第十章图像特征提取特点《数字图像处理》研究生课程
数字图像处理中的特征提取与识别
数字图像处理中的特征提取与识别数字图像处理是目前计算机视觉和人工智能领域中的重要分支，其中特征提取和识别是关键技术之一。
特征提取是将数学模型和算法应用于图像处理过程中提取出的特征量，它是实现数字图像自动识别的基础。
识别是将提取出的特征量作为输入，使用机器学习算法进行计算，最终得出图像所属的类别。
特征提取的重要性特征提取是数字图像处理的基础，是数字图像处理中至关重要的一个环节。
一个好的特征提取算法能够提取有效的信息，通过学习和分类来细化这些信息，为识别提供更加可靠的依据。
特征提取算法的主要目标是使得提取出的特征量能够在数据量上保持一定的稳定性，从而提高识别准确度。
特征提取的方法目前，在数字图像处理中，常用的特征提取方法包括颜色特征、纹理特征和形状特征等。
其中，颜色特征是指通过对图像中每个像素点进行分析，提取出颜色信息的特征，并通过算法来确定图像的颜色分布。
纹理特征则是利用图像中像素点的灰度值在空间上呈现出的变化规律来进行特征提取，该方法通常是利用小区域的纹理信息作为特征量。
形状特征主要是从形状的角度进行提取，包括边缘分布、平坦度、拐角特征等在内，这些特征能够很好地区分不同类型的图像。
识别方法在数字图像处理中，常用的识别方法主要包括模板匹配、基于统计的方法和基于学习的方法等。
其中，模板匹配是一种比较简单的识别方法，它是将一张待识别的图像和已知信息的样本进行比对，得出相似度。
基于统计的方法则是从已知数据样本集中提取出一些统计特征来进行识别。
基于学习的方法是将已知信息的数据样本集通过机器学习算法进行训练，最终得到一个决策函数，通过该函数进行分类。
特征提取与识别的应用数字图像处理中的特征提取和识别方法广泛应用于各个领域，如医疗、安防、交通、农业等。
例如，目前在医疗领域中，数字图像处理技术已经应用于乳腺癌、肾脏疾病等领域，能够在识别疾病方面提供更多、更可靠的信息。
在安防领域，数字图像处理技术能够快速准确地识别出异常情况，提高安全性。
第10图像特征提取(第二版)
10.1.2 梯度边缘检测
(2) Sobel算子 Sobel算子（索贝尔）算子是3×3的，其在点(i,j)的
梯度幅值表示为：
G(i, j) sx2 sy2 简化的卷积模板表示形式为 ：
（10.9）
G(i, j) sx sy
（10.10）
其中，Gx和Gy是3×3像素窗口（模板）的中心点像素在x 方
向和y 方向上的梯度，也即利用Sobel 边缘检测算子得到的 是边缘检测结果图像中与3×3模板的中心点（i，j）对应的
10.1.2 梯度边缘检测
设f(x,y)为连续图像函数，Gx和Gy分别为x方向和 y方向的梯度，且在点(x,y)处的梯度可以表示为一个 矢量，并有其梯度定义：
G(
f
(
x,
y))
f
(x, x
y)
f (x, y) T
y
（10.1）
若记：
Gx
f (x, y) x
Gy
f
(x, y
y)Leabharlann 10.1.2 梯度边缘检测
《数字图像处理》研究生课程
第十章 图像特征提取
在图像技术领域的许多应用中，人们总是希
望从分割出的区域中分辨出地物类别，例如分辨 农田、森林、湖泊、沙滩等；或是希望从分割出 的区域中识别出某种物体（目标），例如在河流 中识别舰船；在飞机跑道上识别飞机等。进行地 物分类和物体识别的第一步就是物体特征的提取 和检测，然后才能根据检测和提取的图像特征对 图像中可能的物体进行识别。
数字图像处理课程设计之图像特征提取
河南农业大学《数字图像处理》题目：图像特征提取学院：专业：班级：学号：姓名：指导教师：成绩：时间：年月日至年月日一、目的与要求图像特征提取的目的让计算机具有认识或者识别图像的能力，即图像识别。
特征选择是图像识别中的一个关键问题。
特征选择和提取的基本任务是如何从众多特征中找出最有效的特征。
根据待识别的图像，通过计算产生一组原始特征，称之为特征形成。
原始特征的数量很大，或者说原始样本处于一个高维空间中，通过映射或变换的方法可以将高维空间中的特征描述用低维空间的特征来描述，这个过程就叫特征提取。
特征是一个数字图像中“有趣”的部分，它是许多计算机图像分析算法的起点。
因此一个算法是否成功往往由它使用和定义的特征决定。
因此特征提取最重要的一个特性是“可重复性”：同一场景的不同图像所提取的特征应该是相同的。
二、设计的内容能对图像文件（进bmg、 jpg、 tiff、 gif等)进行打开、保存、另存、打印、退出等功能操作；(一)图像预处理功能：数字图像的增强处理功能：空域中的点运算、直方图的均衡化、各种空间域平滑算法（如局部平滑滤波法、中值滤波等）。
(二)图像特征提取区域图的面积、周长的统计；区域单元的个数统计等。
三、总体方案设计(一)图像特征提取的算法我们知道一幅图像可定义为一个二维函数f（x,y),这里x和y是空间坐标，而在任何一对空间坐标（x,y)上的幅值f称为该图像的强度或灰度。
当x，y和幅值f 为有限的离散数值时，称该图像为数字图像。
而图像的特征提取主要有以下几种方法：边界特征法，傅里叶形状描述符法，几何参数法，形状不变矩法等。
而区域的周长及面积的算法如下：（1）面积S：图像中的区域面积S可以用同一标记的区域内像素的个数总和来表示。
按上述表示法区域R 的面积S=41。
区域面积可以通过扫描图像，累加同一标记像素得到，或者是直接在加标记处理时计数得到。
假设区域的边界链码为，每个码段ai 所表示的线段长度为 ，那么该区域边界的周长为式中ne 为链码序列中偶数码个数；n 为链码序列中码的总个数。
面向电气工程研究生的“数字图像处理”课程改革
面向电气工程研究生的“数字图像处理”课程改革作者：郭斯羽温和凌志刚刘敏来源：《教育教学论坛》2023年第40期［摘要］人工智能技术在电气工程领域的应用日益广泛。
图像处理与机器视觉作为人工智能的重要分支，在电气工程专业研究生的知识体系中的重要性在不断提高。
针对这一需求，对“数字图像处理”课程进行了改革。
根据电气工程专业研究生的培养目标，设计了课程的教学目标，进而根据电气工程领域对图像处理的实际需求调整了教学内容；根据电气工程领域的实际工程应用设计了具有较高复杂度的实践教学内容；改革了课程的考核方式与内容，以有效评估学生在课程中的能力达成情况。
改革后的课程教学，有效提高了学生在课程和实践中的参与度，强化了实践效果，使学生在课程结束时基本具备了在电气工程领域复杂工程问题中应用和评价基于图像的解决方案能力。
［关键词］电气工程；人工智能；图像处理；研究生教学［基金项目］ 2020年度湖南省学位与研究生教育改革研究项目“电气信息类研究生人工智能核心知识与能力培养体系与模式探索”（2020JGYB058）［作者简介］郭斯羽（1975—），男，湖南长沙人，博士，湖南大学电气与信息工程学院副教授，主要从事图像处理与机器视觉研究；温和（1982—），男，湖南益阳人，博士，湖南大学电气与信息工程学院教授，主要从事智能电气量测研究；凌志刚（1978—），男，湖南平江人，博士，湖南大学电气与信息工程学院副教授，主要从事图像处理与机器视觉研究。
［中图分类号］ G643.2 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）40-0180-05 ［收稿日期］ 2022-08-09引言近年来，以深度学习、强化学习和迁移学习等高级机器学习理论的迅猛发展为代表，人工智能领域迎来了新的高速发展［1］，也带动了电力人工智能的进一步发展，成为能源数字化变革的一个关键的驱动技术［2］。
为响应技术发展的趋势与需求，众多高校的电气工程相关本科与研究生专业均加强了有关人工智能的课程教学。
《数字图像处理》实验教案
《数字图像处理》实验教案一、实验目的1. 使学生了解和掌握数字图像处理的基本概念和基本算法。
2. 培养学生运用数字图像处理技术解决实际问题的能力。
3. 提高学生使用相关软件工具进行数字图像处理操作的技能。
二、实验内容1. 图像读取与显示：学习如何使用相关软件工具读取和显示数字图像。
2. 图像基本操作：学习图像的旋转、缩放、翻转等基本操作。
3. 图像滤波：学习使用不同类型的滤波器进行图像去噪和增强。
4. 图像分割：学习利用阈值分割、区域增长等方法对图像进行分割。
5. 图像特征提取：学习提取图像的边缘、角点等特征信息。
三、实验环境1. 操作系统：Windows或Linux。
2. 编程语言：Python或MATLAB。
3. 图像处理软件：OpenCV、ImageJ或MATLAB。
四、实验步骤1. 打开相关软件工具，导入图像。
2. 学习并实践图像的基本操作，如旋转、缩放、翻转等。
3. 学习并实践图像滤波算法，如均值滤波、中值滤波等。
4. 学习并实践图像分割算法，如全局阈值分割、局部阈值分割等。
5. 学习并实践图像特征提取算法，如Canny边缘检测算法等。
五、实验要求1. 每位学生需独立完成实验，并在实验报告中详细描述实验过程和结果。
2. 实验报告需包括实验目的、实验内容、实验步骤、实验结果和实验总结。
3. 实验结果要求清晰显示每个步骤的操作和效果。
4. 实验总结部分需对本次实验的学习内容进行归纳和总结，并提出改进意见。
六、实验注意事项1. 实验前请确保掌握相关软件工具的基本使用方法。
3. 在进行图像操作时，请尽量使用向量或数组进行处理，避免使用低效的循环结构。
4. 实验过程中如需保存中间结果，请使用合适的文件格式，如PNG、JPG等。
5. 请合理安排实验时间，确保实验报告的质量和按时提交。
七、实验评价1. 实验报告的评价：评价学生的实验报告内容是否完整、实验结果是否清晰、实验总结是否到位。
2. 实验操作的评价：评价学生在实验过程中对图像处理算法的理解和运用能力。
数字图像处理中的特征提取技术
数字图像处理中的特征提取技术数字图像处理是一种涉及数字计算机与图像处理的技术。
它能够对图像进行一系列的处理，包括图像增强、特征提取、图像分割等。
其中，特征提取是数字图像处理中非常重要的一环，通过对图像中的关键特征进行提取和分析，可以实现图像分类、目标识别和图像检索等多种应用。
本文将介绍数字图像处理中的特征提取技术。
一、特征提取的概述特征提取是数字图像处理中的一项重要技术，其主要目的是从图像中提取出具有代表性的特征，这些特征可以被用于图像分类、目标检测和图像识别等应用中。
通常情况下，特征提取可以分为两种方式：1.直接提取图像的原始特征。
这种方式可以直接从图像中提取出像素点的信息，包括图像的颜色、灰度值等。
这些原始特征经过一些处理后可以发挥很大的作用。
2.间接提取图像的特征。
这种方法则需要将原始图像进行一些复杂的变换和处理，例如提取图像的边缘、纹理、形状等特征，再通过算法分析得出更加有价值的特征信息。
二、特征提取的算法1.边缘检测算法边缘检测是图像处理中的一项基本操作，其目的是提取出图像中的边缘信息。
实际上，边缘检测是一种间接的特征提取方法，通过提取出图像中的边缘信息，可以实现图像目标的检测和二值化操作。
常见的边缘检测算法包括Canny算法、Sobel算法、Laplacian算法等。
2.纹理特征提取算法纹理是图像中最基本、最重要的特征之一，其包含了图像中的细节信息，并能够有效地描述图像的表面纹理。
因此，通过提取纹理特征可以有效地用于图像分类和目标检测等应用中。
常见的纹理特征提取算法包括LBP算法、GLCM算法、Gabor算法等。
3.形状特征提取算法形状是图像中最基本、最重要的特征之一，其能够有效地描述图像中物体的大小和形态。
因此，通过提取形状特征可以用于目标检测和图像匹配等应用中。
常见的形状特征提取算法包括Hu不变矩算法、Zernike矩算法、Fourier描述子算法等。
三、特征提取的应用数字图像处理中的特征提取技术可以应用于多种应用领域中，例如：1.图像识别通过提取图像中的特征信息，可以建立有效的图像识别模型，实现对图像的分类和识别。
数字图像处理 图像特征提取 ppt课件
YUV格式可以分为两种：
紧缩格式：
将Y、U、V值存储为宏像素阵列，和RGB的存储方式类似；
平面格式：
将Y、U、V三个分量分别存储在不同的矩阵中。
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14
所有这些点均落在彩色立方体的对角线上，该对角 线被称为灰色线。
彩色立方体中有三个角对应于三基色，红色、绿色 和蓝色。
剩下的三个角对应于二次色，黄色、青色（蓝绿色） 和品红（紫色）。
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6
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7
原始彩色图像
红色分量图像
绿色分量图像
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蓝色分量图像
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数字图像处理38用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感hu数字图像处理39用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感hu数字图像处理40用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感hu数字图像处理41用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感zernike数字图像处理42用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感zernike数字图像处理43用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感zernike数字图像处理44用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感hough数字图像处理45用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感hough数字图像处理46用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感hough数字图像处理47用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感hough数字图像处理48用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感radon数字图像处理49用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感radon数字图像处理50用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感radon根据角度进行分区讨论数字图像处理51用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感radon数字图像处理52用一个半导体功率器件作为开关该
《数字图像处理》课程教学大纲
数字图像处理课程教学大纲课程简介数字图像处理是计算机科学与技术领域的一门重要课程，它研究如何使用计算机和算法来处理和分析数字图像。
本课程旨在介绍数字图像处理的基本原理、方法和应用，并培养学生的图像处理能力和技巧。
课程目标本课程的主要目标是让学生掌握数字图像处理的基本理论和方法，具备图像处理算法设计、图像增强、图像分割、图像压缩等技术的基本能力。
同时，通过实践项目的实施，培养学生的问题解决能力和团队合作能力。
课程安排第一周：课程介绍与基本概念•课程介绍•数字图像的基本概念与特点•数字图像处理的基本步骤第二周：图像预处理•图像采集与获取•图像灰度变换•图像噪声模型与去噪方法第三周：图像增强•直方图均衡化•空域滤波与频域滤波•边缘增强与锐化第四周：图像压缩•图像压缩的基本概念与方法•离散余弦变换（DCT）与JPEG压缩算法•小波变换与JPEG2000压缩算法第五周：图像分割与边缘检测•阈值分割•基于边缘的图像分割•基于区域的图像分割第六周：实践项目1 - 图像识别•项目需求分析与设计•图像特征提取与选择•分类器的训练与测试第七周：实践项目2 - 图像恢复•项目需求分析与设计•图像模型与图像去模糊•图像去噪与图像修复第八周：实践项目3 - 图像处理工具开发•项目需求分析与设计•图像处理算法的实现•图形界面设计与用户交互评估方式•平时成绩：30%•作业与实验报告：30%•期末考试：40%参考教材•Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods. 数字图像处理（第三版）. 清华大学出版社，2018.•Richard Szeliski. 计算机视觉：算法与应用. 电子工业出版社，2014.参考资源•MATLAB图像处理工具箱文档•OpenCV计算机视觉库官方文档以上是《数字图像处理》课程的教学大纲，希望通过本门课程的学习，能够让学生对数字图像处理有一个全面的了解，并具备实践应用的能力。
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10.1.2 梯度边缘检测
设f(x,y)为连续图像函数，Gx和Gy分别为x方向和 y方向的梯度，且在点(x,y)处的梯度可以表示为一个 矢量，并有其梯度定义：
G(f(x,y))f(xx,y)
f(x,y)T
y
（10.1）
若记：
Gx
f
(x, x
y)
f (x, y) Gy y
10.1.2 梯度边缘检测
该梯度矢量在点（x，y）处的梯度幅值定义为：
| Gx(,y)| Gx2Gy2
（10.2）
实际中常用两个分量的绝对值之和来近似梯度幅值，即：
G4(x,y)Gx Gy
（10.3）
或用其最大值来近似梯度幅值：
G 8(x,y)ma G xx{ G (y)}
（10.4）
梯度的方向（由梯度矢量的幅角表示）是函数f(x,y)增加
2 1
（10.12）
10.1.2 梯度边缘检测
(2) Sobel算子（续） 利用Sobel边缘检测算子进行边缘检测的方法是：分
别利用上述两个模板对图像进行逐像素卷积，将2个卷积 结果值相加，然后判别该相加结果是否大于或等于某个阈 值，如果满足条件，则将其作为结果图像中对应于模板中 心位置（i，j）处的像素值；如果不满足条件，则给结果 图像中对应于模板中心位置（i，j）处的像素赋0 值。
G y [f( i 1 ,j 1 ) 2 f( i 1 ,j) f( i 1 ,j 1 ) ]
(f( i 1 ,j 1 ) 2 f( i 1 ,j) f( i 1 ,j 1 )](10.11b)
其中，x方向和y方向梯度的模板形式为 ：
1 Hx 2
1
0 1
1
0
2 Hy 0
0 1
1
2 1
0
0
分别利用上述两个模板对图像进行逐像素卷积，将2 个卷 积结果值相加，然后判别该相加结果是否大于或等于某个 阈值，如果满足条件，则将其作为结果图像中对应于模板 （i,j）位置的像素值；如果不满足条件，则给结果图像 中对应于模板（i,j）位置的像素赋0 值。
10.1.2 梯度边缘检测
(1) Roberts算子（续） 由于Roberts边缘检测算子是利用图像的两个对角线
G(i,j)Gx Gy
其中，Gx和Gy对应2×2模板可分别表示为：
1 0
Gx 0
1
0 1
Gy 1
0
（10.7） （10.8）
G ( i,j) f( i,j) f( i 1 ,j 1 ) f( i 1 ,j) f( i,j 1 ) （10.6）
10.1.2 梯度边缘检测
(1) Roberts算子（续） 利用Roberts边缘检测算子进行边缘检测的方法是：
梯度幅值表示为：
G(i, j) sx2sy2 简化的卷积模板表示形式为 ：
（10.9）
G(i, j)sx sy
（10.10）
其中，Gx和Gy是3×3像素窗口（模板）的中心点像素在x 方
向和y 方向上的梯度，也即利用Sobel 边缘检测算子得到的 是边缘检测结果图像中与3×3模板的中心点（i，j）对应的
《数字图像处理》研究生课程
第十章图像特征提取特点
在图像技术领域的许多应用中，人们总是希
望从分割出的区域中分辨出地物类别，例如分辨 农田、森林、湖泊、沙滩等；或是希望从分割出 的区域中识别出某种物体（目标），例如在河流 中识别舰船；在飞机跑道上识别飞机等。进行地 物分类和物体识别的第一步就是物体特征的提取 和检测，然后才能根据检测和提取的图像特征对 图像中可能的物体进行识别。
图像特征是用于区分一个图像内部特征的最
基本的属性。图像特征可分成自然特征和人工特征 两大类。
人工特征是指人们为了便于对图像进行处理和 分析而人为认定的图像特征，比如图像直方图、图 像频谱和图像的各种统计特征（图像的均值、图像 的方差、图像的标准差、图像的熵）等。
自然特征是指图像固有的特征，比如图像中的 边缘、角点、纹理、形状和颜色等。
最快的方向，并定义为：
(x,y)arcG ta y/G nx)(
（10.5）
10.1.2 梯度边缘检测
从梯度原理出发，已经发展了许多边缘检测算子， 下面是几种最典型的边缘检测算子。
10.1.2 梯度边缘检测
(1) Roberts算子 Roberts（罗伯特）边缘检测算子是基于：任意一对相
互垂直方向上的差分可以看成是梯度的近似求解，并可用 对角线上相邻像素之差来代替梯度寻找边缘。所以，罗伯 特算子是一个交叉算子，其在点(i,j)的梯度幅值表示为：
10.1 图像的边缘特征及其检测方法
10.1.1 图像的边缘特征
图像边缘具有方向和幅度两个特征。沿边缘走向 ，像素的灰度值变化比较平缓，而沿垂直于边缘的走 向，像素的灰度值则变化比较剧烈。这种剧烈的变化 或者呈阶跃状（step edge），或者呈屋顶状（roof edge），分别称为阶跃状边缘和屋顶状边缘。
方向的相邻像素之差进行梯度幅值的检测，所以求得的是 在差分点（i+1/2，j+1/2）处梯度幅值的近似值，而不是 所预期的点（i,j）处的近似值，为了避免引起混淆，可 采用3×3邻域计算梯度值。
10.1.2 梯度边缘检测
(2) Sobel算子 Sobel算子（索贝尔）算子是3×3的，其在点(i,j)的
一般常用一阶和二阶导数来描述和检测边缘。
10.1.1 图像的边缘特征
图像
剖面
一阶导数
二阶导数
上升阶跃边缘 （a）
下降阶跃边缘 （b）
脉冲状边缘 （c）
屋顶边缘 （d）
图10.1 图像边缘及其导数曲线规律示例
10.1.1 图像的边缘特征
综上所述，图像中的边缘可以通过对它们求导数 来确定，而导数可利用微分算子来计算。对于数字图 像来说，通常是利用差分来近似微分。
G ( i,j) f( i,j) f( i 1 ,j 1 ) f( i 1 ,j) f( i,j 1 )（10.6）
其中：
G x f(i,j) f(i 1 ,j 1 )GLeabharlann yf(i 1 ,j)f(i,j 1 )
10.1.2 梯度边缘检测
(1) Roberts算子（续） 所以，式（10.6）可一般地用卷积模板可表示为：
那个位置处的像素值。
10.1.2 梯度边缘检测
(2) Sobel算子（续） Gx和Gy定义为：
G x [ f( i 1 ,j 1 ) 2 f( i ,j 1 ) f( i 1 ,j 1 ) ]
(f( i 1 ,j 1 ) 2 f( i,j 1 ) f( i 1 ,j 1 )](10.11a)