數(shù)字圖像識別與解釋ppt課件

1、第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋數(shù)字圖像處置北京大學計算機研討所 陳曉鷗第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋第四節(jié) 識別與解釋3.4.1 圖像分析引言3.4.2 圖像分析系統(tǒng)的組成3.4.3 方式與方式類3.4.4 決策論法3.4.5 構造法第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.1 識別與解釋：圖像分析引言 圖像分析引言 圖像分析的定義 圖像分析的目的 自動圖像分析系統(tǒng)行為才干的概念化分類 自動圖像分析系統(tǒng)的現(xiàn)狀第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與

2、解釋識別與解釋3.4.1 識別與解釋:圖像分析引言 圖像分析的定義 圖像分析是一個發(fā)現(xiàn)、識別和了解方式的過程，這些方式都與執(zhí)行與圖像相關的義務有關。 圖像分析的目的 計算機圖像分析的主要目的之一是，賦予某些具有覺得才干的機器，以類似人的大腦的才干。例如OCR第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.1 識別與解釋:圖像分析引言 自動圖像分析系統(tǒng)行為才干的概念化分類 獲取、發(fā)現(xiàn)信息：從背景中提取有關信息 學習、運用知識：籠統(tǒng)、歸納信息特征的學習過程，并運用到新的對象中。 構造、推理知識：從不完好的信息中構造推論出新的知識，并加以運用。第三章第三章 數(shù)字圖像

3、分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.1 識別與解釋:圖像分析引言 自動圖像分析系統(tǒng)的現(xiàn)狀 我們可以設計出這種系統(tǒng)，但依然缺乏實際根據(jù)。有待人類視覺認識實際的進一步研討。 我們可以做出在某一運用上超越人的才干的系統(tǒng)，但缺乏擴展性。過分依賴運用。第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.2 識別與解釋:圖像分析系統(tǒng)組的成 圖像分析技術分類的三種根本范疇 低級處置：圖像獲取、預處置，不需求智能 中級處置：圖像分割、表示與描畫，需求智能 高級處置：圖像識別、解釋，短少實際，為降低難度，設計得更公用。第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析

4、第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋 圖像分析技術分類的三種根本范疇知識庫知識庫分割分割表示與描畫表示與描畫識別識別與與解釋解釋預處置預處置圖像獲取圖像獲取低級處置高級處置中級處置結果問題3.4.2 識別與解釋:圖像分析系統(tǒng)組的成第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋 圖像識別與解釋的根本方法 識別的統(tǒng)計分類方法：用向量方式表達方式；分派方式向量到不同的方式類。 識別的構造方法：用符號匹配，方式被表示為符號方式如外形數(shù)、串和樹 圖像解釋的方法：圖像解釋技術是基于謂詞邏輯、語義網(wǎng)絡和特定產(chǎn)品的系統(tǒng)。3.4.2 識別與解釋:圖像分析系統(tǒng)組的成第三章第三章 數(shù)字圖像

5、分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.3 識別與解釋:方式與方式類 方式與方式類 方式的定義 方式類的定義 方式識別的定義 常用的方式序列 方式向量 方式串 方式樹第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.3 識別與解釋:方式與方式類 方式的定義 方式是圖像中的一個對象或某些感興趣本質(zhì)的數(shù)量或構造的描畫 方式是由一個或多個描畫子來組成，換句話說，方式是一個描畫子的序列名詞“特征經(jīng)常被用來代指描畫子 方式是一組特征或一組描畫子第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋 方式類的定義 方式類是具有某些公共

6、特征的方式的系列 方式類用w1,w2,wM表示，M是類的個數(shù) 方式識別的定義 根據(jù)圖像中對象的特征組成的方式，確定對象是屬于那一個方式類，即為方式識別 方式與方式類舉例 知汽車的長、寬、高x1,x2,x3,希望識別出，大客車、小轎車、卡車w1,w2,w33.4.3 識別與解釋:方式與方式類第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋 常用的方式序列 方式向量、方式串、方式樹 方式向量 方式向量用粗體的小寫字母表示，如x,y方式如下： 其中每一個xi代表第i個描畫子，n是這種描畫子的數(shù)量。方式向量被表示為一列或表示成 x = (x1, x2, , xn)T， 其中T

7、指出是轉秩x = x1x2.xn3.4.3 識別與解釋:方式與方式類第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋方式向量舉例 假設我們想描畫三種蝴蝶花多毛的、維吉尼亞、多色的經(jīng)過丈量它們花瓣的寬度和長度。這里涉及一個兩維的方式向量： 其中x1、x2分別對應花瓣的長和寬 三種方式類用w1、w2、w3表示x = x1x23.4.3 識別與解釋:方式與方式類第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋 由于一切的花瓣在寬和長上都有某種程度的變化，所以描畫這些花瓣的方式向量也將有變化，不僅在不同的類之間，而且也在類的內(nèi)部在這種情況下每一種花變

8、成二維歐幾里德空間的一個點3.4.3 識別與解釋:方式與方式類第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.3 識別與解釋:方式與方式類1234567x1 花瓣長0.51.01.52.02.53.0 x2 花瓣寬多毛的維吉尼亞多色的第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋對結果的分析 對花瓣長寬的丈量，勝利地將多毛的蝴蝶花與其它兩種分別，但對于分別維吉尼亞和多色的是失敗的。 這個結論闡明了分類的特性選擇問題，在這個問題中，類的可分別性的程度，完全依賴于對方式尺寸丈量的選擇3.4.3 識別與解釋:方式與方式類第三章第三章 數(shù)字

9、圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋方式串 用于以對象特征的構造或空間關系作為方式的識別方式串舉例：梯狀的方式3.4.3 識別與解釋:方式與方式類abaaabbb(1) S-aA(2) A-bS (3) A-b第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋方式樹 以分層目錄構造排序的方式類，普通多采用樹構造方式樹舉例3.4.3 識別與解釋:方式與方式類圖像圖像城市城市田園田園城區(qū)城區(qū)內(nèi)城內(nèi)城市郊市郊公路公路 草地草地森林森林文娛區(qū)文娛區(qū) 商業(yè)區(qū)商業(yè)區(qū)文娛區(qū)文娛區(qū) 商業(yè)區(qū)商業(yè)區(qū)第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解

10、釋3.4.4 識別與解釋:決策論法 決策論法 決策論法的根本概念 匹配 最小間隔分類器 相關匹配第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法 決策論法的根本概念 決策論識別法的定義 設：方式向量：x = (x1, x2, ,xn)T， 對于：M個方式類 w1,w2,wM， 尋覓M個決策函數(shù)d1(x), d2(x), , dM(x),具有這 樣的特性：假設方式x屬于方式類wi,那么：di(x) dj(x) j = 1, 2, , M; j i 換句話說，假設一個未知方式x屬于第i個方式類， 把x代入一切的決策函數(shù)，di(x)的數(shù)值最大

11、。第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法 決策論法的根本概念 決策邊境的定義 對于方式x，假設斷策函數(shù)值有： di(x) - dj(x) = 0 此x值，被稱為wi與wj的決策邊境。 通常用一個單一的函數(shù)標識兩個類之間的決策 邊境，定義為：dij(x) = di(x) - dj(x) = 0 假設 dij(x) 0 x 屬于類wi 假設 dij(x) 0 x 屬于類wj第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法 匹配 最小間隔分類器 以蝴蝶花的例子為例： 1為多色

12、w1和多毛w2 的兩種蝴蝶花，確定兩個原形或稱模板m1和m2 2對于一個未知方式向量x，判別x與m1和m2的間隔，假設與m1的間隔小于與m2的間隔，那么x屬于w1，否那么屬于w2 。第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法1234567x1 花瓣長花瓣長0.51.01.52.02.53.0 x2 花瓣寬花瓣寬多毛的多毛的多色的多色的m1m2x第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法 匹配 最小間隔分類器 1算法思想： 對于M個方式類 wj j = 1,2,.,M

13、為每一個方式類確定一個原形方式向量mj 對于一個未知方式向量x，假設x與mi的間隔最小，就稱，x屬于wi。第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法 匹配 最小間隔分類器 2最小間隔分類器定義： 1計算方式類wj的原形向量：mj = 1/Nj x j = 1,2, , M xwj 其中Nj是屬于方式類wj的方式向量的個數(shù)。 經(jīng)過計算知屬于wj的方式向量的各分量的 均值得到原形方式向量mj第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法 匹配 最小間隔分類器 2計算x 與 m

14、i的間隔 dj(x) = | x mj | j = 1, 2, , M 其中 | a | = (aTa)1/2是歐幾里德范式 平方和開方 3決策 假設，di(x) = min(dj(x) j = 1, 2, , M 就說：x 屬于wi第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法 匹配 最小間隔分類器 改寫成求最大的規(guī)范方式，決策函數(shù)為： dj(x) = xTmj 1/2mjTmj j = 1,2, , M 假設，di(x) = max(dj(x) j = 1, 2, , M 就說：x 屬于wi 4類wi和wj之間的決策邊境是：dij

15、(x) = di(x) - dj(x) = xTmi mj 1/2(mi mj)T(mi mj) = 0第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法（3舉例：（多色的和多毛的蝴蝶花，用w1和w2分別表示，（有簡單的原形向量（m1 = (4.4, 1.3)T m2 = (1.5, 0.3)T（決策函數(shù)是：（d1(x) = xTm1 1/2m1Tm1 = 4.3x1 + 1.3x2 10.1（d2(x) = xTm2 1/2m2Tm2 = 1.5x1 + 0.3x2 1.17（決策邊境的等式：（d12(x) = d1(x) d2(x)

16、= 2.8x1 1.0 x2 8.9 = 0第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法1234567x1 花瓣長花瓣長0.51.01.52.02.53.0 x2 花瓣寬花瓣寬多毛的多毛的多色的多色的第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法 匹配 相關匹配 (1) 相關匹配的根本思想: a. 用樣板子圖像直接作為方式不是用描畫子 b. 經(jīng)過子圖像與原圖像直接進展相關計算，把 相關計算作為決策函數(shù)。 c. 相關計算獲得最大值的位置，就被以為匹配 勝利。第三章第三章 數(shù)字

17、圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法相關匹配(1) 相關匹配根本思想第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法 匹配 相關性匹配Mx原點原點Nyf(x,y)(s,t)Jsw(x-s,y-t)Kt第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法 匹配 相關匹配 (2) 算法描畫 決策函數(shù)是相關函數(shù) c(s,t) = f(x,y)w(x-s,y-t) x y 對圖像的每一個點進展相關計算，只計算重疊部分。 問題：在邊境處將失去

18、準確性，其誤差與子圖像的尺寸成正比第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法相關性匹配(3) 改良相關函數(shù)對振幅的變化太敏感，f(x,y)加倍，c(s,t)也加倍。用相關系數(shù)函數(shù)替代相關函數(shù) f(x,y) f(x,y)w(x-s,y-t) w(s,t)= f(x,y)f(x,y)2w(x-s,y-t) w21/2 x y x y (s,t)的值域為-1，1第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法相關性匹配(4) 對旋轉和比例變化的分析當被匹配圖像中，對象的尺寸和角度

19、與方式不一致，此方法將失效。尺寸的正那么化，處理空間比例的問題。正那么化模板與原圖。假設知道原圖像的旋轉角度，我們可以經(jīng)過旋轉原圖像，對齊方式處理。假設被匹配的對象的角度恣意，有結論:此方法不能用于這種問題。第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:決策論法 匹配 相關性匹配 (5) 關于空域計算 相關函數(shù)，可以在頻域計算。f(x,y)w(x,y) f(s,t)w(s,t) 但在何種情況下，沒有更有優(yōu)勢的實際根據(jù)。相關系數(shù)方式只能在空域進展。第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:

20、構造法 構造法 匹配外形數(shù) 匹配串第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:構造法 構造法 決策法，經(jīng)過量化的方法處置方式，最大限制地忽略了方式外形的內(nèi)在構造關系。 構造法，那么力求經(jīng)過準確地抓住這些不同方式類的內(nèi)在構造關系來進展方式識別。第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:構造法 匹配外形數(shù) (1) 匹配外形數(shù)的根本思想 經(jīng)過比較兩個對象邊境的外形數(shù)的類似程度，來匹配對象。例如：未知方式原形方式類第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4

21、.4 識別與解釋:構造法 匹配外形數(shù) (2) 根本概念-a a.兩個區(qū)域邊境的類似級別k的定義： 一樣外形數(shù)的最大序號：即： 當思索用4向鏈碼表示的封鎖區(qū)域邊境的外形數(shù)時，A和B具有類似級別k，假設滿足s4(A) = s4(B), s6(A) = s6(B), s8(A) = s8(B), sk(A) = sk(B), sk+2(A) sk+2(B), sk+4(A) sk+4(B), ，這里s表示外形數(shù),下標表示序號。第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:構造法 匹配外形數(shù) (2) 根本概念-b b.兩個區(qū)域邊境A和B外形數(shù)的間隔D

22、(A,B) 類似級別的倒數(shù) ：D(A,B) = 1 / k 間隔滿足如下性質(zhì)： D(A,B) 0 D(A,B) = 0 iff A=B D(A,C) maxD(A,B),D(B,C)第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:構造法 匹配外形數(shù) (3) 算法思想 a. 用不同密度的網(wǎng)格劃分邊境區(qū)域，獲得不同序數(shù)的外形數(shù)。 b. 假設運用類似級別k，k越大闡明越類似。 c. 假設運用類似間隔D，D越小闡明越類似 d. 可以利用類似樹來進展判別第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:構造

23、法 匹配外形數(shù) 4舉例 假設我們有一個外形F，想在另5個外形A，B，C，D，E中找到與其最類似的外形ABCDEF第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:構造法 這個問題類似于有五個原型外形，想找出這個問題類似于有五個原型外形，想找出一個給定的尚不確定的外形的最正確匹配的問題。一個給定的尚不確定的外形的最正確匹配的問題。這個問題可以利用類似樹和矩陣來可視化這個問題可以利用類似樹和矩陣來可視化468101214ABCDEFABCDEFBCDEFAAAABECFBEDDDCFCF BEA B C D E FABEDCF 6 6 6 6 6 8

24、 8 10 8 8 8 12 8 8 8 第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:構造法 串匹配 1串匹配的根本思想 比較兩個邊境的串編碼的類似程度，來進展匹配 2三個根本概念設: 兩個區(qū)域邊境A和B已分別被編碼 為串a(chǎn)1a2an和b1b2bm。第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:構造法 串匹配 a.兩個串的匹配數(shù)M: 當 ak= bk 時我們說發(fā)生了一個匹配。令M代表A、B中匹配的總數(shù)。 b.不匹配的符號數(shù)量Q：Q = max|A|，|B|- M 這里|arg|是字符串的長度。當且僅當A和B完全一樣時，Q = 0。第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:構造法 串匹配 c. A和B類似度的簡便衡量R: R = M/Q = M / max(|A|,|B|) - M 因此，當A和B完全匹配時，R = ； 當A和B中任何字符都不匹配時， M = 0，R = 0。第三章第三章 數(shù)字圖像分析數(shù)字圖像分析 第四節(jié)第四節(jié) 識別與解釋識別與解釋3.4.4 識別與解釋:構造法 串匹配 3