第8章目標(biāo)表達(dá)

第8章第8章 目標(biāo)表達(dá)和描述

通過圖像分割可得到圖像中感興趣的區(qū)域，即目標(biāo)。 先需要將目標(biāo)標(biāo)記出來，這時主要考慮目標(biāo)像素的連通性。在此基礎(chǔ)上，可以對目標(biāo)采取合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達(dá)，并采用恰當(dāng)?shù)男问矫枋鏊鼈兊奶匦浴?/p>

目標(biāo)表達(dá)是直接具體地表示目標(biāo)，目標(biāo)描述是較抽象地表示目標(biāo)特性

。

第8章第8章 目標(biāo)表達(dá)和描述

8.1

目標(biāo)標(biāo)記

8.2

基于邊界的表達(dá)

8.3

基于區(qū)域的表達(dá)

8.4

基于邊界的描述

8.5

基于區(qū)域的描述第8章像素標(biāo)記 一種逐像素進(jìn)行判斷的方法 對一幅二值圖像從左向右、從上向下進(jìn)行掃描（起點在圖像的左上方）。檢查當(dāng)前正被掃描的像素與在它之前掃描到的若干個近鄰像素的連通性。當(dāng)前正被掃描像素的灰度值為1，則將它標(biāo)記為與之相連通的目標(biāo)像素，如果它與兩個或多個目標(biāo)相連通，則認(rèn)為這些目標(biāo)實際是同一個，并把它們連接起來；如果發(fā)現(xiàn)了從背景像素到一個孤立目標(biāo)像素的過渡，就賦一個新的目標(biāo)標(biāo)記8.1目標(biāo)標(biāo)記第8章技術(shù)分類(1)

參數(shù)邊界：將目標(biāo)的輪廓線表示為參數(shù)曲線(2)

邊界點集合：將輪廓線表示為邊界點的集合(3)

曲線逼近：利用幾何基元去近似地逼近

8.2基于邊界的表達(dá)第8章1、鏈碼

利用一系列具有特定長度和方向的相連的直線段來表示目標(biāo)的邊界 每個線段的長度固定而方向數(shù)目取為有限，所以只有邊界的起點需用（絕對）坐標(biāo)表示，其余點都可只用接續(xù)方向來代表偏移量

8.2基于邊界的表達(dá)第8章1、鏈碼

鏈碼起點歸一化 把鏈碼看作一個由各方向數(shù)構(gòu)成的自然數(shù)。將這些方向數(shù)依一個方向循環(huán)以使它們所構(gòu)成的自然數(shù)的值最小8.2基于邊界的表達(dá)第8章1、鏈碼

鏈碼旋轉(zhuǎn)歸一化

利用鏈碼的一階差分來重新構(gòu)造一個序列（一個表示原鏈碼各段之間方向變化的新序列）這個差分可用相鄰兩個方向數(shù)（按反方向）相減得到。

8.2基于邊界的表達(dá)原鏈碼新鏈碼原差分碼新差分碼第8章2、邊界段和凸包

可把邊界分解成若干段分別表示。將邊界分解為多個邊界段可以借助凸包概念來進(jìn)行

圖中五角形S是一個凹體，而五邊形H是一個凸體，也是包含S的最小凸形，稱為凸包，定義D=H-S為凸殘差，跟蹤H的邊界，每個進(jìn)入D或從D出去的點就是一個分段點，從而完成邊界分段。8.2基于邊界的表達(dá)第8章3、邊界標(biāo)記

產(chǎn)生邊界標(biāo)記的方法很多，基本思想都是借助不同的投影技術(shù)把2-D的邊界用1-D的較易描述的函數(shù)形式來表達(dá)。 若本來對2D邊界的形狀感興趣，這種方法可把2-D形狀描述的問題轉(zhuǎn)化為對1-D波形進(jìn)行分析的問題。 標(biāo)記可由廣泛的投影產(chǎn)生，投影并不是一種能保持信息的變換，將2-D平面上的區(qū)域邊界變換為1-D的曲線是有可能丟失信息的。

8.2基于邊界的表達(dá)第8章邊界標(biāo)記1）距離為角度的函數(shù) 先對給定的目標(biāo)求出重心，然后取邊界點與重心的距離為邊界點與參考方向間角度的函數(shù)。

這種標(biāo)記不受目標(biāo)平移影響，但會隨目標(biāo)旋轉(zhuǎn)或放縮而變化

8.2基于邊界的表達(dá)第8章邊界標(biāo)記2）Ψ-s曲線沿邊界圍繞目標(biāo)一周，在每個位置作出該點切線與一個參考方向（如橫軸）間的夾角Ψ，由該點的邊界長度s和夾角Ψ確定的函數(shù)即為Ψ-s曲線。水平直線段對應(yīng)邊界上的直線段Ψ不變。8.2基于邊界的表達(dá)第8章4、多邊形 用多邊形去近似逼近邊界。多邊形是一系列線段的封閉集合，它可用來逼近大多數(shù)實用的曲線到任意的精度。常用的多邊形方法有三種：基于收縮的最小周長多邊形法；基于聚合的最小均方誤差線段逼近法基于分裂的最小均方誤差線段逼近法8.2基于邊界的表達(dá)第8章5、地標(biāo)點 一般是一種近似表達(dá)方法 地標(biāo)點的坐標(biāo)可寫入一個n×2的矩陣，每行包含一個地標(biāo)點的x-和y-實坐標(biāo)

8.2基于邊界的表達(dá)如對具有頂點S1=(1,1)，S2=(1,2)，S3=(2,1)的三角形，其地標(biāo)點表達(dá)結(jié)果為第8章8.2基于邊界的表達(dá)標(biāo)志點或地標(biāo)點（LandmarkPoints） 一種近似表達(dá)方法

準(zhǔn)確表達(dá)近似表達(dá)第8章技術(shù)分類(1)

區(qū)域分解：將目標(biāo)區(qū)域分解為一些簡單單元(2)

圍繞區(qū)域：用幾何基元填充來表達(dá)(3)

內(nèi)部特征：由區(qū)域內(nèi)部像素獲得的集合8.3基于區(qū)域的表達(dá)第8章1、空間占有數(shù)組（CT技術(shù)、射線成像）優(yōu)點：方便、簡單，并且也很直觀

缺點：占用空間大 對圖像f(x,y)中任意1點(x,y)，如果它在給定的區(qū)域內(nèi)，就取f(x,y)為1，否則就取f(x,y)為0

所有f(x,y)為1的點的集合就代表了所要表示的區(qū)域。8.3基于區(qū)域的表達(dá)第8章2、四叉樹

所有的結(jié)點可分成3類：①目標(biāo)結(jié)點(白色)；②背景結(jié)點(深色)；③混合結(jié)點(淺色) 樹根對應(yīng)整幅圖，而樹葉對應(yīng)各單個像素或具有相同特性的像素組成的方陣該方法對方形圖像，且像素數(shù)為2的整數(shù)次冪時最適用8.3基于區(qū)域的表達(dá)第8章3、圍繞區(qū)域(1)

外接盒：是包含目標(biāo)區(qū)域的最小長方形，四邊總平行于坐標(biāo)軸。(2)

最小包圍長方形：也稱圍盒。它定義為包含目標(biāo)區(qū)域的（可朝向任何方向）最小長方。(3)

凸包：包含目標(biāo)區(qū)域的最小凸多邊形。8.3基于區(qū)域的表達(dá)第8章4、骨架

具有邊界B的區(qū)域R的中軸變換 骨架可用一個區(qū)域點與兩個邊界點的最小距離來定義

每個骨架點都保持了其與邊界點距離最小的性質(zhì)，所以如果用以每個骨架點為中心的圓的集合，就可恢復(fù)出原始的區(qū)域來8.3基于區(qū)域的表達(dá)章毓晉(TH-EE-IE)骨架的定義和特點由骨架可恢復(fù)出原始區(qū)域沿骨架以骨架點的最小距離為半徑作相切圓，取包絡(luò)8.3基于區(qū)域的表達(dá)第8章8.3基于區(qū)域的表達(dá)基于波傳播解釋骨架：從邊界各點同時發(fā)射前進(jìn)速度相同的波，兩個波的鋒面相遇的地方就屬于骨架集合。8.4

基于邊界的描述 利用處在目標(biāo)區(qū)域邊界上的象素集合來描述邊界的特點/特性

8.4.1 簡單邊界描述符

8.4.2

形狀數(shù)

8.4.3

邊界矩8.4.1簡單邊界描述符

1.邊界長度邊界/輪廓長度：包圍區(qū)域的輪廓的周長。對區(qū)域R，輪廓點P應(yīng)滿足： ①P本身屬于R ②P的鄰域中有象素不屬于R8.4.1

簡單邊界描述符

邊界的長度

區(qū)域的輪廓點和內(nèi)部點要采用不同的連通性來定義(1)內(nèi)部點8-方向連通，輪廓為4-方向連通(2)內(nèi)部點4-方向連通，輪廓為8-方向連通8.4.1簡單邊界描述符

1.邊界的長度(1) 4-方向連通輪廓B4

(2) 8-方向連通輪廓B8使用單位長鏈碼2個象素間直線段 2個象素間對角線段8.4.1簡單邊界描述符

2.邊界直徑邊界上相隔最遠(yuǎn)2點之間的距離

距離度量：DE(·)，D4(·)，D8(·)8.4.1

簡單邊界描述符

3.曲率斜率、曲率、角點（局部特性）斜率：輪廓點的（切線）指向曲率：斜率的改變率 曲率大于零，曲線凹向朝著法線正向 曲率小于零，曲線凹向朝著法線負(fù)向角點：曲率的局部極值點8.4.2

形狀數(shù)形狀數(shù)是一個數(shù)串或序列，其計算基于鏈碼表達(dá)。由于鏈碼起點不同，用鏈碼表達(dá)的邊界可以有多個一階差分，邊界的形狀數(shù)是這些差分碼中值最小的一個序列。（差分碼歸一化）形狀數(shù)示例

4-方向鏈碼為：10103322 差分碼為：33133030 形狀數(shù)為：03033133形狀數(shù)的階為形狀數(shù)序列的長度閉合曲線階是偶數(shù)凸形區(qū)域形狀數(shù)的階對應(yīng)區(qū)域邊界外包矩形的周長

8.4.2

形狀數(shù)8.4.3邊界矩矩是一個物理量目標(biāo)的邊界可看作由一系列曲線段組成

通過定量描述曲線段而進(jìn)一步描述整個邊界可把曲線段表示成1個1-D函數(shù)f(r)

把f(r)的線下面積看成1個直方圖8.4.3邊界矩矩的計算

f(r)的均值

f(r)對均值的n階矩

n與f(r)的形狀有直接聯(lián)系

2

描述了曲線相對于均值的分布 3

描述了曲線相對于均值的對稱性

8.5

基于區(qū)域的描述 利用處在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的象素集合來描述區(qū)域的特點/特性

8.5.1

簡單區(qū)域描述符

8.5.2

拓?fù)涿枋龇?/p>

8.5.3

不變矩

8.5.1簡單區(qū)域描述符

1、區(qū)域面積 基于對象素個數(shù)的計數(shù)

2、區(qū)域重心

基于區(qū)域所有象素計算

3、區(qū)域密度

需結(jié)合灰度圖和分割圖8.5.1

簡單區(qū)域描述符1、區(qū)域面積 區(qū)域面積的不同計算方法

利用對象素記數(shù)求區(qū)域面積，最簡單合理8.5.1

簡單區(qū)域描述符1、區(qū)域面積 多邊形區(qū)域面積？ NB是正好處在Q的輪廓上離散點的個數(shù) NI是Q的內(nèi)部點的個數(shù)

令R為Q中所包含點的集合 |R|=NB+NI

8.5.1

簡單區(qū)域描述符1、區(qū)域面積 多邊形區(qū)域面積計算示例

NI=71，NB=10，A(Q)=75

多邊形Q所定義的面積 輪廓（點集）所定義的面積

8.5.1

簡單區(qū)域描述符2、區(qū)域重心

對非規(guī)則物體，其重心坐標(biāo)和幾何中心坐標(biāo)常不相同

重心

幾何中心密度加權(quán)的目標(biāo)重心8.5.1

簡單區(qū)域描述符3、區(qū)域密度

(1) 透射率（transmission） T=穿透目標(biāo)的光/入射的光 (2) 光密度（opticaldensity）

入射的光與穿透目標(biāo)的光的比（透射 率的倒數(shù)），取以10為底的對數(shù) OD=log(1/T)=–logT

8.5.1

簡單區(qū)域描述符3、區(qū)域密度

(3) 積分光密度（integratedopticaldensity） 積分光密度是直方圖中各灰度的加權(quán)和

8.5.2

拓?fù)涿枋龇負(fù)鋵W(xué)研究圖形不受畸變變形（不包括撕裂或粘貼）影響的性質(zhì)。區(qū)域的拓?fù)湫再|(zhì)屬于全局性質(zhì)，與距離無關(guān)1. 歐拉數(shù)

–1，2，1，0歐拉數(shù)描述了區(qū)域的連通性

H：區(qū)域內(nèi)的孔數(shù)

C：區(qū)域內(nèi)的連通組元個數(shù)

8.5.2

拓?fù)涿枋龇麑σ环祱D象A，可以定義兩個歐拉數(shù) (1) 4-連通歐拉數(shù)E4(A) 4-連通的目標(biāo)個數(shù)減去8-連通的孔數(shù)

(2) 8-連通歐拉數(shù)E8(A)

8-連通的目標(biāo)個數(shù)減去4-連通的孔數(shù)

8.5.2

拓?fù)涿枋龇噙呅尉W(wǎng) 全由直線段（包圍）構(gòu)成的區(qū)域集合歐拉公式V：頂點數(shù)B：邊線數(shù)F：面數(shù)8.5.2

拓