做学术用的网站,国内国际时事100字,旅游建设投资公司中网站,济南简单网站制作排名公司数字图像处理#xff1a;特征提取基本概念总结一、特征提取概念二、特征概述1#xff0e;边缘2#xff0e;角3#xff0e;区域4#xff0e;脊三、常用图像特征概述1#xff0e;颜色特征2#xff0e;纹理特征3#xff0e;形状特征4#xff0e;空间关系特征一、特征提取…
数字图像处理特征提取基本概念总结一、特征提取概念二、特征概述1边缘2角3区域4脊三、常用图像特征概述1颜色特征2纹理特征3形状特征4空间关系特征一、特征提取概念
特征提取是计算机视觉和图像处理中的一个概念。它指的是使用计算机提取图像信息决定每个图像的点是否属于一个图像特征。特征提取的结果是把图像上的点分为不同的子集这些子集往往属于孤立的点、连续的曲线或者连续的区域。
二、特征概述
至今为止特征没有万能和精确的定义。特征的精确定义往往由问题或者应用类型决定。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。 特征提取检查每个像素来确定该像素是否代表一个特征。假如它是一个更大的算法的一部分那么这个算法一般只检查图像的特征区域。作为特征提取的一个前提运算输入图像一般先在尺度空间中被平滑此后通过局部导数运算来计算图像的一个或多个特征。 有时假如特征提取需要许多的计算时间而可以使用的时间有限制一个高层次算法可以用来控制特征提取阶层这样仅图像的部分被用来寻找特征。 由于许多计算机图像算法使用特征提取作为其初级计算步骤因此有大量特征提取算法被发展其提取的特征各种各样它们的计算复杂性和可重复性也非常不同。 下面是用来描述图像的一些基本概念
1边缘
边缘是组成两个图像区域之间边界或边缘的像素。一般一个边缘的形状可以是任意的还可能包括交叉点。在实践中边缘一般被定义为图像中拥有大的梯度的点组成的子集。一些常用的算法还会把梯度高的点联系起来来构成一个更完善的边缘的描写。这些算法也可能对边缘提出一些限制。局部地看边缘是一维结构。
2角
角是图像中点似的特征在局部它有两维结构。早期的算法首先进行边缘检测然后分析边缘的走向来寻找边缘突然转向角。后来发展的算法不再需要边缘检测这个步骤而是可以直接在图像梯度中寻找高度曲率。后来发现这样有时可以在图像中本来没有角的地方发现具有同角一样的特征的区域。
3区域
与角不同的是区域描写一个图像中的一个区域性的结构但是区域也可能仅由一个像素组成因此许多区域检测也可以用来监测角。一个区域监测器检测图像中一个对于角监测器来说太平滑的区域。区域检测可以被想象为把一张图像缩小然后在缩小的图像上进行角检测。
4脊
长条形的物体被称为脊。在实践中脊可以被看作是代表对称轴的一维曲线此外局部针对于每个脊像素有一个脊宽度。从灰梯度图像中提取脊要比提取边缘、角和区域困难。在空中摄影中往往使用脊检测来分辨道路在医学图像中它被用来分辨血管。 特征被检测后它可以从图像中被抽取出来。这个过程可能需要许多图像处理的计算机。其结果被称为特征描述或者特征向量。
三、常用图像特征概述
常用的图像特征有颜色特征、纹理特征、形状特征、空间关系特征。
1颜色特征
1.1基本概念 颜色特征是一种全局特征,描述了图像或图像区域所对应的景物的表面性质。一般颜色特征是基于像素点的特征此时所有属于图像或图像区域的像素都有各自的贡献。由于颜色对图像或图像区域的方向、大小等变化不敏感所以颜色特征不能很好地捕捉图像中对象的局部特征。另外仅使用颜色特征查询时如果数据库很大常会将许多不需要的图像也检索出来。颜色直方图是最常用的表达颜色特征的方法其优点是不受图像旋转和平移变化的影响进一步借助归一化还可不受图像尺度变化的影响基缺点是没有表达出颜色空间分布的信息。 1.2常用的特征提取与匹配方法 1 颜色直方图 其优点在于它能简单描述一幅图像中颜色的全局分布即不同色彩在整幅图像中所占的比例特别适用于描述那些难以自动分割的图像和不需要考虑物体空间位置的图像。其缺点在于它无法描述图像中颜色的局部分布及每种色彩所处的空间位置即无法描述图像中的某一具体的对象或物体。 最常用的颜色空间RGB颜色空间、HSV颜色空间。 颜色直方图特征匹配方法直方图相交法、距离法、中心距法、参考颜色表法、累加颜色直方图法。 2 颜色集 颜色直方图法是一种全局颜色特征提取与匹配方法无法区分局部颜色信息。颜色集是对颜色直方图的一种近似首先将图像从 RGB颜色空间转化成视觉均衡的颜色空间如 HSV 空间并将颜色空间量化成若干个柄。然后用色彩自动分割技术将图像分为若干区域每个区域用量化颜色空间的某个颜色分量来索引从而将图像表达为一个二进制的颜色索引集。在图像匹配中比较不同图像颜色集之间的距离和色彩区域的空间关系 3 颜色矩 这种方法的数学基础在于图像中任何的颜色分布均可以用它的矩来表示。此外由于颜色分布信息主要集中在低阶矩中因此仅采用颜色的一阶矩mean、二阶矩variance和三阶矩skewness就足以表达图像的颜色分布。 4 颜色聚合向量 其核心思想是将属于直方图每一个柄的像素分成两部分如果该柄内的某些像素所占据的连续区域的面积大于给定的阈值则该区域内的像素作为聚合像素否则作为非聚合像素。
2纹理特征
2.1基本概念 纹理特征也是一种全局特征它也描述了图像或图像区域所对应景物的表面性质。但由于纹理只是一种物体表面的特性并不能完全反映出物体的本质属性所以仅仅利用纹理特征是无法获得高层次图像内容的。与颜色特征不同纹理特征不是基于像素点的特征它需要在包含多个像素点的区域中进行统计计算。在模式匹配中这种区域性的特征具有较大的优越性不会由于局部的偏差而无法匹配成功。作为一种统计特征纹理特征常具有旋转不变性并且对于噪声有较强的抵抗能力。但是纹理特征也有其缺点一个很明显的缺点是当图像的分辨率变化的时候所计算出来的纹理可能会有较大偏差。另外由于有可能受到光照、反射情况的影响从2-D图像中反映出来的纹理不一定是3-D物体表面真实的纹理。例如水中的倒影光滑的金属面互相反射造成的影响等都会导致纹理的变化。由于这些不是物体本身的特性因而将纹理信息应用于检索时有时这些虚假的纹理会对检索造成“误导”。 在检索具有粗细、疏密等方面较大差别的纹理图像时利用纹理特征是一种有效的方法。但当纹理之间的粗细、疏密等易于分辨的信息之间相差不大的时候通常的纹理特征很难准确地反映出人的视觉感觉不同的纹理之间的差别。
2.2常用的特征提取与匹配方法 1统计方法 统计方法的典型代表是一种称为灰度共生矩阵的纹理特征分析方法。灰度共生矩阵的四个关键特征是能量、惯量、熵和相关性。统计方法中另一种典型方法是从图像的自相关函数即图像的能量谱函数提取纹理特征即通过对图像的能量谱函数的计算提取纹理的粗细度及方向性等特征参数 2几何法 所谓几何法是建立在纹理基元基本的纹理元素理论基础上的一种纹理特征分析方法。纹理基元理论认为复杂的纹理可以由若干简单的纹理基元以一定的有规律的形式重复排列构成。在几何法中比较有影响的算法有两种Voronio 棋盘格特征法和结构法。 3模型法 模型法以图像的构造模型为基础采用模型的参数作为纹理特征。典型的方法是随机场模型法如马尔可夫Markov随机场MRF模型法和 Gibbs 随机场模型法 纹理特征的提取与匹配主要有灰度共生矩阵、Tamura 纹理特征、自回归纹理模型、小波变换等。 灰度共生矩阵特征提取与匹配主要依赖于能量、惯量、熵和相关性四个参数。Tamura 纹理特征基于人类对纹理的视觉感知心理学研究提出6种属性即粗糙度、对比度、方向度、线像度、规整度和粗略度。自回归纹理模型simultaneous auto-regressive, SAR是马尔可夫随机场MRF模型的一种应用实例。
3形状特征
3.1基本概念 各种基于形状特征的检索方法都可以比较有效地利用图像中感兴趣的目标来进行检索但它们也有一些共同的问题包括①目前基于形状的检索方法还缺乏比较完善的数学模型②如果目标有变形时检索结果往往不太可靠③许多形状特征仅描述了目标局部的性质要全面描述目标常对计算时间和存储量有较高的要求④许多形状特征所反映的目标形状信息与人的直观感觉不完全一致或者说特征空间的相似性与人视觉系统感受到的相似性有差别。另外从 2-D 图像中表现的 3-D 物体实际上只是物体在空间某一平面的投影从 2-D 图像中反映出来的形状常不是 3-D 物体真实的形状由于视点的变化可能会产生各种失真。 3.2常用的特征提取与匹配方法 通常情况下形状特征有两类表示方法一类是轮廓特征另一类是区域特征。图像的轮廓特征主要针对物体的外边界而图像的区域特征则关系到整个形状区域。 1边界特征法 该方法通过对边界特征的描述来获取图像的形状参数。其中Hough 变换检测平行直线方法和边界方向直方图方法是经典方法。Hough 变换是利用图像全局特性而将边缘像素连接起来组成区域封闭边界的一种方法其基本思想是点—线的对偶性边界方向直方图法首先微分图像求得图像边缘然后做出关于边缘大小和方向的直方图通常的方法是构造图像灰度梯度方向矩阵。 2傅里叶形状描述符法 傅里叶形状描述符(Fourier shape deors)基本思想是用物体边界的傅里叶变换作为形状描述利用区域边界的封闭性和周期性将二维问题转化为一维问题。由边界点导出三种形状表达分别是曲率函数、质心距离、复坐标函数。 3几何参数法 形状的表达和匹配采用更为简单的区域特征描述方法例如采用有关形状定量测度如矩、面积、周长等的形状参数法shape factor。在 QBIC 系统中便是利用圆度、偏心率、主轴方向和代数不变矩等几何参数进行基于形状特征的图像检索。需要说明的是形状参数的提取必须以图像处理及图像分割为前提参数的准确性必然受到分割效果的影响对分割效果很差的图像形状参数甚至无法提取。 4形状不变矩法 利用目标所占区域的矩作为形状描述参数。
4空间关系特征
4.1基本概念 所谓空间关系是指图像中分割出来的多个目标之间的相互的空间位置或相对方向关系这些关系也可分为连接/邻接关系、交叠/重叠关系和包含/包容关系等。通常空间位置信息可以分为两类相对空间位置信息和绝对空间位置信息。前一种关系强调的是目标之间的相对情况如上下左右关系等后一种关系强调的是目标之间的距离大小以及方位。显而易见由绝对空间位置可推出相对空间位置但表达相对空间位置信息常比较简单。 空间关系特征的使用可加强对图像内容的描述区分能力但空间关系特征常对图像或目标的旋转、反转、尺度变化等比较敏感。另外实际应用中仅仅利用空间信息往往是不够的不能有效准确地表达场景信息。为了检索除使用空间关系特征外还需要其它特征来配合。 4.2常用的特征提取与匹配方法 提取图像空间关系特征可以有两种方法一种方法是首先对图像进行自动分割划分出图像中所包含的对象或颜色区域然后根据这些区域提取图像特征并建立索引另一种方法则简单地将图像均匀地划分为若干规则子块然后对每个图像子块提取特征并建立索引。
