第八章目标表达和描述技术

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链码旋转归一化 利用链码的一阶差分来重新构造一个序列 (一个表示原链码各段之间方向变化的新序列) 这个差分可用相邻两个方向数相减得到
0 (2) 1 1 0 3 3 1 3 3 0 3 0 1 2 2 3 左转 90° 3 3 1 3 3 0 3 0 2 1 2 3 0 1 0 3 3 2 (3) 2 1 2 1 0 0 3 3 3 3 0 0
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8.1 轮廓的链码表达 8.2轮廓线段的近似表达 轮廓线段的近似表达 8.3边界标记 边界标记 8.4目标的层次表达 目标的层次表达 8.5目标的骨架表达 目标的骨架表达 形态学描述 8.6运动表达 运动表达 8.7目标轮廓的傅里叶描述 目标轮廓的傅里叶描述
}
理解
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8.5 目标的骨架表达
数字图像处理
1
第8章 目标表达和描述技术
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图像分析系统的构成
分割 预处理
问题 图像获取 低级处理
特征表示与描述
中级处理
知识库
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识别 与 解释
高级处理
结果
8.1 概述
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概 述
图像表示与描述是图像识别和理解的重要组成部分 图像表示分成边界表示(如链码、边界分段等)和区域 表示(如四叉树、骨架等)两大类。 边界表示关心的是图像中区域的形状特征 区域表示则倾向于反映区域的灰度、颜色、纹理等特 征的特点
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链码举例: 链码举例:
4-链码:003332221101 链码: 链码
4-链码:000033333322222211110011 链码: 链码
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链码----应用背景: 链码----应用背景:
链码具有平移不变性,即当边界平移时,其链码不发生改变。 链码具有平移不变性,即当边界平移时,其链码不发生改变。 如果边界的本身对于旋转和比例修改来说是无变化的, 如果边界的本身对于旋转和比例修改来说是无变化的,使用链码 才是正确的。一般来说这是不可能的,实际应用时还需要改进 才是正确的。一般来说这是不可能的, 如果用链码后,对象只要用1)起点坐标,2)周长(边界点数) 如果用链码后,对象只要用1)起点坐标,2)周长(边界点数)3) 1)起点坐标 周长 链码,4)对象编号 就可以描述 对象编号, 描述。 链码,4)对象编号,就可以描述。 链码一般用于一幅图像中有多个对象的情况, 链码一般用于一幅图像中有多个对象的情况,对单个对象不适用 。
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8.1 轮廓的链码表达 8.2轮廓线段的近似表达 轮廓线段的近似表达 8.3边界标记 边界标记 8.4目标的层次表达 目标的层次表达 8.5目标的骨架表达 目标的骨架表达 8.6运动表达 运动表达 8.7目标轮廓的傅里叶描述 目标轮廓的傅里叶描述 形态学描述
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基于边界的表达
边界表达
边界点集合
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目标:在图像分析应用中人们感兴趣的图像中的某些区域。 目标 表达:对目标的表示方法 表达 – 内部表达:反射性质(灰度、颜色、纹理) – 外部表达:形状 描述:抽象的表示目标 描述 – 用一组数量或符号(描述子)来表征图像中被描述物体的某些特 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。 – 边界描述和区域描述 关系 – 表达对描述起重要作用,限定了描述的精确性 – 表达侧重于数据结构,描述侧重于区域特征及区域间的关系
A
八方向
4
3 5
2
1 0 7
6
A:6570713243
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链码举例: 链码举例:
4-链码:000033333322222211110011 链码: 链码
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链 码
1 1 0 0 7 7 1 1 3 2 2 1 0 1 3 7 7 7 6 6 5 5 5 3 4 5 4 4 4 4 5
2 2
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链码
链码起点归一化 把链码看作一个由各方向数构成的自然数。 将这些方向数依一个方向循环以使它们所构成的 自然数的值最小
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链码
– 问题 : 问题2:
2)由于角度的不同,造成编码的不同 )由于角度的不同,
– 改进2: 改进 :
2)通过使用链码的一阶差代替码子本身的方 ) 式
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链码
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链码 – 算法: 算法: » 给每一个线段边界一个方向编码。 给每一个线段边界一个方向编码。 » 常用有 链码和 链码两种编码方法。 常用有4-链码和 链码两种编码方法。 链码和8-链码两种编码方法 » 从起点开始,沿边界编码,至起点被重新 从起点开始,沿边界编码, 碰到,结束一个对象的编码。 碰到,结束一个对象的编码。
第13章
边界标记 1、距离为角度的函数 先对给定的目标求出重心, 先对给定的目标求出重心 , 然后做出 边界点与重心的距离为角度的函数 这种标记不受目标平移影响, 这种标记不受目标平移影响 , 但会随 目标旋转或放缩而变化
wk.baidu.com第13章
r(θ) θ r θ
A
A
2π θ π
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边界标记 2、ψ-s曲线 沿边界围绕目标一周, 沿边界围绕目标一周 , 在每个位置作 出该点切线,该切线与一个参考方向( 出该点切线,该切线与一个参考方向(如横 轴)之间的角度值就给出一种标记
03033133
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链码
– 问题 : 问题3:
1)链码相当长。 )链码相当长。 2)噪音会产生不必要的链码。 )噪音会产生不必要的链码。
– 改进 : 改进1:
1)加大网格空间。 )加大网格空间。 2)依据原始边界与结果的接近程度,来确 )依据原始边界与结果的接近程度, 定新点的位置。 定新点的位置。
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四叉树表达法在分解时每次将图像一分为四。当图 四叉树表达法在分解时每次将图像一分为四。 像是方形的,且像素个数是2的整数次幂时四叉树法 像是方形的,且像素个数是 的整数次幂时四叉树法 最适用。 最适用。
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1、四叉树 所有的结点可分成3 所有的结点可分成3类:① 目标结点 (用白色表示);② 背景结点(用深色表 示);③ 混合结点(用浅色表示) 树根对应整幅图,而树叶对应各单个 像素或具有相同特性的像素组成的方阵
P226 例8.2.4
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8.3 边界标记
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边界标记 产生边界标记 产生 边界标记 的方法很多, 基本思想 边界标记的方法很多 , 都是借助不同的投影技术把2 的边界用1 都是借助不同的投影技术把2-D的边界用1-D 的较易描述的函数形式来表达 可把2 形状描述的问题转化为对1 可把 2-D 形状描述的问题转化为对 1-D 波形进行分析的问题 投影并不是一种能保持信息的变换, 投影并不是一种能保持信息的变换 , 将2-D平面上的区域边界变换为1-D的曲线是 平面上的区域边界变换为1 有可能丢失信息的
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。
每个线段的长度固定而方向数目取为有限,所以只有边界的起点需用( 绝对)坐标表示,其余点都可只用接续方向来代表偏移量。
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选边界上一点(用坐标表示 作为起点 选边界上一点 用坐标表示)作为起点,其它点用方 用坐标表示 作为起点, 向数来表示: 向数来表示:
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8.2 轮廓线段的近似表达
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实际中的数字轮廓常由于噪声、 实际中的数字轮廓常由于噪声、采样等的影响而有 许多较小的不规则处。 许多较小的不规则处。这些不规则处常对用链妈进 行的轮廓表达产生较明显的干扰影响。 行的轮廓表达产生较明显的干扰影响。 一种抗干扰性能更好, 一种抗干扰性能更好,且更节省表达所需数据量的 方法是用多边形近似逼近轮廓。 方法是用多边形近似逼近轮廓。 实际中多边形表达的目的常是要用尽可能少的线段 来代表轮廓并保持轮廓的基本形状。 来代表轮廓并保持轮廓的基本形状。 常用的多边形表达方法有3种 常用的多边形表达方法有 种: (1)基于收缩的最小周长多边形法 ) (2)基于聚合的最小均方误差线段逼近法 ) (3)基于分裂的最小均方误差线段逼近法 )
第13章
3、斜率密度函数 、 斜率密度函数可看做将ψ-s曲线沿 轴投影的结果。 曲线沿ψ轴投影的结果 斜率密度函数可看做将 曲线沿 轴投影的结果。 P228 图8.3.3
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4、距离为弧长的函数 、 基于边界的标记可通过从一个点开始沿边界围绕目 标逐渐做出来。 标逐渐做出来。如果将各个边界点与目标重心的距 离作为边界点序列的函数就得到一种标记。 离作为边界点序列的函数就得到一种标记。 P228 图8.3.4
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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
黑色表 示背景
一次分裂
二次分裂 蓝色表示背景混合
E
A
B1 B2
B
B3 B4
C
D1 D2
D
D3 D4
第12章 目标表达与描述
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2、二叉树 、 二叉树表达法在分解时每次将图像一分为二。 二叉树表达法在分解时每次将图像一分为二。二叉 树可以看做是四叉树的一种变形。 树可以看做是四叉树的一种变形。 P231 图8.4.2
白 灰 黑 E A B C D A C 1 2 3 4 5 6 7 8 2级 1级 A B C D 0级 E
0级
1级
2级
1
2
3
4
5
6
7
8
第13章
(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
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
参数边界
曲线逼近
标志点
链码
边界段
边界标记
多边形
基于区域的表达
8.1 轮廓的链码表达
第10页
8.1 轮廓的链码表达
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。
(1)链码: (1)链码:对边界的一种重编码表示方法 链码
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8.5 目标的骨架表达
1、骨架和骨架点 一种简化的目标区域表达方法
骨 架
R p B
–中轴变换是一种用来确定物体骨架的细化技术。 (草场火技术) •中轴变换方法(MAT) • 具有轮廓B的区域R的MAT是如下确定的。对每个R中的点P, 在B中搜寻与它最近的点。如果对P能找到多于1个这样的点 (即有2个或以上的B中的点与P同时最近),就可以认为P 属于R的中线或骨架,或者说P是1个骨架点。
先从点a出发,依次做直线 ab,ac,ad,ae等。对从ac开 始的每条线段计算前一边界点 与线段的距离作为拟合误差
h g f j c k e d
a b
i
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P225 例8.2.2 先从点a出发,依次做直线ab, ac,ad,ae等。对从ac开始的每条线段计算前 一边界点与线段的距离作为拟合误差
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a b
i
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3、分裂逼近多边形 、 先连接轮廓上相距最远的2个像素 把轮廓分成两部分), 个像素( 先连接轮廓上相距最远的 个像素(把轮廓分成两部分), 然后根据一定准则进一步分解轮廓,构成多边形逼近轮廓, 然后根据一定准则进一步分解轮廓,构成多边形逼近轮廓, 直到拟合误差满足一定限度。 直到拟合误差满足一定限度。 P225 例8.2.3
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形状数:值最小 链码 链码)的差分码 形状数:值最小(链码 的差分码
0 (2) 1 1 0 3 1 2 2 3 左转 90° 3 1 3 3 0 3 0 3 3 1 3 3 0 3 0 3 0 1 0 3 3 2 (3) 2 1 2 1 0 0 3 3
0
0 3 2 1 2 3
形状数
03033133
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1、最小周长多边形
第26页
P225 例8.2.1 基于收缩的最小周长多边形
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2、聚合逼近多边形 、
沿轮廓依次连接像素。先选1个轮廓点为起点,用直线依次连接该点与 相邻的轮廓点。分别计算各直线与轮廓的(逼近)拟合误差,把误差 超过某个限度前的线段确定为多边形的1条边并将误差置零。然后以线 段另一端点为起点继续连接轮廓点,直至绕轮廓1周。这样就得到1个 轮廓的近似多边形。
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8.4 目标的层次表达
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目标可以看做是所有组成目标区域像素的集合,从 目标可以看做是所有组成目标区域像素的集合, 集合的观点来看,集合可分解为子集合, 集合的观点来看,集合可分解为子集合,每个子集 合又可继续分解,直至每个元素。 合又可继续分解,直至每个元素。 目标的层次表达就是根据这种思路, 目标的层次表达就是根据这种思路,利用金字塔式 的数据结构来表达目标的方法。 的数据结构来表达目标的方法。 四叉树 二叉树
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