数字图像处理特征表示与描述PPT课件
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6.2 特征表示与描述
第 六 章
图 像
6.2.1 特征表示与描述的基本概念
分 6.2.2 表示方法
割 和
6.2.3 边界描述符
分 析
6.2.4 区域描述符
6.2.5 关系描述符
1
6.2.1 特征表示与描述的基本概念
第 六 章 图 图像分割结果是得到了区域内像素集合，或位于 像 区域边界上的像素集合。 分 割 和 – 把图像分割后，为了进一步的识别等处理，分割 分 后的图像一般要进行表示和描述。 析
分 析
(3) 如果没有超过阈值的垂直距离，结束。
19
6.2.2.3 外形特征
第 六 章
图 像
1 基本思想：
分
外形特征是一种用一维函数表达边界的方
割
法。基本思想是把边界的表示降到一维函数。
和
分
析
20
6.2.2.3 外形特征
第
六 章
2 函数定义——质心角函数：
图
边上的点到质心的距离r，作为夹角的的
像
2 算法：
像
• 给每一个边界线段一个方向编码。
分 割
• 有4-链码和8-链码两种编码方法。
和
• 从起点开始，沿边界编码，至起点被重新
分
碰到，结束一个对象的编码。
析
9
6.2.2.1 链码
第
六
章
– 问题1：
图
1）链码相当长。
像 分
2）噪声会产生不必要的链码。
割
– 改进1：
和 分
1）加大网格空间。
析
2）依据原始边界与格点的接近程度，来确
图
1）链码是一种边界的编码表示法。
像
2）用边界的方向作为编码依据，简化边界的描
分
述。一般描述的是边界点集。
割
和
1
分 4-链码
2
3
1 8-链码
析
2
04
0
5
7
3
6
7
6.2.2.1 链码
第 六 章
图 • 链码举例：
像 分 割 和 分 析
4-链码：2222211110011
8
6.2.2.1 链码
第
六
章
图
割 – 寻找最小基本多边形的方法一般有两种：Hale Waihona Puke Baidu
和 分
1）点合并法
析
2）边分裂法
14
6.2.2.2 多边形逼近
第
六 章
1 点合并法
图 1) 算法：
像
分
割
和
分
析
R
R<T
15
6.2.2.2 多边形逼近
第
六
章 (1) 沿着边界选两个相邻的点对，计
R
图 算首尾连接直线段与原始折线段的误
像 分
差R。
R<T
割 (2) 如果误差R小于预先设置的阈值T。去掉中间点，
3-0=3 3-3=0
和
1-0=1
2 - 3 = -1(3)
分
0 - 1 = -1(3)
2-2=0
析
4-链码 ：10103322
循环首差 ：33133|030
形状数 ：03033133（数值最小）
13
6.2.2.2 多边形逼近(Polygonal
第 Approximations)
六 章
图 像 分
– 基本思想：用一包含尽量少线段的多边形， 来刻画边界形状的本质。
分
割 和
下面讲到的分裂法可用于缓解这个问题。
分
析
17
6.2.2.2 多边形逼近
第
六
章
2 边分裂法
图
1) 算法：
像
分
割
和
分
析
18
6.2.2.2 多边形逼近
第 六 章 (1) 连接边界线段的两个端点（如果是封闭边界，
图 连接最远点）；
像
分 (2) 如果最大垂直距离大于阈值，将边界分为两段，
割 和
最大值点定位一个顶点。重复(1)；
函数r() 。
分
割 和
r()
分 析
r
A
A
221
6.2.2.3 外形特征
第 六
章 – 举例：
图
像
分
割 和
r()
分
析
A
r
A
2 22
6.2.2.3 外形特征
第
六
章
– 问题：函数过分依赖于旋转和缩放变换。
图
– 改进：
像
• 对于旋转——两种改进：
分 割
a.选择离质心最远的点作为起点。
和
b.选择从质心到主轴上最远的点作为起点。
描述。此外，边界和边界或区域和区域之间的关
系也常需要进行描述 。
5
6.2.2 表示方法
第 六
章 6.2.2.1 链码
图 像
6.2.2.2 多边形逼近
分 6.2.2.3 外形特征
割 和
6.2.2.4 边界分段
分 析
6.2.2.5 区域骨架
6
6.2.2.1 链码(Chain Codes)
第
六 章
1 链码定义：
第
六
章
– 外部特征来进行表示举例：
图 像 分 割 和 分 析
4
6.2.1 特征表示与描述的基本概念
第 六
描述
章
描述是较抽象地表示目标。好的描述应在尽
图 可能区别不同目标的基础上对目标的尺度、平移
像 分
、旋转等不敏感，这样的描述比较通用。
割
和 分
描述也可分为对边界的描述和对区域的描述
析 。几何形状属于外部描述。灰度和纹理属于内部
分 析
• 对于缩放变换：
对函数进行归一化，使函数值总是分布在相同
的值域里，比如说[0，1]。
23
6.2.2.4 边界分段(Boundary Segments)
第 六
章 1 基本概念：
图
• 一个任意集合S（区域）的凸壳H是：包含S
像 分 割
的最小凸集。 • H-S 的 差 的 集 合 被 称 为 集 合 S 的 凸 起 补 集
分 析
2）对起点重新定义，使得到的循环差分链码对应的整 数值最小。这样得到的最小循环差分链码称为形状数。
12
6.2.2.1 链码
第
六 章
– 循环一阶差分链码：用相邻链码的差代替链码。
例如：4-链码 10103322 循环一阶差分为： 33133030
图
像 分 割
循环一阶差分：1 - 2 = -1(3) 0 - 1 = -1(3)
和 分 析
选新点对与下一相邻点对，重复(1)；否则，存储 线段的参数，置误差为0，选被存储线段的终点
为起点，重复(1)、(2)。
(3) 当程序的第一个起点被遇到，程序结束。
16
6.2.2.2 多边形逼近
第 六 章 2) 点合并法的问题：
图
顶点可能不对应于边界的拐点（如拐角）。因
像
为新的线段直到超过误差的阈值才开始。
定新点的位置。
10
6.2.2.1 链码
第
六 章
• 链码举例：
图 像 分 割 和 分 析
4-链码：2222211110011
4-链码：1
11
6.2.2.1 链码
第 六 章 – 问题2：
图
1）由于起点的不同，造成编码的不同。
像
2）由于旋转角度的不同，造成编码的不同。
分 – 改进2：
割 和
1）通过使用链码的循环一阶差分代替链码本身，解决 旋转问题。
2
6.2.1 特征表示与描述的基本概念
第
六 表示
章
图 – 表示是直接具体地表示目标，好的表示方法应具有 像 节省存储空间、易于特征计算等优点。一般情况下：
分 割
1）如果关注的焦点是形状特性，选择外部表示方
和 式。
分 析
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。
3
6.2.1 特征表示与描述的基本概念
第 六 章
图 像
6.2.1 特征表示与描述的基本概念
分 6.2.2 表示方法
割 和
6.2.3 边界描述符
分 析
6.2.4 区域描述符
6.2.5 关系描述符
1
6.2.1 特征表示与描述的基本概念
第 六 章 图 图像分割结果是得到了区域内像素集合，或位于 像 区域边界上的像素集合。 分 割 和 – 把图像分割后，为了进一步的识别等处理，分割 分 后的图像一般要进行表示和描述。 析
分 析
(3) 如果没有超过阈值的垂直距离，结束。
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6.2.2.3 外形特征
第 六 章
图 像
1 基本思想：
分
外形特征是一种用一维函数表达边界的方
割
法。基本思想是把边界的表示降到一维函数。
和
分
析
20
6.2.2.3 外形特征
第
六 章
2 函数定义——质心角函数：
图
边上的点到质心的距离r，作为夹角的的
像
2 算法：
像
• 给每一个边界线段一个方向编码。
分 割
• 有4-链码和8-链码两种编码方法。
和
• 从起点开始，沿边界编码，至起点被重新
分
碰到，结束一个对象的编码。
析
9
6.2.2.1 链码
第
六
章
– 问题1：
图
1）链码相当长。
像 分
2）噪声会产生不必要的链码。
割
– 改进1：
和 分
1）加大网格空间。
析
2）依据原始边界与格点的接近程度，来确
图
1）链码是一种边界的编码表示法。
像
2）用边界的方向作为编码依据，简化边界的描
分
述。一般描述的是边界点集。
割
和
1
分 4-链码
2
3
1 8-链码
析
2
04
0
5
7
3
6
7
6.2.2.1 链码
第 六 章
图 • 链码举例：
像 分 割 和 分 析
4-链码：2222211110011
8
6.2.2.1 链码
第
六
章
图
割 – 寻找最小基本多边形的方法一般有两种：Hale Waihona Puke Baidu
和 分
1）点合并法
析
2）边分裂法
14
6.2.2.2 多边形逼近
第
六 章
1 点合并法
图 1) 算法：
像
分
割
和
分
析
R
R<T
15
6.2.2.2 多边形逼近
第
六
章 (1) 沿着边界选两个相邻的点对，计
R
图 算首尾连接直线段与原始折线段的误
像 分
差R。
R<T
割 (2) 如果误差R小于预先设置的阈值T。去掉中间点，
3-0=3 3-3=0
和
1-0=1
2 - 3 = -1(3)
分
0 - 1 = -1(3)
2-2=0
析
4-链码 ：10103322
循环首差 ：33133|030
形状数 ：03033133（数值最小）
13
6.2.2.2 多边形逼近(Polygonal
第 Approximations)
六 章
图 像 分
– 基本思想：用一包含尽量少线段的多边形， 来刻画边界形状的本质。
分
割 和
下面讲到的分裂法可用于缓解这个问题。
分
析
17
6.2.2.2 多边形逼近
第
六
章
2 边分裂法
图
1) 算法：
像
分
割
和
分
析
18
6.2.2.2 多边形逼近
第 六 章 (1) 连接边界线段的两个端点（如果是封闭边界，
图 连接最远点）；
像
分 (2) 如果最大垂直距离大于阈值，将边界分为两段，
割 和
最大值点定位一个顶点。重复(1)；
函数r() 。
分
割 和
r()
分 析
r
A
A
221
6.2.2.3 外形特征
第 六
章 – 举例：
图
像
分
割 和
r()
分
析
A
r
A
2 22
6.2.2.3 外形特征
第
六
章
– 问题：函数过分依赖于旋转和缩放变换。
图
– 改进：
像
• 对于旋转——两种改进：
分 割
a.选择离质心最远的点作为起点。
和
b.选择从质心到主轴上最远的点作为起点。
描述。此外，边界和边界或区域和区域之间的关
系也常需要进行描述 。
5
6.2.2 表示方法
第 六
章 6.2.2.1 链码
图 像
6.2.2.2 多边形逼近
分 6.2.2.3 外形特征
割 和
6.2.2.4 边界分段
分 析
6.2.2.5 区域骨架
6
6.2.2.1 链码(Chain Codes)
第
六 章
1 链码定义：
第
六
章
– 外部特征来进行表示举例：
图 像 分 割 和 分 析
4
6.2.1 特征表示与描述的基本概念
第 六
描述
章
描述是较抽象地表示目标。好的描述应在尽
图 可能区别不同目标的基础上对目标的尺度、平移
像 分
、旋转等不敏感，这样的描述比较通用。
割
和 分
描述也可分为对边界的描述和对区域的描述
析 。几何形状属于外部描述。灰度和纹理属于内部
分 析
• 对于缩放变换：
对函数进行归一化，使函数值总是分布在相同
的值域里，比如说[0，1]。
23
6.2.2.4 边界分段(Boundary Segments)
第 六
章 1 基本概念：
图
• 一个任意集合S（区域）的凸壳H是：包含S
像 分 割
的最小凸集。 • H-S 的 差 的 集 合 被 称 为 集 合 S 的 凸 起 补 集
分 析
2）对起点重新定义，使得到的循环差分链码对应的整 数值最小。这样得到的最小循环差分链码称为形状数。
12
6.2.2.1 链码
第
六 章
– 循环一阶差分链码：用相邻链码的差代替链码。
例如：4-链码 10103322 循环一阶差分为： 33133030
图
像 分 割
循环一阶差分：1 - 2 = -1(3) 0 - 1 = -1(3)
和 分 析
选新点对与下一相邻点对，重复(1)；否则，存储 线段的参数，置误差为0，选被存储线段的终点
为起点，重复(1)、(2)。
(3) 当程序的第一个起点被遇到，程序结束。
16
6.2.2.2 多边形逼近
第 六 章 2) 点合并法的问题：
图
顶点可能不对应于边界的拐点（如拐角）。因
像
为新的线段直到超过误差的阈值才开始。
定新点的位置。
10
6.2.2.1 链码
第
六 章
• 链码举例：
图 像 分 割 和 分 析
4-链码：2222211110011
4-链码：1
11
6.2.2.1 链码
第 六 章 – 问题2：
图
1）由于起点的不同，造成编码的不同。
像
2）由于旋转角度的不同，造成编码的不同。
分 – 改进2：
割 和
1）通过使用链码的循环一阶差分代替链码本身，解决 旋转问题。
2
6.2.1 特征表示与描述的基本概念
第
六 表示
章
图 – 表示是直接具体地表示目标，好的表示方法应具有 像 节省存储空间、易于特征计算等优点。一般情况下：
分 割
1）如果关注的焦点是形状特性，选择外部表示方
和 式。
分 析
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。
3
6.2.1 特征表示与描述的基本概念