数字图像处理~目标表达与描述

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目标表达与描述
主要内容
1 2 3 4 5
概述 边界表达 区域表达 边界描述 区域描述
1 概述
背景
–图像分割技术的目的是把一幅给定图像分成有意义的区域或 图像分割技术的目的是把一幅给定图像分成有意义的区域或 图像分割技术的目的 部分。图像分割之后,为了进一步对图像作分析和识别,就 部分。图像分割之后,为了进一步对图像作分析和识别, 分析和识别 必须通过对图像中的物体(目标 目标)作定性或定量的分析来作出 必须通过对图像中的物体 目标 作定性或定量的分析来作出 正确的结论
关系
– 表达对描述起重要作用,限定了描述的精确性 表达对描述起重要作用, – 只有目标的描述,表达方法才有意义 只有目标的描述, – 表达侧重于数据结构,描述侧重于区域特征及区域间的关 表达侧重于数据结构, 系
主要内容
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概述 边界表达 区域表达 边界描述 区域描述
2 边界表达
在分割过程中当确定了边界后, 在分割过程中当确定了边界后,边界表达就是基 于边界的像素点对目标的表示形式。 于边界的像素点对目标的表示形式。
µR C= σR
当区域为圆时,C趋于无穷大,不受平移、旋转、尺度变换影响 趋于无穷大, 当区域为圆时, 趋于无穷大 不受平移、旋转、 从区域重心到边界点的平均距离为 µ R 从区域重心到边界点的距离的均方差为 σ R 1 N −1 µ R = ∑ ( xk , y k ) − ( x , y ) N k =0
∑1
(2)区域重心: 1 x = A
1 y = A
( x , y )∈ R

x
y
( x , y )∈ R

(3)区域灰度:灰度的最大值、最小值、均值、中值等 区域灰度:灰度的最大值、最小值、均值、
5 区域描述
偏心率:常用边界长轴(直径)长度与短轴长度得比值来表示。 偏心率:常用边界长轴(直径)长度与短轴长度得比值来表示。 描述区域的紧凑性 圆形性: 圆形性:
步骤: 首先标记满足下列条件的像素点( 步骤 (1)首先标记满足下列条件的像素点 p1 =1)
(1.1)2 ≤ N ( p1 ) ≤ 6; (1.2) S ( p1 ) = 1 (1.3) p2 ⋅ p4 ⋅ p6 = 0; (1.4) p4 ⋅ p6 ⋅ p8 = 0
其中N(p1) 是p1 的非零邻点的个数,S(p1)是以 2,p3,… p9 为 的非零邻点的个数, 是以p 其中 是以 序时这些点的值从0 变化的次数。扫描所有点后, 序时这些点的值从0到1变化的次数。扫描所有点后,将所有 标记点删除掉 同第1 修改(1.3) (1.3)为 (1.4)为 (2)同第1步,修改(1.3)为 (2.3) p2 ⋅ p4 ⋅ p8 = 0; (1.4)为 ( 2 .4 ) p 2 ⋅ p 6 ⋅ p 8 = 0; 扫描所有点后,删除所有标记点 扫描所有点后, 重复(1) (2), (1)和 (3)重复(1)和(2),直到没有删除像素点为止
图像分析
–通过图像分割把图像空间分成一些有意义的区域,然后采用 通过图像分割把图像空间分成一些有意义的区域, 通过图像分割把图像空间分成一些有意义的区域 不同于原始图像的适当形式将目标表示出来, 不同于原始图像的适当形式将目标表示出来,并对目标特征 进行描述, 进行描述,再对图像进行分析和理解处理 –图像分割的结果要么是区域内的像素的集合,要么是位于区 图像分割的结果要么是区域内的像素的集合, 图像分割的结果要么是区域内的像素的集合 域边界上的像素的集合, 域边界上的像素的集合,所以对图像中目标的表达方法分为 区域表达和边界表达,对目标的描述一般也分为对边界的描 区域表达和边界表达,对目标的描述一般也分为对边界的描 述和对区域的描述
细化算法可归纳为:在不破坏区域 的连通性的基础上, 细化算法可归纳为:在不破坏区域S 的连通性的基础上, 可归纳为 消去S 中那些不是端点 简单边界点,并按S 的上、 端点的 消去 中那些不是端点的简单边界点,并按 的上、下、左、 右的顺序反复进行,直至不存在可以消去的简单边界点。 右的顺序反复进行,直至不存在可以消去的简单边界点。其核 是如何判断端点和简单边界点。 心是如何判断端点和简单边界点。
A
A
归一化 左:0 1 0 3 3 2 2 1
右:0 0 3 3 2 1 2 1
旋转后链码发生变化
差分:把链码看成由方向数构成的自然数 再用后位减前位 再用后位减前位。 差分:把链码看成由方向数构成的自然数,再用后位减前位。
差分 差分码归一
10103322 33133030 21210033 33133030
1 概述
表达: 表达:对目标的表示方法
– 内部表达:反射性质(灰度、颜色、纹理) 内部表达:反射性质(灰度、颜色、纹理) – 外部表达:形状 外部表达:
描述: 描述:抽象的表示目标
– 用一组数量或符号 描述子)来表征图像中被描述物体的某 用一组数量或符号(描述子 来表征图像中被描述物体的某 描述子 些特征,可以是对图像中各组成部分的性质的描述, 些特征,可以是对图像中各组成部分的性质的描述,也可 以是各部分彼此间的关系的描述。 以是各部分彼此间的关系的描述。 – 边界描述和区域描述
链码归一化 把链码看成由方向数构成的自然数,找最小的一个。 把链码看成由方向数构成的自然数,找最小的一个。 依一个方向循环移动 C:01033221
2 边界表达
旋转问题
对同一边界,旋转前后的链码是不同的。 例如: 对同一边界,旋转前后的链码是不同的。 例如:
左 : 1 0 1 0 3 3 2 2 右: 2 1 2 1 0 0 3 3
3 区域表达
(1)空间占有数组: 中任一点(x, : (1)空间占有数组:对图像 f (x, y)中任一点 y): 空间占有数组 中任一点
如果它在给定的区域内, 如果它在给定的区域内,就取 f (x, y)为1 为 否则就取 f (x, y)为0 为 所有f 所有 (x, y)为1的点组成的集合就代表了所要表示的区域 为
1 σR = N
∑ [ ( x , y ) − (x, y) − µ ]
k =0 k k R
N −1
2
3 区域表达
例子: 例子:
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 步骤(1)作标记 步骤(1)作标记 (1) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 × 1 1 1 0 1 1 × × × 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 × 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 × × × 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
方法简单 空间使用大
3 区域表达
(2)四叉树:适用于对方形图像采用分裂与合并方法进行分 四叉树: 四叉树
(1)链码: (1)链码:对边界的一种重编码表示方法 链码
链码是一种用若干条具有特定长度和方向的线段连接起来表 示目标边界的方法。 示目标边界的方法。
A
例如: 例如:方向数 八方向
4 5 6 7 3 2 1 0 2 3 1
四方向
0
选边界上一点(用坐标表示) 选边界上一点(用坐标表示)作为起 其它点用方向数来表示: 点,其它点用方向数来表示:
DE ( p, q ) = ( x − s ) 2 + ( y − t ) 2
D4 ( p, q) = x − s + y − t D8 ( p, q) = max( x − s , y − t )
4 边界描述
2、 矩 :
f(r)
目标的边界可看成一系列线段组成: 看成一个一维函数 f(r): :
f(r)的均值: 的均值: 的均值
A:6570713243
2 边界表达
起点问题
对同一边界,如果用不同的边界点作为链码起点, 对同一边界,如果用不同的边界点作为链码起点,得到 的链码是不同的。 例如: 的链码是不同的。 例如:
B C A
为起点, 以A为起点,链码为:A: 10103322 为起点 链码为: B为起点 链码为: 为起点, 以B为起点,链码为: B: 03322101
0 r
m = ∑ ri f (ri )
f(r)对均值的 阶矩为: 对均值的n阶矩为 对均值的 阶矩为:
µ n (r ) = ∑ (ri − m) n f (ri )
f(r)对均值的 阶矩与 的形状有直接关系,如2阶矩描述了 对均值的n阶矩与 的形状有直接关系, 对均值的 阶矩与f(r)的形状有直接关系 曲线对均值的分布, 阶矩描述了曲线对均值的对称性。 曲线对均值的分布,3阶矩描述了曲线对均值的对称性。
删除步骤(2)作标记的点 删除步骤(2)作标记的点 (2)
3 区域表达
主要内容
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概述 边界表达 区域表达 边界描述 区域描述
4 边界描述
1、简单边界描述符: 简单边界描述符:
(1)边界的长度:边界所包围区域的轮廓的周长。 边界的长度:边界所包围区域的轮廓的周长。 边界上相隔最远的两个点之间的距离。 (2)边界的直径 :边界上相隔最远的两个点之间的距离。 任意两点p、 (坐标分别为(x, 和 任意两点 、q(坐标分别为 y)和(s, t))之间的距离可以采 ) 用不同的度量方法: 用不同的度量方法:
割的情况
E
A C
B
A C
B1 B3 D1 D3
B2 B4 D2 D4
D
原始图像 白色表示目标
黑色表 示背景
一次分裂
二次分裂
E
蓝色表示背景混合
A
B1 B2
B
B3 B4
C
D1 D2
D
D3 D4
3 区域表达
(3)骨架
为了便于描述和特征抽取,对那些细长的区域常用他们的 为了便于描述和特征抽取, 细化骨架”的细线来表示,这些细线位于中轴附近, “细化骨架”的细线来表示,这些细线位于中轴附近,而且从 视觉上看仍然保持原来的形状,这种处理即细化。 视觉上看仍然保持原来的形状,这种处理即细化。细化算法多 用于二值图像。 用于二值图像。
3 区域表达
一种算法:已知二值图像中目标点标记为1 一种算法:已知二值图像中目标点标记为1,背景 点标记为0 扫描像素p 建立以p 点标记为0。扫描像素 1(x,y)时,建立以 1为中 , ) 心的3 周围的8个点分别表示为 个点分别表示为p 心的 X 3窗口 ,周围的 个点分别表示为 2,p3, 窗口 p4,p5,p6,p7,p8,p9。
删除步骤(1)作标记的点 删除步骤(1)作标记的点 (1)
步骤(2)作标记 步骤(2)作标记 (2)
3 区域表达
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
主要内容
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概述 边界表达 区域表达 边界描述 区域描述
5 区域描述
1、简单区域描述符: 简单区域描述符:
(1)区域面积:说明区域的大小,设每个像素边长为1, 区域面积:说明区域的大小,设每个像素边长为1 则区域R的面积为 的面积为: 则区域 的面积为: 即区域内像素个数
A =
( x , y )∈ R
× × × × 0 0
3 区域表达
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 × 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 × × 1 0 பைடு நூலகம் 0 0 0 0 0 0 0 0 × × 0 1 1 0 × 1 0 × 1 0 × × 0 0 0 0 0 0 0
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