是函数的最小值点。
图像特征表示与描述_图文_图文
• 用链码后，对象只要用1)起点坐标，2)周长（边 界点数）3)链码，4)对象编号，就可以描述。
• 链码一般用于一幅图像中有多个对象的情况，对 单个对象不适用。
3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
• 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
3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
• 多边形逼近
– 点合成算法思想举例：
R R<T
3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
• 多边形逼近
R
– 点合成算法：
R<T
3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
• 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
3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
• 链码
– 循环首差链码：用相邻链码的差代替链码
k2
• 简单描述子
– 边界的曲率：
a
k1
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
3.3.3 特征表示与描述：边界描述子
P1
• 简单描述子
P2
– 边界的凸线段点：
(c) p2 * p4 * p6 = 0 （p2 、p4 、p6 至少有一个0） (d) p4 * p6 * p8 = 0 （p4 、p6 、p8 至少有一个0）
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3-0=3
第
0 - 1 = -1(3) 3 - 3 = 0
三
1-0=1
2 - 3 = -1(3)
节
0 - 1 = -1(3) 2 - 2 = 0
特 征 表 示 与 描 述
33133030
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
数
字
图
像
• 链码
分
– 应用背景：
析
• 如果边界的本身对于旋转和比例修改来说是无变化的，使用链码才是正确的。一般
析
1）如果关注的焦点是形状特性，选择外部表示方式
2）如果关注的焦点是反射率特性，如颜色、纹理时，选择内部表示方式
第
3）所选表示方式，应该对尺寸、变换、旋转等变量尽可能的不敏感
三
节
特 征 表 示 与 描 述
第 三 章
数
3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
字
图
像
分
• 表示法设计
析
– 链码
– 多边形逼近
特 征 表 示 与 描 述
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
数
字
图
像
分 析
• 多边形逼近 – 点合成算法的问题： 顶点一般不对应于边界的拐点（如拐角）。因为新的线段直到超过误差的阈值才开始。
下面讲到的分裂法可用于缓解这个问题
第
三
节
特 征 表 示 与 描 述
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
第 三
– 外形特征 – 边界分段 – 区域骨架
节
特 征 表 示 与 描 述
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
数
字
图 • 链码
像
– 定义：1）链码是一种边界的编码表示法。
分
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。
析
第
三
节
1
特
4-链码
征
表
示
2
与
描
述 3
2
3
1
8-链码
分 析
– 基本思想 • 表示一个平面区域结构形状的重要方法是把它削减成图形。这种削减可以通过细化 （也称为抽骨架）算法，获取区域的骨架来实现
• Blum的中轴变换方法（MAT）
第
设:R是一个区域，B为R的边界点，对于R中的点p，找p在B上“最近”的邻居。如果p
三
有多于一个的邻居，称它属于R的中轴（骨架）
第
– 改进2：
三 节
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
特 征 表 示 与 描 述
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
数
字
图
像
分 析
• 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：
循环首差：1 - 2 = -1(3)
第 三 节
特
征
表
示
与
S
描
述
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
数
字
图
像
分
• 边界分段
析
– 问题：
• 噪音的影响，导致出现零碎的划分。
第 三
– 解决的方法： • 先平滑边界，或用多边形逼近边界，然后再分段
节
特 征 表 示 与 描 述
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
数
字
图
像
• 区域骨架
字
图
像
分
析
• 边界描述子
– 简单描述子
第
– 形状数
三 节
– 傅立叶描述子 – 矩量
特 征 表 示 与 描 述
第
三
章 3.3.3 特征表示与描述：边界描述子
数
字
图
像 • 简单描述子
分 析
– 边界的周长： 是最简单的描述符之一。沿轮廓线计算象素的个数，给出了一个长度的近似估计
– 边界的直径：边界B的直径是：
特
征
表
示
与
描
述
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
数
字
图 像
• 区域骨架 所有条件都满足，才打删除标记。删除并不立即进行，而是等到对所有边界点都打完标
分
记后，再把作了标记的点一起删除
析
– 举例:
N(p1) = 4
第
S(p1) = 3
三
p2*p4*p6 = 0
节
p4*p6*p8 = 0 第2个条件没0满足不0打标记1
第
• 按操作2，给边界点打标记——删除点
三
• 这个基本过程反复进行，直至没有点可以删除为止。此时算法终止。
节
特 征 表 示 与 描 述
第 三 章
数
字
图
像
• 区域骨架
分
– 例:
析
第 三 节 特 征 表 示 与 描 述
3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
第 三 章
数
3.3.3 特征表示与描述：边界描述子
特 征 表 示 与 描 述
第
三
章 3.3.1 特征表示与描述的基本概念
数
字
图
像
• 基本概念
分
– 外部特征来进行形式化表示举例：
析
第 三 节 特 征 表 示 与 描 述
第
三
章
3.3.1 特征表示与描述的基本概念
数
字
图
像 分
• 基本概念
– 选择表达方式，要本着使数据变得更有利于下一步的计算工作。下一步工作是基于所选的表达 方式描述这个区域，一般情况下：
0
4
0
5
7
6
第 三 章
数
字
图
像
分
• 链码举例：
析
3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
第 三 节
特
征
表
示
4-链码：000033333322222211110011
与
描
述
第 三 章
数
3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
字
图
像
分
• 链码
析
– 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。
节
特 征 表 示 与 描 述
第 三 章
数
字
图
像
分
• 链码举例：
析
3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
第 三 节
特
征
表
示
4-链码：003332221101
与
描
述
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
数
字
图
像 • 链码
分
– 问题2：
析
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
数
字
图
像
• 外形特征
分 析
– 问题：函数过分依赖于旋转和比例的变化 – 改进：
• 对于旋转——两种改进：
a.选择离质心最远的点作为起点
第
b.选择从质心到主轴最远的点作为起点
三
• 对于比例变换：
节
对函数进行正则化，使函数值总是分布在相同的值域里，比如说[0，1]
特 征 表 示 与 描 述
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
（1）不移去端点
第
（2）不破坏连通性
三
（3）不引起区域的过度腐蚀
节
特 征 表 示 与 描 述
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
数
字
图
像
分
• 区域骨架
析
– 一种细化二值区域的算法 • 假设区域内的点值为1，背景值为0
第
• 这个方法由对给定区域的边界点连续进行两个基本操作构成 • 这里边界点是指任何值为1且至少有一个8邻域上的点为0的象素
Diam(B) = max[D(pi, pj)]
第
D是欧氏距离或几何距离，pi, pj是边界上的点。直径的长度和直径的两个端点连线（这
三
条线被称为边界的主轴）的方向，是关于边界的有用的描述符。
节
特 征 表 示 与 描 述
三
重复（1）；
节
（3）如果没有超过阈值的正交距离，结束。
特 征 表 示 与 描 述
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
数
字
图
像
分
析
• 外形特征
– 基本思想：
第
外形特征是一种用一维函数表达边界的方法。基本思想是把边界的表示降到一维函数
三
节
特 征 表 示 与 描 述
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
数
字
图
像 • 边界分段
分 析
– 基本概念： • 一个任意集合S（区域）的凸起外缘H是：包含S的最小凸起的集合 • H-S的差的集合被称为集合S的凸起补集D
第 三 节
特
S
D
描
述
S+D=H
第
三
章 3.3.2 特征表示与描述:表示法设计
数
字
图
像
• 边界分段
分 析