第三讲 视觉图像特征信息提取
图像特征提取方法详解(Ⅲ)
图像特征提取方法详解图像特征提取是计算机视觉和图像处理领域中的一个重要任务，它是对图像中的信息进行分析和提取，以便进行后续的图像识别、分类和分析。
在图像处理和计算机视觉应用中，图像特征提取是至关重要的一步，因为它直接影响了后续处理的结果。
一、图像特征的概念图像特征是指图像中能够表征其内容和结构的可测量属性。
常见的图像特征包括颜色、纹理、形状、边缘等。
这些特征可以帮助我们理解图像的含义，区分不同的物体、场景和结构。
二、图像特征提取的方法1. 颜色特征提取颜色是图像中最直观和重要的特征之一。
常用的颜色特征提取方法包括直方图统计、颜色矩和颜色空间转换。
直方图统计是通过统计图像中每种颜色出现的频率来提取颜色特征，它可以帮助我们了解图像中的主要颜色分布。
颜色矩是一种用于描述颜色分布和颜色相关性的方法，它可以帮助我们定量地比较不同图像之间的颜色特征。
颜色空间转换则是将图像的RGB颜色空间转换为其他颜色空间（如HSV、Lab等），以便更好地提取颜色特征。
2. 纹理特征提取纹理是图像中的重要特征之一，它可以帮助我们理解图像中的细节和结构。
常见的纹理特征提取方法包括灰度共生矩阵、小波变换和局部二值模式。
灰度共生矩阵是一种用于描述图像纹理结构的统计方法，它可以帮助我们了解图像中不同区域的纹理分布。
小波变换是一种多尺度分析方法，它可以帮助我们提取图像中不同尺度和方向的纹理特征。
局部二值模式是一种用于描述图像局部纹理特征的方法，它可以帮助我们快速提取图像中的纹理信息。
3. 形状特征提取形状是图像中的重要特征之一，它可以帮助我们理解图像中的对象和结构。
常见的形状特征提取方法包括边缘检测、轮廓提取和形状描述子。
边缘检测是一种用于提取图像中边缘信息的方法，它可以帮助我们理解图像中的对象轮廓和结构。
轮廓提取是一种用于提取图像中对象轮廓信息的方法，它可以帮助我们理解图像中的对象形状和结构。
形状描述子是一种用于描述图像对象形状特征的方法，它可以帮助我们快速提取图像中的形状信息。
使用计算机视觉技术对图像进行特征提取的步骤
使用计算机视觉技术对图像进行特征提取的步骤随着计算机视觉技术的不断发展，图像特征提取在图像处理和模式识别领域中扮演着重要的角色。
图像特征提取是指从输入图像中提取有限的代表性信息，用于描述图像的某些视觉特征。
这些特征可以用于图像分类、目标检测、图像分割等各种应用。
本文将介绍使用计算机视觉技术对图像进行特征提取的基本步骤。
1. 图像预处理在进行特征提取之前，首先需要对图像进行预处理。
图像预处理包括图像的去噪、平滑、灰度化等操作。
去噪可以消除图像中的噪声，提高后续处理的准确性。
平滑操作可以减少图像中的细节信息，使得后续特征提取更加稳定和可靠。
灰度化将彩色图像转换为灰度图像，简化后续处理的复杂度。
2. 特征提取方法选择选择适合的特征提取方法是图像处理的核心。
根据具体应用的需求和图像的特点，可以选择不同的特征提取方法。
常用的特征提取方法包括颜色直方图、纹理特征、形状特征等。
颜色直方图可以描述图像颜色的分布情况，纹理特征可以描述图像的纹理结构，形状特征可以描述图像中的物体形状。
可以根据实际需求选择一个或多个特征提取方法。
3. 特征计算在选择了特征提取方法之后，需要计算图像的特征值。
对于每幅图像，根据所选的特征提取方法，计算相应的特征值。
例如，对于颜色直方图特征，可以计算图像中各个颜色通道的像素分布情况；对于纹理特征，可以计算图像的灰度共生矩阵等。
特征计算过程中，需要进行数学运算和统计分析，以得到有意义的特征描述子。
4. 特征选择和降维在计算特征之后，可以进行特征选择和降维的操作。
特征选择可以基于某些准则，选择具有代表性和辨别性的特征子集。
这样可以减少特征向量的维度，提高特征计算和分类的效率。
特征降维可以利用主成分分析(PCA)等方法，将高维特征向量映射到低维特征空间中，保留最重要的特征信息。
特征选择和降维的目的是提高特征的表示能力和分类效果。
5. 特征表示和分类器设计特征提取完成之后，需要将图像的特征表示为可供分类器使用的形式。
计算机视觉导论像处理与特征提取
计算机视觉导论像处理与特征提取计算机视觉导论：图像处理与特征提取计算机视觉是研究如何使机器“看”和理解图像或视频的科学与技术。
在计算机视觉领域中，图像处理是一项基础工作，而特征提取则是其中的重要环节。
本文将介绍计算机视觉导论中的图像处理方法以及特征提取的技术原理和应用。
1. 图像处理图像处理利用计算机技术对图像进行处理、改变和增强。
它可以包括图像增强、图像恢复、图像压缩、图像分割和图像去噪等多个方面。
图像处理技术在计算机视觉中扮演着重要的角色，因为它可以有效地减少图像的噪声、增强图像的对比度，并提供更好的输入数据给其他计算机视觉算法。
1.1 图像增强图像增强是指对图像进行处理以改善其视觉效果或增强所需信息的过程。
常见的图像增强技术包括直方图均衡化、对比度拉伸和颜色平衡等。
直方图均衡化可用于增强图像的对比度，对比度拉伸可以调整图像的亮度级别，而颜色平衡则可以更好地还原图像的真实颜色。
1.2 图像恢复图像恢复是指从受损或退化的图像中恢复出原始图像的过程。
受损的图像可能会有模糊、噪声或重影等问题，因此需要采用一系列的图像处理技术来恢复原始信息。
常见的图像恢复方法包括盲解卷积、去模糊和去噪等。
1.3 图像压缩图像压缩是指通过减少图像数据的表示以减小其文件大小的过程。
图像压缩可以分为有损和无损两种方式。
在有损压缩中，我们可以根据图像的特性丢弃一些不明显的信息来减小文件大小，而无损压缩则通过压缩算法将图像数据压缩到较小的尺寸而不损失任何信息。
常见的图像压缩算法包括JPEG和PNG。
1.4 图像分割图像分割是将图像分成多个区域或对象的过程。
它可以用于检测和分离图像中的不同物体或区域。
图像分割算法可以基于灰度、颜色、纹理或边缘等特性进行。
常见的图像分割方法有阈值分割、边缘检测和区域生长等。
1.5 图像去噪图像去噪是指消除图像中的噪声以提高图像质量的过程。
图像噪声可以是由于图像采集过程中的传感器问题、电磁辐射或图像传输过程中引入的。
如何使用计算机视觉技术提取图像特征
如何使用计算机视觉技术提取图像特征计算机视觉技术是指让计算机通过模仿人的视觉感知和理解图像的能力来处理和分析图像的一门学科。
在现代科技的驱动下，计算机视觉在各个领域都发挥着重要作用，如人脸识别、图像检索、自动驾驶等。
其中，提取图像特征是计算机视觉技术中的重要一环，它可以帮助我们理解图像的内容和特点。
本文将介绍如何使用计算机视觉技术提取图像特征。
一、图像特征提取的概念和方法图像特征是指从图像中提取出来的能够描述图像内容的有意义的信息。
图像特征提取是计算机视觉中的基础任务之一，它可以将图像中的大量信息进行压缩和表示，从而方便后续的图像处理和分析。
常见的图像特征包括颜色、纹理、边缘等。
在图像特征提取中，常用的方法包括：1. 基于颜色的特征提取：通过提取图像中的颜色信息，可以用来区分不同对象或者场景。
常见的颜色特征提取方法有颜色直方图、颜色矩等。
2. 基于纹理的特征提取：纹理特征可以描述图像中的细节信息，包括表面纹理和结构纹理。
常见的纹理特征提取方法有灰度共生矩阵、Gabor滤波器等。
3. 基于边缘的特征提取：边缘是图像中明显的灰度变化区域，边缘特征可以用于分割和识别对象。
常见的边缘特征提取方法有Canny边缘检测、Sobel算子等。
二、使用计算机视觉技术提取图像特征的步骤1. 图像预处理：在进行图像特征提取之前，通常需要对图像进行预处理。
预处理的目的是消除噪声、增强图像的对比度、去除不相关的细节等。
常见的预处理方法包括图像平滑、图像增强、灰度化等。
2. 特征提取：在选择了合适的特征提取方法后，可以对预处理后的图像进行特征提取。
特征提取的方法和步骤会根据选择的特征类型而有所不同。
例如，在基于颜色的特征提取中，可以将图像转换为颜色空间，并计算颜色直方图或颜色矩。
在基于纹理的特征提取中，可以利用纹理滤波器提取纹理特征。
在基于边缘的特征提取中，可以使用边缘检测算法提取边缘特征。
3. 特征表示和表示学习：提取的图像特征通常是高维的向量，为了进一步处理和分析，需要将其进行合适的表示和学习。
图象视觉特征的提取与表示
第1章图像视觉特征的提取和表示1.1 引言图像视觉特征的提取和表示是将图像的视觉信息转化成计算机能够识别和处理的定量形式的过程，是基于视觉内容的图像分类与检索的关键技术，因此，图像视觉特征的提取和表示一直是图像内容分析领域中一个非常活跃的课题。
图像底层视觉特征一定程度上能够反映图像的内容，可以描述图像所表达的意义，因此，研究图像底层视觉特征是实现图像分类与检索的第一步。
一般来说，随着具体应用的不同，选用的底层特征也应有所不同，在特定的具体应用中，不同底层视觉特征的选取及不同的描述方式，对图像分类与检索的性能有很大的影响。
通常认为，一种良好的图像视觉特征的提取和表示应满足以下几个要求：(1)提取简单，时间和空间复杂度低。
(2)区分能力强，对图像视觉内容相似的图像其特征描述之间也应相近，反之，对于视觉内容不相似的图像其特征描述之间应有一定的差别。
(3)与人的视觉感知相近，对人的视觉感觉相近的图像其特征描述之间也相近，对人的视觉感知有差别的图像其特征描述之间也有一定的差别。
(4)抗干扰能力强，鲁棒性好，对图像大小，方向不敏感，具有几何平移，旋转不变性。
本章重点讨论当前比较成熟的特征提取方法，在此基础上选取合适的特征提取方法，用于图像分类与检索系统的特征提取模块。
接下来，将依次介绍颜色，纹理，形状等特征的提取和表示方法，最后对各种特征的特点加以比较。
1.2 颜色特征的提取和表示颜色是图像视觉信息的一个重要特征，是图像分类与检索中最为广泛应用的特征之一。
一般来说同一类别的图像之间颜色信息具有一定的相似性，不同类别的图像，其颜色信息具有一定的差异。
相对几何特征而言，颜色特征稳定性好，有对大小、方向不敏感等特点。
因此，颜色特征的提取受到极大重视并得到深入研究。
本章首先介绍几种常用的颜色空间模型，然后介绍各种颜色特征提取和表示方法。
1.2.1 颜色空间模型为了正确地使用颜色这一特征，需要建立颜色空间模型，通常的颜色空间模型可用三个基本量来描述，所以建立颜色空间模型就是建立一个3-D 坐标系，其中每个空间点都代表某一种颜色。
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。
图像特征提取算法
图像特征提取算法图像特征提取是计算机视觉领域的一个重要研究方向，其目标是从图像中提取重要的可数、可度量的数值，以便于使用这些特征来描述、表示和识别图像。
在图像特征提取算法中，以下几个常见的方法被广泛应用和研究：传统的特征提取算法、基于深度学习的特征提取算法、以及针对特定任务的特征提取算法。
传统的特征提取算法主要包括：颜色特征提取、纹理特征提取和形状特征提取。
颜色特征提取算法主要是利用图像的颜色信息进行特征提取，例如颜色直方图、颜色矩。
纹理特征提取算法是通过对图像纹理信息进行分析和提取特征，例如灰度共生矩阵、局部二值模式。
形状特征提取算法则是通过分析和计算图像的形状特征，例如边缘直方图、边界描述符。
基于深度学习的特征提取算法近年来受到了广泛的关注和研究。
深度学习模型如卷积神经网络（CNN）在图像分类和目标识别等任务中取得了显著的成果。
这些模型具有多层次的网络结构，能够自动学习图像的特征表达。
通过使用预训练的CNN模型，可以提取出高层语义特征作为图像表示，如将网络进过全连接层之前的激活输出作为特征向量，或者使用更深层次的网络的激活输出。
除了CNN模型，其他深度学习模型如循环神经网络（RNN）、生成对抗网络（GAN）等也可以用于图像特征提取。
针对特定任务的特征提取算法是为了满足特定应用场景的需求而设计的。
例如人脸识别领域的特征提取算法，为了强调人脸的局部特征，常用的方法是通过特定的人脸特征点（如眼睛、嘴巴等）进行局部特征提取，或者使用基于判别分析的降维方法，如线性判别分析（LDA）等。
另外，对于图像检索任务，可以利用基于局部特征的算法，如尺度不变特征变换（SIFT）、加速稳健特征（SURF），以及基于视觉词袋模型的局部特征描述符等。
除了上述几种常见的图像特征提取算法之外，近年来还涌现了一些新的特征提取方法，如基于深度学习的生成模型（如变分自编码器、生成对抗网络）、基于对抗训练的特征提取方法（如对抗生成网络、对抗训练神经网络）等。
如何利用计算机视觉技术实现图像特征提取
如何利用计算机视觉技术实现图像特征提取计算机视觉技术的发展已经取得了很大的突破，使得我们能够从图像中提取出有用的特征信息。
图像特征提取是计算机视觉领域中的一个重要研究方向，它对于图像识别、图像搜索、图像检索等应用具有重要意义。
本文将介绍如何利用计算机视觉技术实现图像特征提取。
首先，图像特征提取是指从图像中提取出对于任务具有鉴别性的信息，常见的图像特征包括颜色、纹理、形状等。
计算机视觉技术通过对图像进行数字化处理和分析，将图像中的特征转化为计算机可以处理的数据形式。
一种常用的图像特征提取方法是利用直方图统计图像中的颜色信息。
颜色是图像中最直观的特征之一，可以通过统计图像中每个像素的颜色数目来确定图像的颜色分布。
通过计算图像的颜色直方图，我们可以得到描述图像颜色特征的数据。
例如，在图像检索任务中，可以利用颜色直方图来比较图像之间的相似度，从而实现图像的搜索。
除了颜色特征，纹理特征也是图像特征提取的重要内容之一。
纹理是指图像中的一些局部区域所呈现出的细节信息。
纹理特征可以通过计算图像中像素的灰度值差异或者局部方向梯度来进行描述。
常用的纹理特征提取方法包括灰度共生矩阵和局部二值模式。
利用这些方法，我们可以从图像中提取出纹理特征，并用于图像分类、图像分割等任务中。
此外，形状特征也是图像特征提取的重要内容。
形状特征是指图像中物体的轮廓形状信息。
在计算机视觉领域中，常用的形状特征提取方法包括边缘检测、角点检测、轮廓拟合等。
通过这些方法，我们可以从图像中提取出物体的形状特征，并用于目标识别、目标跟踪等任务中。
除了上述提到的方法，近年来深度学习技术在图像特征提取中也取得了重要的进展。
深度学习是一种以人工神经网络为基础的机器学习方法，它可以自动学习图像中的特征表示。
通过深度学习网络，我们可以将图像输入网络中进行处理，并得到一组有判别能力的特征表示。
这种方法不需要手动设计特征提取算法，能够更好地适应不同的任务和图像数据。
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g xx s g xy t g x 0 g xy s g yy t g y 0
s
g y g xy g x g yy g xx g yy g
2 xy
,t
g x g xy g y g xx
2 g xx g yy g xy
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.2 线条检测
Steger法
（1）用高斯滤波方法对线条边缘先进行滤波，也即卷积运算； （2）在像素邻域内用二阶泰勒展开多项式描述灰度的分布； （3）在边缘方向的法线方向，即该点的灰度分布梯度方向求一阶方向导 数和二阶方向导数，判断该点是否为线条边缘点； （4）边缘法线方向矢量可通过求Hessian矩阵的特征向量得到；
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.1 边缘检测
1.边缘的要素：方向、幅度
边缘有方向和幅度两个特性，通常沿边缘走向的幅度变化较缓，而 垂直于边缘走向的幅度变化较剧烈。对于阶跃边缘，一阶微分边缘检测 算子正是利用了边缘的方向和幅度这两个特性。
2.梯度
函数的变化程度可用一阶的导数表示。而对于二维图像，其局部特 性的显著变化可以用梯度来检测。梯度是函数变化的一种度量，定义为
1）Hessian矩阵的两个特征值分别为图像灰度函数的二阶导数的极大值和 极小值； 2）所对应的两个特征向量则表示了两个极值所取的方向，且相互正交； 3）对于线条边缘，边缘方向n(x,y)对应于Hessian矩阵的最大绝对特征值 的特征向量，而图像灰度函数在方向的二阶导数对应于Hessian矩阵的 最大绝对特征值。所以通过求取Hessian矩阵的最大绝对特征值和所对 应的特征向量，即可获得边缘方向和在该方向的二阶导数。
且方向的二阶方向导数大于指定的阈值，则该点为线条边缘中心点。
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.3 光点探测
I (u , v) = I 0 exp[
(u u0 ) 2
2 x
(v v0 ) 2
2 y
]
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.3 光点探测
Hessian矩阵：
g xx H x, y g xy
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.2 线条检测
（3）在边缘方向的法线方向，即该点的灰度分布梯度方向求一阶方向导 数和二阶方向导数，判断该点是否为线条边缘点； 针对线条边缘，令
f (tn x x0 ), (tn y y 0 ) 0 可得 t
t
nx g x n y g y
第三讲 视觉图像特征信息提取
边缘检测 线条检测 光点检测 角点检测
第三讲 视觉图像特征信息提取
图像处理基础常识：
模 板： 一个数据矩阵，其数学含义是一种卷积运算。 卷积运算：可看作是加权求和的过程，使用到的图像区域中的每个像素 分别于卷积核(权矩阵)的每个元素对应相乘，所有乘积之和作为区域中心 像素的新值。 卷 积 核：卷积时使用到的权用一个矩阵表示，该矩阵与使用的图像区域 大小相同，其行、列都是奇数。
2 nx g xx 2n x n y g xy n 2 y g yy
因此图像灰度的极大或极小点为 若
x y
p , p (tn
x y
x
x0 ), (tn y y 0 )
1 1 1 1 tn , tn 2 , 2 2 , 2 ，即一阶导数为零的点位于当前像素内，
1 2 f (tnx x0 ), (tn y y0 ) g ( x0 , y0 ) tnx g x ( x0 , y0 ) tn y g y ( x0 , y0 ) t 2 nx g xx ( x0 , y0 ) 2 1 2 t 2 nx n y g xy ( x0 , y0 ) t 2 n y g yy ( x0 , y0 ) 2
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.Canny算子
提取边缘用模板
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.Canny算子
对梯度幅值进行非极大值抑制
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.2 线条检测
Steger法 基本概念：Hessian 矩阵
g xx H x, y g xy
g xy g yy
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.Canny算子
由于实际信号都是有噪声的，直接采用上述边缘算子，检测出来的都是噪声 引起的假的边缘点。Canny算子先对信号进行平滑滤波，以滤去噪声。对平滑 后的图像，采用上述边缘算子就可以比较有效地检测出边缘点。 Canny算子常用的平滑滤波器为高斯函数，称为一阶微分高斯算子，Canny 边缘算子是高斯函数的一阶导数。 （1）用高斯滤波器平滑图像 （2）用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向 （3）对梯度幅值进行非极大值抑制 （4）连接图像边缘
f f x' x G(x,y) ' f fy y (3.5)
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.1 边缘检测
3.Sobel算子
（1）模板
（2）计算梯度
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.1 边缘检测
3.Sobel算子
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.2 线条检测
（1）用高斯滤波方法对线条边缘先进行滤波，也即卷积运算；
g x , g y , g xx , g xy , g yy
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.2 线条检测
（2）在像素邻域内用二阶泰勒展开多项式描述灰度的分布；
g x ( x0 , y 0 ) f ( x , y ) g ( x0 , y 0 ) ( x0 g xx ( x0 , y0 ) g xy ( x0 , y0 ) ( x x0 ) 1 ( x x0 ) ( y y 0 ) (y y ) ( , ) ( , ) g x y g x y 2 yy 0 0 0 xy 0 0
g xy g yy
判决条件：C 1 2 g xx g yy
C值图
第三讲 视觉图像特征信息提取
3.4 光点探测
根据计算得到的C值分布图，初步判定光斑图像中心的像素位置。 设光点的像素位置为(x0,y0)，亚像素位置为(x0+s,y0+t)，其中 (s,t)∈[-0.5,0.5]×[-0.5,0.5]。在满足高斯分布的光点图像中， (x0,y0)附近区域内亚像素位置点(x0+s,y0+t)的灰度值可以用2阶泰勒 展开式来表示： gx 1 g xx g xy s I x0 s, y0 t g 0 s t s t g g g 2 y xy yy t 由光点性质可知，该展开式在顶点处相对于s、t的1阶导数为零，即：