第八章目標(biāo)表達(dá)和描述技術(shù)

第八章目標(biāo)表達(dá)和描述技術(shù)第一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第2頁(yè)第8章目標(biāo)表達(dá)和描述技術(shù)第二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第3頁(yè)知識(shí)庫(kù)特征表示與描述預(yù)處理分割低級(jí)處理高級(jí)處理中級(jí)處理識(shí)別與解釋結(jié)果圖像獲取問(wèn)題圖像分析系統(tǒng)的構(gòu)成

第三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第4頁(yè)8.1概述第四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第5頁(yè)概述圖像表示分成邊界表示（如鏈碼、邊界分段等）和區(qū)域表示（如四叉樹(shù)、骨架等）兩大類。邊界表示關(guān)心的是圖像中區(qū)域的形狀特征區(qū)域表示則傾向于反映區(qū)域的灰度、顏色、紋理等特征的特點(diǎn)圖像表示與描述是圖像識(shí)別和理解的重要組成部分第五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第6頁(yè)目標(biāo)：在圖像分析應(yīng)用中人們感興趣的圖像中的某些區(qū)域。表達(dá)：對(duì)目標(biāo)的表示方法內(nèi)部表達(dá)：反射性質(zhì)（灰度、顏色、紋理）外部表達(dá)：形狀描述：抽象的表示目標(biāo)用一組數(shù)量或符號(hào)(描述子)來(lái)表征圖像中被描述物體的某些特征，可以是對(duì)圖像中各組成部分的性質(zhì)的描述，也可以是各部分彼此間的關(guān)系的描述。邊界描述和區(qū)域描述關(guān)系表達(dá)對(duì)描述起重要作用，限定了描述的精確性表達(dá)側(cè)重于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，描述側(cè)重于區(qū)域特征及區(qū)域間的關(guān)系第六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日8.1輪廓的鏈碼表達(dá)8.2輪廓線段的近似表達(dá)8.3邊界標(biāo)記8.4目標(biāo)的層次表達(dá)8.5目標(biāo)的骨架表達(dá)8.6運(yùn)動(dòng)表達(dá)8.7目標(biāo)輪廓的傅里葉描述形態(tài)學(xué)描述第7頁(yè)第七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日

基于邊界的表達(dá)邊界表達(dá)邊界點(diǎn)集合參數(shù)邊界曲線逼近標(biāo)志點(diǎn)鏈碼邊界段邊界標(biāo)記多邊形第八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日基于區(qū)域的表達(dá)第九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第10頁(yè)8.1輪廓的鏈碼表達(dá)第十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第11頁(yè)

在分割過(guò)程中當(dāng)確定了邊界后，邊界表達(dá)就是基于邊界的像素點(diǎn)對(duì)目標(biāo)的表示形式。(1)鏈碼：對(duì)邊界的一種重編碼表示方法鏈碼是一種用若干條具有特定長(zhǎng)度和方向的線段連接起來(lái)表示目標(biāo)邊界的方法。8.1輪廓的鏈碼表達(dá)每個(gè)線段的長(zhǎng)度固定而方向數(shù)目取為有限，所以只有邊界的起點(diǎn)需用（絕對(duì)）坐標(biāo)表示，其余點(diǎn)都可只用接續(xù)方向來(lái)代表偏移量。

第十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第12頁(yè)選邊界上一點(diǎn)(用坐標(biāo)表示)作為起點(diǎn)，其它點(diǎn)用方向數(shù)來(lái)表示：AA:657071324301234567八方向第十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第13頁(yè)鏈碼舉例：4-鏈碼：000033333322222211110011第十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第14頁(yè)鏈碼132201223111100777776655555444443第十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第15頁(yè)鏈碼算法：給每一個(gè)線段邊界一個(gè)方向編碼。常用有4-鏈碼和8-鏈碼兩種編碼方法。從起點(diǎn)開(kāi)始，沿邊界編碼，至起點(diǎn)被重新碰到，結(jié)束一個(gè)對(duì)象的編碼。第十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第16頁(yè)起點(diǎn)問(wèn)題對(duì)同一邊界，如果用不同的邊界點(diǎn)作為鏈碼起點(diǎn)，得到的鏈碼是不同的。例如：以A為起點(diǎn)，鏈碼為：A:10103322以B為起點(diǎn)，鏈碼為：

B:03322101ABC第十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第17頁(yè)鏈碼

鏈碼起點(diǎn)歸一化 把鏈碼看作一個(gè)由各方向數(shù)構(gòu)成的自然數(shù)。將這些方向數(shù)依一個(gè)方向循環(huán)以使它們所構(gòu)成的自然數(shù)的值最小第十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第18頁(yè)鏈碼問(wèn)題2：2）由于角度的不同，造成編碼的不同改進(jìn)2：2）通過(guò)使用鏈碼的一階差代替碼子本身的方式第十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第19頁(yè)鏈碼

鏈碼旋轉(zhuǎn)歸一化 利用鏈碼的一階差分來(lái)重新構(gòu)造一個(gè)序列（一個(gè)表示原鏈碼各段之間方向變化的新序列）這個(gè)差分可用相鄰兩個(gè)方向數(shù)相減得到

第十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第20頁(yè)形狀數(shù)：值最小(鏈碼)的差分碼形狀數(shù)

0303313303033133第二十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第21頁(yè)鏈碼問(wèn)題3：1）鏈碼相當(dāng)長(zhǎng)。2）噪音會(huì)產(chǎn)生不必要的鏈碼。改進(jìn)1：1）加大網(wǎng)格空間。2）依據(jù)原始邊界與結(jié)果的接近程度，來(lái)確定新點(diǎn)的位置。第二十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第22頁(yè)鏈碼舉例：4-鏈碼：0033322211014-鏈碼：000033333322222211110011第二十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第23頁(yè)鏈碼具有平移不變性，即當(dāng)邊界平移時(shí)，其鏈碼不發(fā)生改變。如果邊界的本身對(duì)于旋轉(zhuǎn)和比例修改來(lái)說(shuō)是無(wú)變化的，使用鏈碼才是正確的。一般來(lái)說(shuō)這是不可能的，實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要改進(jìn)如果用鏈碼后，對(duì)象只要用1)起點(diǎn)坐標(biāo)，2)周長(zhǎng)（邊界點(diǎn)數(shù)）3)鏈碼，4)對(duì)象編號(hào)，就可以描述。鏈碼一般用于一幅圖像中有多個(gè)對(duì)象的情況，對(duì)單個(gè)對(duì)象不適用。

鏈碼----應(yīng)用背景：第二十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第24頁(yè)8.2輪廓線段的近似表達(dá)第二十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第25頁(yè)實(shí)際中的數(shù)字輪廓常由于噪聲、采樣等的影響而有許多較小的不規(guī)則處。這些不規(guī)則處常對(duì)用鏈媽進(jìn)行的輪廓表達(dá)產(chǎn)生較明顯的干擾影響。一種抗干擾性能更好，且更節(jié)省表達(dá)所需數(shù)據(jù)量的方法是用多邊形近似逼近輪廓。實(shí)際中多邊形表達(dá)的目的常是要用盡可能少的線段來(lái)代表輪廓并保持輪廓的基本形狀。常用的多邊形表達(dá)方法有3種：（1）基于收縮的最小周長(zhǎng)多邊形法（2）基于聚合的最小均方誤差線段逼近法（3）基于分裂的最小均方誤差線段逼近法第二十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第26頁(yè)1、最小周長(zhǎng)多邊形第二十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第27頁(yè)P(yáng)225例8.2.1基于收縮的最小周長(zhǎng)多邊形第二十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第28頁(yè)2、聚合逼近多邊形沿輪廓依次連接像素。先選1個(gè)輪廓點(diǎn)為起點(diǎn)，用直線依次連接該點(diǎn)與相鄰的輪廓點(diǎn)。分別計(jì)算各直線與輪廓的（逼近）擬合誤差，把誤差超過(guò)某個(gè)限度前的線段確定為多邊形的1條邊并將誤差置零。然后以線段另一端點(diǎn)為起點(diǎn)繼續(xù)連接輪廓點(diǎn)，直至繞輪廓1周。這樣就得到1個(gè)輪廓的近似多邊形。 先從點(diǎn)a出發(fā)，依次做直線ab，ac，ad，ae等。對(duì)從ac開(kāi)始的每條線段計(jì)算前一邊界點(diǎn)與線段的距離作為擬合誤差第二十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第29頁(yè)P(yáng)225例8.2.2先從點(diǎn)a出發(fā)，依次做直線ab，ac，ad，ae等。對(duì)從ac開(kāi)始的每條線段計(jì)算前一邊界點(diǎn)與線段的距離作為擬合誤差第二十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第30頁(yè)3、分裂逼近多邊形先連接輪廓上相距最遠(yuǎn)的2個(gè)像素（把輪廓分成兩部分），然后根據(jù)一定準(zhǔn)則進(jìn)一步分解輪廓，構(gòu)成多邊形逼近輪廓，直到擬合誤差滿足一定限度。P226例第三十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日8.3邊界標(biāo)記第31頁(yè)第三十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第13章邊界標(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(lái)表達(dá) 可把2-D形狀描述的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)1-D波形進(jìn)行分析的問(wèn)題 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

第三十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第13章邊界標(biāo)記 1、距離為角度的函數(shù) 先對(duì)給定的目標(biāo)求出重心，然后做出邊界點(diǎn)與重心的距離為角度的函數(shù)

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

第三十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第34頁(yè)Arr()2A第三十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第13章邊界標(biāo)記 2、ψ-s曲線

沿邊界圍繞目標(biāo)一周，在每個(gè)位置作出該點(diǎn)切線，該切線與一個(gè)參考方向（如橫軸）之間的角度值就給出一種標(biāo)記第三十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日3、斜率密度函數(shù)斜率密度函數(shù)可看做將ψ-s曲線沿ψ軸投影的結(jié)果。第36頁(yè)第三十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日4、距離為弧長(zhǎng)的函數(shù)基于邊界的標(biāo)記可通過(guò)從一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始沿邊界圍繞目標(biāo)逐漸做出來(lái)。如果將各個(gè)邊界點(diǎn)與目標(biāo)重心的距離作為邊界點(diǎn)序列的函數(shù)就得到一種標(biāo)記。第37頁(yè)第三十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日8.4目標(biāo)的層次表達(dá)第38頁(yè)第三十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日目標(biāo)可以看做是所有組成目標(biāo)區(qū)域像素的集合，從集合的觀點(diǎn)來(lái)看，集合可分解為子集合，每個(gè)子集合又可繼續(xù)分解，直至每個(gè)元素。目標(biāo)的層次表達(dá)就是根據(jù)這種思路，利用金字塔式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表達(dá)目標(biāo)的方法。四叉樹(shù)二叉樹(shù)第39頁(yè)第三十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日四叉樹(shù)表達(dá)法在分解時(shí)每次將圖像一分為四。當(dāng)圖像是方形的，且像素個(gè)數(shù)是2的整數(shù)次冪時(shí)四叉樹(shù)法最適用。第40頁(yè)第四十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第13章1、四叉樹(shù) 所有的結(jié)點(diǎn)可分成3類：①目標(biāo)結(jié)點(diǎn)（用白色表示）；②背景結(jié)點(diǎn)（用深色表示）；③混合結(jié)點(diǎn)（用淺色表示） 樹(shù)根對(duì)應(yīng)整幅圖，而樹(shù)葉對(duì)應(yīng)各單個(gè)像素或具有相同特性的像素組成的方陣第四十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第42頁(yè)第12章目標(biāo)表達(dá)與描述(2)四叉樹(shù)：適用于對(duì)方形圖像采用分裂與合并方法進(jìn)行分割的情況E原始圖像ABC一次分裂E白色表示目標(biāo)黑色表示背景藍(lán)色表示背景混合AC二次分裂B1B2B3B4D1D2D3D4B1B2B3B4D1D2D3D4DABCD第四十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日2、二叉樹(shù)二叉樹(shù)表達(dá)法在分解時(shí)每次將圖像一分為二。二叉樹(shù)可以看做是四叉樹(shù)的一種變形。第43頁(yè)第四十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第四十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日8.1輪廓的鏈碼表達(dá)8.2輪廓線段的近似表達(dá)8.3邊界標(biāo)記8.4目標(biāo)的層次表達(dá)8.5目標(biāo)的骨架表達(dá)形態(tài)學(xué)描述8.6運(yùn)動(dòng)表達(dá)8.7目標(biāo)輪廓的傅里葉描述第45頁(yè)理解第四十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日8.5目標(biāo)的骨架表達(dá)第46頁(yè)第四十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日8.5 目標(biāo)的骨架表達(dá)1、骨架和骨架點(diǎn) 一種簡(jiǎn)化的目標(biāo)區(qū)域表達(dá)方法

第四十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第48頁(yè)骨架中軸變換是一種用來(lái)確定物體骨架的細(xì)化技術(shù)。（草場(chǎng)火技術(shù)）中軸變換方法（MAT）

具有輪廓B的區(qū)域R的MAT是如下確定的。對(duì)每個(gè)R中的點(diǎn)P，在B中搜尋與它最近的點(diǎn)。如果對(duì)P能找到多于1個(gè)這樣的點(diǎn)（即有2個(gè)或以上的B中的點(diǎn)與P同時(shí)最近），就可以認(rèn)為P屬于R的中線或骨架，或者說(shuō)P是1個(gè)骨架點(diǎn)。第四十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第13章骨架

骨架可用一個(gè)區(qū)域點(diǎn)與一個(gè)點(diǎn)集的最小距離來(lái)定義

每個(gè)骨架點(diǎn)都保持了其與邊界點(diǎn)距離最小的性質(zhì)，所以如果用以每個(gè)骨架點(diǎn)為中心的圓的集合，就可恢復(fù)出原始的區(qū)域來(lái)第四十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第13章2、二值目標(biāo)區(qū)域骨架算法（目標(biāo)標(biāo)為1，背景標(biāo)為0）考慮以輪廓點(diǎn)為中心的8-鄰域，記中心點(diǎn)為 p1 (1.1)2≤N(p1)≤6 (1.2)S(p1)=1 (1.3)p2.

p4.

p6=0(2.3)p2.

p4.

p8=0 (1.4)p4.

p6.

p8=0(2.4)p2.

p6.

p8=0對(duì)所有輪廓點(diǎn)都檢查完畢后，將所有標(biāo)記了的點(diǎn)都除去。第五十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第51頁(yè)第12章目標(biāo)表達(dá)與描述例子：0000000001111110011111100111111000001110000011100000111000000000000000000×1111×0011111×00×××11×0000011×0000011×00000×××000000000步驟(1)作標(biāo)記第五十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第52頁(yè)第12章目標(biāo)表達(dá)與描述0000000000111100011111000000110000001100000011000000000000000000刪除步驟(1)作標(biāo)記的點(diǎn)0000000000××××000×1111000000×1000000×1000000××000000000000000000步驟(2)作標(biāo)記第五十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第53頁(yè)第12章目標(biāo)表達(dá)與描述0000000000000000001111000000010000000100000000000000000000000000刪除步驟(2)作標(biāo)記的點(diǎn)第五十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第五十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第55頁(yè)P(yáng)233例第五十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第56頁(yè)形態(tài)學(xué)描述第五十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第57頁(yè)基本概念基本思想是用一個(gè)結(jié)構(gòu)元素（Structureelement）作為基本工具去探測(cè)和提取圖像特征，看這個(gè)結(jié)構(gòu)元素是否能夠適當(dāng)有效的放入圖像內(nèi)部。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)以幾何學(xué)為基礎(chǔ)對(duì)圖像進(jìn)行分析第五十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第58頁(yè)基本概念數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基本運(yùn)算膨脹（dilation）腐蝕（erosion）開(kāi)啟（opening）閉合（closing）第五十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第59頁(yè)膨脹和腐蝕圖10.21B對(duì)A的膨脹運(yùn)算過(guò)程膨脹第五十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第60頁(yè)第六十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第61頁(yè)膨脹和腐蝕腐蝕圖7.23集合對(duì)集合的腐蝕運(yùn)算過(guò)程

第六十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第62頁(yè)第六十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第63頁(yè)第六十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日0011111011111001111101111100001010100（a）（b）圖b為結(jié)構(gòu)元素，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行膨脹和腐蝕（0為背景）第六十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第65頁(yè)開(kāi)啟和閉合第六十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第66頁(yè)第六十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第67頁(yè)8.6運(yùn)動(dòng)表達(dá)第六十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第68頁(yè)1、運(yùn)動(dòng)分類局部運(yùn)動(dòng)（前景運(yùn)動(dòng)）：指目標(biāo)在場(chǎng)景中的自身運(yùn)動(dòng)全局運(yùn)動(dòng)（背景運(yùn)動(dòng)、攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)）：由進(jìn)行拍攝的攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)所造成的幀圖像內(nèi)所有點(diǎn)的整體移動(dòng)第六十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日

全局運(yùn)動(dòng)由攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生8.6 運(yùn)動(dòng)表達(dá)第六十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日

全局運(yùn)動(dòng) 常采用參數(shù)模型的方法來(lái)描述

6參數(shù)仿射模型

運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)表示8.6 運(yùn)動(dòng)表達(dá)第七十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日

局部運(yùn)動(dòng) 常對(duì)應(yīng)場(chǎng)景中目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)

比較復(fù)雜多樣，可采用緊湊表達(dá)方式8.6 運(yùn)動(dòng)表達(dá)第七十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第72頁(yè)8.7目標(biāo)輪廓的傅里葉描述第七十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日第73頁(yè)第12章目標(biāo)表達(dá)與描述傅立葉形狀描述子:

描述閉合邊界的一種方法，且僅適用于單閉合曲線

具體的做法：假定某目標(biāo)物的區(qū)域邊界由Q個(gè)像素組成，把這個(gè)區(qū)域看成是在復(fù)平面內(nèi)，每個(gè)點(diǎn)可定義一個(gè)復(fù)數(shù)。從邊界上任一點(diǎn)開(kāi)始，按逆時(shí)針?lè)较蜓鼐€逐點(diǎn)寫(xiě)出一個(gè)復(fù)數(shù)序列f(i)，對(duì)此序列進(jìn)行離散傅立葉變換，可得該邊界在頻域的表