分形图像压缩

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基于小波变换的分形图像压缩方法

摘要基于分形理论的图像压缩编码方法具有压缩比大，解码速度快等优点，缺点是编码时间过长，通加快了图像编码速度，缩短了编码时间。
关键词图像压缩；分形；迭代函数系统；编码；小波中图分类号Ｔ３文献标识码ＡＰ文章编号１７－６１（１）１— １２０６３９７一２１１１０７－１ｏ
’
基于小波变换的分形压缩的基本思想是：首先对图像进行小波变换，将图像分解为不同空间频带上的子图像，图像经过小波变换后，分解为一个低频子图和三个高频子图，而在高频子图出现大量的零树，在多级子带之间具有相似性。根据分形的特点，利用经小波变换后多级子带之间的相似性对图像进行压缩。３压缩算法描述．２在小波编码中，小波基的选择与评估是人们关注的焦点。正交小波对应一个正交镜像滤波器组，大部分正交小波基都是无限支撑的，这给实际应用带来了困难。Ｄｕｅｈｓａｂｃｉ构造出了具有紧支撑的正交小波基，ｅ然而除了Ｈａｚ波基外，ａｒ＼ｌ其他的小波基函数无法同时满足紧支Ｊ性、正交性、对称性。但Ｈａ／波基的局部化性能很差，很少用于实际应用。为ａｒ、Ｊ了克服上述缺点，Ｄｕｅｈｓａｂｃｉ等人提出了双正交小波及其设计方法。双ｅ正交小波基由两个尺度函数和两个小波函数构成。双正交小波降低了对正交性的要求，留了正交小波的一部分正交性，使小波获得了线性相保位和较短支集的特性，因此目实用中大多采用双正交小波。具体算法前描述如下。１对原始图像进行小波分解，将图像分解为拥有良好空间选择特）性的高频区域和拥有良好频率特的低频区域。小波分解图如图２。２对低频部分进行Ｄ１行解码。 ’ ）ｃ进３对二级高频子图像进行分形编码。）

分形几何理论在图像处理中的应用

分形几何理论在图像处理中的应用随着计算机技术的不断发展，图像处理已经成为了一个日益重要的领域。

分形几何理论作为一种新兴的数学理论，在图像处理中得到了广泛的应用。

本文将介绍分形几何理论在图像处理中的应用，并探讨其在该领域中所发挥的作用。

一、分形几何理论的基本概念和原理分形几何理论是由法国数学家Mandelbrot提出的，它对不规则、复杂的自然物体和现象进行了研究。

分形是指具有自相似性的图形或物体，即整体的一部分与整体的形状相似。

分形几何理论提供了一种描述和分析复杂系统的数学工具。

二、分形几何在图像压缩中的应用图像压缩是图像处理中的一个重要环节，它可以将原始图像的数据进行压缩存储，从而减少存储空间和传输带宽的占用。

分形几何理论可以通过对图像的分解和重构，实现对图像的压缩。

其基本思想是将图像分解为一系列的分形图元，并利用放缩变换对其进行重构，从而实现对图像的压缩和恢复。

三、分形几何在图像增强中的应用图像增强是将原始图像进行处理，以改善图像质量和显示效果的过程。

分形几何理论可以通过对图像的细节进行分解和合成，实现对图像的增强。

其基本思想是通过分形细节的提取和重构，对图像进行增强，使其更加清晰、细腻。

四、分形几何在图像分类与识别中的应用图像分类与识别是图像处理中的一个重要任务，它可以将图像按照其内容进行分类和识别。

分形几何理论可以通过对图像的分形维数和分形特征的提取，实现对图像的分类和识别。

其基本思想是通过分形维数的计算和分形特征的提取，对图像进行特征描述和匹配，从而实现对图像的分类和识别。

五、分形几何在图像生成中的应用图像生成是利用计算机生成新的图像，以满足特定需求的过程。

分形几何理论可以通过对图像的分解和合成，实现对图像的生成。

其基本思想是通过分形的自相似性和可变性，对图像的形状和颜色进行生成，从而实现对图像的创造和设计。

六、分形几何在图像编辑中的应用图像编辑是对原始图像进行修改和处理的过程，以改变图像的外观和内容。

分形图像压缩技术发展概述

涉及的分形绝大部分都是近似的。当尺度小到分子的尺寸时，分分形理论是欧氏几何相关理论的扩展，它描述了自然界中
编码压缩，从此开辟了图像压缩的一个新天地——分形图像压但这并不影响把这个集合称为分形。自然界和各门应用科学中
缩领域。
在分形几何理论中，分形的形状（ｏ）分形的偶然性形性也Ｆｍ、ｒ就消失了，此严格的因分形只存在于理论研究之中。（ｈｎ）以及分形的维数（ｉｅｉ）Ｃａｅ、ｃＤｎｏ统称为分形的三要ｍｓｎ素。首先，分形的形状是指分形具有不规则（支离破碎、物参差体的自似性，相这种自性可以相似是确定的，也可以是统计意不齐、不平）凹凸的形状。其次。分形的偶然性是指自然界中的义上的。分形理论已成为非线性科学研究中一个十分活跃的分
偶然性仅仅是工具，而结果却是确定性的。最后，分形的维数可
以数，是分这是一种新的维数，称为分维，通常把它作为判别一个几何体是否是分形的一个主要标准。
２分形图像压缩编码的发展历史
２１ａｓｙ分形图．Ｂｍｌ与ｅ像编码１５巴恩斯利（．．ａｓｙ正式提出迭代函数系统９年，８ＭＦＢｒｌ）ｎｅ
某些分形（如海岸线）的形成具有随机性，按照某种规则对一组支，并已广泛应用于数学、然科学和社会科学等众多领域中。自
压缩变换进行随机迭代可以得到分形。该分形并不依赖于随机近十几年来，分形在计算机图形学、计算机视觉以及图像处理与析等领域中显示出越来越重要的作用。性，而总是以百分之百的概率得到同一个分形，因此随机性或分者
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分形几何在图像处理中的应用

分形几何在图像处理中的应用分形几何是一种描述自相似特征的数学理论，具有广泛的应用领域，其中之一便是图像处理。

分形几何在图像处理中的应用能够提供更加准确和高效的算法，从而实现对图像的分析、识别和变换。

本文将介绍分形几何在图像处理中的应用，并探讨其带来的优势和挑战。

一、分形编码分形编码是分形几何在图像压缩方面的一种应用。

传统的图像压缩算法会造成图像信息的丢失，而分形编码通过寻找图像中的自相似区域，并利用其特征进行编码和解码，实现了无损压缩。

分形编码将图像分成小块，通过计算块与块之间的相似度来实现压缩。

利用分形几何的特性，分形编码能够在较低的数据量下重建出高质量的图像。

二、图像分形生成图像分形生成是指利用分形几何原理和算法进行图像的生成和变换。

通过自相似性，分形生成可以生成具有自然场景中多样性、复杂性的图像，例如树木、云朵等。

分形生成还可以通过迭代的方式进行图像的无限放大和放缩，实现对图像的细节控制。

三、纹理合成分形几何在纹理合成方面的应用相当广泛。

纹理合成是指通过生成新的纹理图像，使其看起来像是具有某种纹理的真实图像。

利用分形几何的自相似性和多样性特征，可以生成逼真的纹理图像。

纹理合成在游戏开发、虚拟现实等领域中有着重要的应用，能够提升用户体验。

四、图像分割和边缘检测分形几何在图像分割和边缘检测领域也有一定的应用。

图像分割是将图像分成不同的区域或对象的过程，而边缘检测则是识别出图像中的边缘信息。

分形几何通过对图像的几何特征进行分析，可以有效地实现图像的分割和边缘检测，为图像分析和识别提供了有力的支持。

分形几何在图像处理中的应用为我们提供了更多的工具和方法，可以更加有效地处理和分析图像。

然而，分形几何在实际应用中也存在一些挑战，例如计算复杂度较高、参数的选取和优化等问题，需要进一步的研究和探索。

综上所述，分形几何在图像处理中具有广泛的应用前景。

通过分形编码、图像分形生成、纹理合成、图像分割和边缘检测等方法，可以实现对图像的高质量处理和分析。

分形图像压缩的一种改进算法

ｔｅｔｒｒｓｔｎｔｍｅａｄＰＳｏｂｔｅｅｕｌｓｏｉｎＮＲ．Ｋｅｒｓｒｃａ；ｆａｔｌｉｇｏｒｓｉｎ；ｃｄｎｇｔｍｅｙｗｏｄ：ｆａｔ１ｒｃａｍａｅｃｍｐｅｓｏｏｉｉ
法—— 分形块编码［，分形编码从实验室研究走３使］向应用成为可能．
全局相关去冗余的思想，突破了传统图象压缩方法
的局限性，有较大的潜力．具
１图像编码的分形理论基础
图像编码的分形理论基础Ⅲ 主要有：代函数迭系统、不动点定理以及拼贴定理．以下记分形几何的基本空间为（）且为一Ｘ，，个完备的度量空间，中ＸＣＲ。是非空的闭集，其，ｄ
Ｖｏ．４ＮＯ１１２．
Ｊｎ２１ａ．００
文章编号：６２６９（０００ — ０６０１７ — １７２１）１００ — ３
分形图像压缩的一种改进算法
唐国维，王苫社，张岩
（大庆石油学院计算机与信息技术学院，黑龙江大庆１３１）６３９摘要：针对分形图像压缩的缺点，基于分形图像压缩的基本原理，匹配搜索之前定义域块的采对样方式提出了一种基于主对角线的计算方式．该计算方式取代了传统的取平均的方法，化了计简
ＴＡＮＧＯｗｅ，ＷＡＮＧａ — ｈｅＧＵ — ｉＳｈｎｓ，ＺＨＡＮＧｎＹａ

分形图像压缩

形状极其复杂，得的长度就会变得极大。量
看看由瑞典数学家科和在１０４年设计的一段曲线：单位长度的直线段９在
中间，以边长
为１３的等边三角形的两边去代替Ｅ０中间的１３得到Ｅ（图１，Ｅ／Ｅ。／，见）对的每条线段重复
Ａｂｓｒｔ：ＭａｎｙｃｔａｃｏｍｐｌｃｔｄｓｈａｓｉｎａｕｒｃｎｎｏｔｂｐｒｃｓｅｂｉａｅｐｅｎｔｅａｅｏｅｓｄｙＥｕｌｄａｎｃｉｅｇｅｍｅｒｔｃａｔｋｅｗｉｈｔｄｏｔｙｈｕｎｂｅａｃｄｔｈｅａｉｏｆｆａｃａｏｍｅｒ．Ｔｈｅｒｔｌｇｅｔｙｍｅｈｔｔｍａｓｒｔｏｄｈａｉｇｅａｅｃｏｍｐｒｓｅａｎｃｅｄｅｓｄｄｏｄｂｙｒｃａｌｆａｔｇｅｏｍｅｒｉｃｌｅｆａｃａｉａｇｃｔｙｓａｌｄｒｔｌｍｅｏｍｐｒｓｏｎｗｈｉｈｓｅｓｉｃｉｉｒｄｕｃｄｉｔｓａｒｎｔｏｅｎｈｉｐｐｅ．
上述做法又得到Ｂ，Ｅ。每段又重复，此下去得到的极限曲线就是科和曲线显然，和对的如科
车文于２００１年９月１０日收到
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第２期
柳青松
分彤图像压缩
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Ｋｅｗｏｄｓｆａｔｌｃｎｔａｔｖｆｉｅｔａｓ０ｍａｉｎｉｅａｅｕｃｉｎｓｓｅｙｒ：ｒｃａｏｒｃｉｅａｆｎｒｎｆｒｔｔｒｔｄｆｎｔｙｔｍｏｏ

基于遗传算法的分形图像压缩技术研究

第３０卷第４期
２０１３年４月
计算机应ｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ
Ｖ０１．３０Ｎｏ．４Ａｐｒ．２０１３
基于遗传算法的分形图像压缩技术研究
ｍｕｔａｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｏｒ．Ｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｈｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｔｈｅｎｅｗａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｏｂｔａｉｎｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙｒｅｓｕｌｔｓｗｈｉｌｅｅｎｓｕｉｎｒｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｄｅｃｏｄｅｄ
ｉｍａｇｅｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｆＦｉｓｈｅｒａｄａｐｔｉｖｅｑｕａｄｔｒｅｅ，Ｋ— ｍｅａｎｓｃｌｕｓｔｅｉｎｒｇａｌｇｏｉｒｔｈｍａｎｄｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｇｅｎｅｔｉｃｌｇａｏｉｔｒｈｍｉｎｔｅｒｍｓｏｆ
ｏｆｄｅｃｏｄｅｄｉｍａｇｅｓ，ｗｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｎｅｗｆｉｔｎｅｓｓｆｕｎｃｔｉｏｎｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄｏｎｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｓｅｔｈｅｃｒｏｓｓｏｖｅｒｏｐｅｒａｔｏｒａｎｄ

分形图像压缩方法与评价

分形图像压缩方法与评价在数学和计算机科学领域中，分形是一种能够重复自身的几何图形。

分形图像压缩方法是基于这种自相似性原理的一种图像压缩技术。

本文将介绍分形图像压缩的原理、方法以及评价指标。

一、分形图像压缩原理分形图像压缩的基本思想是利用分形的自相似性来表示图像的局部特征，从而达到图像压缩的目的。

具体而言，分形图像压缩方法包括两个主要步骤：分解和编码。

首先，将原始图像分解成一系列的基函数，这些基函数通过仿射变换可以生成整个图像。

然后，利用编码器对分解后的基函数进行编码，将其存储为压缩数据。

二、分形图像压缩方法1. 分解在分解步骤中，使用一个固定大小的滑动窗口对原始图像进行遍历。

对于每一个窗口，通过对其进行一系列的变换（如平移、旋转、缩放等），找到与之最相似的基函数。

这个最相似的基函数被用来代替原始图像中窗口的像素值。

2. 编码在编码步骤中，将分解后的基函数进行编码，并存储为压缩数据。

编码的目的是通过更小的数据表示来达到压缩图像的目的。

常用的编码方法包括哈夫曼编码、算术编码等。

三、分形图像压缩评价指标1. 压缩比压缩比是评价压缩算法性能的重要指标。

它表示原始图像与压缩后的图像之间的比率。

一般来说，压缩比越高，表示压缩效果越好。

2. 保真度保真度是指压缩后的图像与原始图像之间的相似程度。

通常采用均方误差（Mean Square Error，MSE）、峰值信噪比（Peak Signal to Noise Ratio，PSNR）等指标来评估保真度。

3. 运行时间运行时间是指压缩算法所需的时间，一般以毫秒为单位。

运行时间越短，表示算法执行速度越快。

四、结论分形图像压缩方法是一种有效的图像压缩技术，利用分形的自相似性原理能够实现较高的压缩比和保真度。

评价指标如压缩比、保真度和运行时间可以有效地评估分形图像压缩算法的性能。

在实际应用中，可以根据具体要求选择合适的分形图像压缩方法及相应的评价指标。

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扭曲、
，
d = ln3 / ln2 = 1.58496
用类似的方法可以求得科和曲线的维数d = ln4 / ln3。

需要指出，这种维数称为相似维数，它适用于有严格自相似的分形集合。

分形维数的定义还有许多种，它门之间不仅有性质上的差别，而且对同一形态算出的维数也可能不同。

在许多定义中，豪斯多夫维数在理论上可能是最重要的，可惜这种维数的计算十分困难，目前还无法用来描述自然界的复杂形态。

建立了分形维数的概念，就可以理解为什么用传统的几何方法去度量不列颠海岸线或者科和曲线的长度时，得不到准确结果。

对待这些曲线，要先计算其分形维数，只有在相同维数下度量才有意义。

2 分形图象压缩
2．1 收缩仿射变换（Contractive Affine Transformation）
如果1个平面图形上的各点经过线性变换
后，图形上各点的距离比原有的距离要小，那么就称这种变换是收缩仿射变换。

这个变换的a，b，…，f是变换矩阵的系数。

比如，一个变换为：
用它对图2.1(a)的图F各点进行变换,变换后得到W(F)(见图2.1(b))。

其形状与原图形F相似，但各点的距离缩短。

显然，如果对一个图形反复施加收缩仿射变换，即对W(F)再行变换得到W2（F），对W2（F）又施行变换得到W3（F）……，其迭代的结果将使原来图形收缩为一个点。

2．2 迭代函数系统（Iterated Function System）
人们把若干个收缩仿射变换的组合称为迭代函数系统（IFS），即：
当然，上面各个变换W的系数应保证W是收缩仿射变换。

分形几何学中有一个定理：每一个迭代函数系统都定义了一个唯一的分形图形，这个分形图形称为该迭代函数系统的吸收子（attractor）。

这个定理称为收缩影射不动点原理。

最典型的例子是一片蕨子叶却所对应的迭代函数系统：
它所定义的蕨子叶如图2.2所示。

从这个例子可看出，要产生一个复杂的图形需要得数据并不多。

蕨子叶对应的迭代函数系统只有24个系数。

如果以8比特代表一个系数，那么192比特就可以代表一片蕨子叶。

可见压缩比是很大的。

分形图象压缩的提出者之一邦利斯曾经扬言，他实现过10000:1的压缩。

是否夸大不得而知，但分形压缩很有潜力却是无疑的。

2．3 采用迭代函数系统的图像压缩方法
从蕨子叶的例子可看出，迭代函数系统用不多的系数就可以代表一幅图像，从而得到很大的压缩比。

但在实用时，如何寻找一的图像的迭代函数系统呢？目前有两个办法；一是基于图像的自相似性，直接计算迭代函数系统各收缩仿射变换的系数、二是把图像分割成教小的部分，然后从迭代函数系统库中查找这些小部分所对应的迭代函数系统。

前一种方法适合于那些自相似性很强的图形。

此处以谢尔品斯基垫为例加以说明。

图2.3(a)是一个谢尔品斯基垫，可以看出，整个垫子是由上、左下、右下3个较小的垫子组成。

每个较小的垫子是由原来的垫子经收缩仿射变换得来的。

如果能分别找出把原图形变成3个小图形的收缩放射变换，那么，整个迭代函数系统就定下来了。

设原来垫子3各顶点的坐标分别为（x1,y1），（x2,y2），（x3,y3）。

变换所得小垫子的3个顶点坐标为（x'1,y'1），（x'2,y'2），（x'3,y'3）。

图2.3(b)表示的是把原电子变为上面小垫子的坐标。

把W1的变换式：
展开:
有图像。

对程序开发人员，迭代系统公司还有POEM Colorbox Ⅲ和POEM Videobox等软件，前者使开发人员能够在微软视窗下把FIF文件集成到普通应用软件内，后者则可对MS-DOS上运行的应用软件中的图像进行压缩或解压。

4 分形图像压缩有待研究的问题
分形图像压缩是有失真的，失真量大小与压缩比密切相关。

尽管分形图像压缩有巨大的潜力，但要把这种潜力释放出来，还有许多问题有待进一步的研究，主要表现在：
* 普遍性问题。

对于一定的整体与局部存在明显相似性或仿射性的分形图像类，分形图像压缩方法的压缩比极高，但难以期望在很低的失真条件下，对一切分形图像压缩都具有极高的压缩比，只能在压缩比与失真度之间加以平衡。

* 就目前分形压缩技术而言，其编码时间比较长。

因此，需要开发编码时间短、效率高的分形压缩算法。

* 理论上，有关自动压缩原理与算法，失真测度或相似性准则等有待继续深入研究。

* 实用化编码方法与硬件实现。

总之，分形理论用于图像压缩之所以有效，是因为自然界中普遍存在着分形物体，它们表面上具有非常复杂的统计特性和视觉特性，但信息量却很少，可用几条简单的确定规则迭代出来。

传统的建立于信息论之上的图像压缩技术几乎不能压缩这类图像。

而使用分形编码，只需对少数几条变换规则进行编码，即可以获得非常高的压缩比。

但另一方面，由于自然界的景物千差万别，因此分形压缩尚有许多问题有待人们深入研究。