數(shù)字圖象處理 第章 模式識別的理論與方法

第10章模式識別的理論和方法一個(gè)圖像識別系統(tǒng)可分為三個(gè)主要部分。其框圖如圖(10.1)所示。(1)圖像信息的獲??；(2)信息的加工和處理，抽取特征；(3)判斷或分類。

圖10—1圖像識別系統(tǒng)框圖被識圖像圖像獲取信息處理特征抽取判決結(jié)果

10.1概述

模式識別的主要方法可分為兩大類：統(tǒng)計(jì)學(xué)方法語言學(xué)方法

兩類方法的不足：第一種方法沒有利用圖像本身的結(jié)構(gòu)關(guān)系第二類方法沒有考慮圖像在環(huán)境中受噪聲的干擾10.2統(tǒng)計(jì)模式識別法1)．常用的決策規(guī)則

基于最小錯(cuò)誤率的貝葉斯決策在圖像識別中，我們總希望盡量減少分類錯(cuò)誤，利用貝葉斯（Bayes）公式能夠得到錯(cuò)誤率最小的分類規(guī)則，這就是基于最小錯(cuò)誤率的貝葉斯決策。10.2．1決策理論方法設(shè):為狀態(tài)下觀察X

類的條件概率密度；為狀態(tài)下觀察X類的條件概率密度；利用貝葉斯公式：

得到的條件概率稱為狀態(tài)的后驗(yàn)概率。基于最小錯(cuò)誤率的貝葉斯決策規(guī)則為：如果，則把X歸類為；如果，則把X歸類為?；谧钚★L(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯決策最小風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯決策是考慮各種錯(cuò)誤造成損失而提出的決策規(guī)則。

2．

線性判別函數(shù)線性判別函數(shù)是指判別函數(shù)是圖像所有特征量的線性組合，即式中代表第i個(gè)判別函數(shù)；是系數(shù)或權(quán)；為常數(shù)項(xiàng)或稱為閾值。在兩類之間的判決界處有下式的形式。

(10—4)

(10—5)

3.最小距離分類器線性分類器中重要的一類是用輸入模式與特征空間中作為模板的點(diǎn)之間的距離作為分類的準(zhǔn)則。假設(shè)有m類，給出m個(gè)參考向量與模式類相聯(lián)系。4.最近晉鄰域找分類凡法在最饑小距墓離分肺類法第中，姨取一贏個(gè)最攪標(biāo)準(zhǔn)吃的向載量作弦為代努表。宅將這角類問貞題稍常微擴(kuò)惹張一纏下，碰一類股不能公只取濟(jì)一個(gè)靠代表止，把噴最小婆距離溉的概羅念從喂一個(gè)孝點(diǎn)和臺一個(gè)幕點(diǎn)間誰的距即離擴(kuò)群充到誦一個(gè)窯點(diǎn)和詞一組養(yǎng)點(diǎn)之格間的約距離鏈。這撲就是赴最近嗎鄰域筍分類件法的丸基本紅思路哭。（10泡—2命0）式(1妄0—20多)是一漁個(gè)二摘次型犬判別姐函數(shù)腦。通帖常二櫻次型戚判別畏函數(shù)臺的決忠策邊四界是涼一個(gè)形超二雙次曲蛇面。5.非線奇性判甩別函皮數(shù)統(tǒng)計(jì)評學(xué)習(xí)佛理論衡是一博種小灣樣本瓦統(tǒng)計(jì)饞理論惕，它流為研怒究有量限樣紡本情驚況下夸的統(tǒng)用計(jì)模未式識挑別和碑更廣著泛的萍機(jī)器征學(xué)習(xí)祖問題后建立驅(qū)了一狡個(gè)較起好的磁理論卡框架俯，同港時(shí)也萌發(fā)展仙了一頂種新扮的模模式識魚別方零法——支持睜向量樂機(jī)，混能夠建較好睜地解企決小宋樣本婦學(xué)習(xí)碌問題較。10．2．4統(tǒng)計(jì)龜學(xué)習(xí)腰理論劍與支該持向梢量機(jī)圖10－34機(jī)器喚學(xué)習(xí)穿的基裁本模姨型有三叛類基抬本的晝機(jī)器乳學(xué)習(xí)捏問題:模式礦識別函數(shù)旗逼近概率嘴密度離估計(jì)經(jīng)驗(yàn)鋒風(fēng)險(xiǎn)王最小雙化并照不一繭定意齊味著通期望康風(fēng)險(xiǎn)烈最小破，學(xué)置習(xí)機(jī)許器的頓復(fù)雜羽性不騾但與捉所研肺究的拴系統(tǒng)利有關(guān)女，而磨且要確和有脊限的痛學(xué)習(xí)籠樣本蠟相適菜應(yīng)。支持賺向量源機(jī)支持沿向量栗機(jī)（Su場pp耐or胃t忽Ve纖ct裕or鼠M鉛ac樂hi祖ne窗s，簡芽稱SV斯M方法乞）是欲實(shí)現(xiàn)繡統(tǒng)計(jì)兄學(xué)習(xí)最理論櫻的一撓種具覆體方艱法，草其主幅要內(nèi)峰容在19屑92年－19楊95年間凈才基近本完渡成，布目前關(guān)仍處然在不溪斷發(fā)潮展階仍段。設(shè)：線線性煎可分盤樣本醬為余，i=1，…，n，是類烈別標(biāo)蛇號。d維空廁間中兼線性斷判別導(dǎo)函數(shù)干的一耐般為彩，娘分類胃面方品程為：(1亭0－16顫1)而要駱求分社類線皮對所扭有樣看本正漏確分領(lǐng)類，住就是描要求底它滿胖足i=1，2，…，n(1異0－16驢2)因此顯，滿披足上師述條追件且揉使最小師的分疫類面凝就是餃最優(yōu)斯分類緣瑞面。過兩蕩類樣齒本中與離分沸類面斤最近叉的點(diǎn)秤且平底行于急最優(yōu)報(bào)分類凈面的秋超平稀面H1、H2上的買訓(xùn)練薦樣本暖就是炮式(1回0－16晨2)中使鈴等號頭成立層的那羅些樣區(qū)本，腥它們累叫做凝支持猜向量率（Su釀pp略or禽t洽Ve效ct吉or按s）。因?yàn)榇剿鼈冇鲋螇帕俗钍績?yōu)分癥類面動(dòng)，最議優(yōu)分并類面籌的示擠意圖儀如下倡圖，沒圖中冊用圓癥圈標(biāo)蹦出的鋪點(diǎn)為摩支持跡向量扎。圖10－39回D君4和D8旱4組成支的紋砍理圖勉像圖10－40閥D5和D9招2組成元的紋較理圖味像圖10－42自建搞的測企試圖些像圖10－41考D握12和D1漲7組成移的紋音理圖欣像圖10－43自建亂的測辰試圖波像10速.派3句法刻結(jié)構(gòu)禽模式望識別統(tǒng)計(jì)商決策最識別榆法的辦基本鋤做法階是首貓先從蓄待識否別模阿式中撒提取杏特征鴿參數(shù)法，然錫后用缺這些蛋特征臭參數(shù)醒把模斧式表壺達(dá)為聯(lián)特征屯空間弦中的占點(diǎn)，堤然后鞠再根驚據(jù)各殖點(diǎn)之蓮間的廳距離戶進(jìn)行汗分類診和識晌別。缺點(diǎn)襯：對比唱較復(fù)牲雜的胡模式提需要友較多職的特腹征才褲能描劫述它晴，而租特征切提取療是比垂較困津難的范環(huán)節(jié)虎，對魯于同禿一模搖式往掠往有還不同匙的抽頑取方象法，納就目虧前來便看尚餡沒有誕統(tǒng)一店的理善論依啊據(jù)。簡單利的分腐類并續(xù)不能騎代表茶識別推，對昏于復(fù)柏雜的成模式碧，識銜別的碗目的漿并不撫是僅報(bào)僅要鄭求把燃它分口配到鞠某一槍類別幸中去抽，而貸且還憲要對元不同緞的對獨(dú)象加寨以描掘述，百在這纖方面陡統(tǒng)計(jì)猛決策渣法就聾有極恰大的支局限耳性。句法慎結(jié)構(gòu)定模式渡識別木法主綿要著市眼于賠模式肺結(jié)構(gòu)穗，采禁用形魂式語朵言理薯論來安分析逃和描欺述模覆式結(jié)廟構(gòu)，績因此撿，它徐具有鑼統(tǒng)計(jì)池識別攤法所孤不具殊備的溉優(yōu)點(diǎn)易。10漠.3至.1形式萬語言朱概述所謂碗句法抬結(jié)構(gòu)朝就是首將一擁個(gè)復(fù)慶雜的恐模式拘一部鞏分一袋部分霜地加輩以描沙述，占將復(fù)宿雜的五模式缺分成搬若干登子模駱式，壘如此伐分下愚去直振至最壓簡單勁的子狗模式撐（或滑稱基帶元）標(biāo)為止僵。10丸.3林.2句法告結(jié)構(gòu)拾方法◆預(yù)處基理主梨要包桐括編呆碼、頌濾波不、復(fù)給原、絞增強(qiáng)怠及縫乏隙填喪補(bǔ)等扒一系狂列操浸作?！艋沓槿虬ㄖ捣指罟?、特剪征（南基元纖）抽稻取。鴨基元通的選哭擇要賀盡可壁能少冰，而置且容庭易被矛識別賭?！艚Y(jié)構(gòu)寬分析組可判膽別所逐得到漠的表脅達(dá)式姥在句起法上五是否彈正確耽。如司果句寨法是腿正確賺的，雞就可能得明到模銜式的誓完整傭描述掛，即距一個(gè)列剖析青式或姐剖析詳樹。句法圈方法撥在以往下領(lǐng)朗域多卻有應(yīng)剖用：１）插波形效分析蓮；２）夏聲音起識別起與理臣解；３）幕文字奴識別寨；４）及二維呈數(shù)學(xué)夸表示盼式；５）攀指紋惜分類音；６）牢圖像地分析頌與理碌解；７）喪機(jī)器吵部件差識別筆；８）財(cái)自動(dòng)剖視覺厭檢查至；９）LA概ND助SA失T資源什勘探抽用陸逃地衛(wèi)明星數(shù)鐮據(jù)解翻釋等妖。10散.4模糊睛集識村別法蹤蝶簡介在模柱式識樓別中幅，有糖些問恐題是椅極其腦復(fù)雜澆的，怒要使蛛計(jì)算蜂機(jī)識伙別某象一模背式，演就要貴分析哄綜合匹所有燒的特短征，侍計(jì)算猾和比禮較大液量的絞信息趟后才滋能作兼出判盛斷。蘭而人妻在識培別過添程中餅只根駛據(jù)一守些模甜糊的魂印象障就可稈以做時(shí)到較襲準(zhǔn)確炎的識現(xiàn)別。10增.4鵲.1模糊嗎集合扁及其內(nèi)運(yùn)算1.模糊忙子集沒有怒明確友外延萍的概魄念就揀稱作它模糊鄭概念論域啄是指阻被討掠論的船全體肅對象鹿，有中時(shí)也盞稱為丘空間碼，論震域元級素總焦是分爭明的論域斧中元辯素從攝屬于線模糊命集合四的程雕序不棕是絕社對的0或1，它欺可介穩(wěn)于0和1之間在模巴糊數(shù)暮學(xué)中趁，把否元素兩對普京通集擊合的蒙絕對任隸屬像關(guān)系據(jù)加以抱靈活添化，狀提出竹隸屬煎度的磨概念隸屬那度用欺隸屬咸函數(shù)瘋來描專述1.隸屬原則和模糊模式識別的直接方法設(shè)是論域U上的n個(gè)模糊子集，若對每一個(gè)都建立一個(gè)從屬函數(shù)，對于任一元素，若滿足

(10—106)則認(rèn)為隸屬于，這就是隸屬原則。10憑.4供.2模糊局模式除識別陣的方圓法例子退：添任何連三角弟形都騾可用雀三個(gè)注邊a、b、c及三糾個(gè)頂秩角A、B、C來表辦示。外把等跪腰三飛角形臘、等鐵邊三賀角形灶、直聯(lián)角三屆角形哥、等輔腰直制角三如角形就看成紗是模暈糊集銷、字、婦、狹。要辛運(yùn)用雄直接晴方法圓識別肌，首兆先要乳確定灰它們沒的從餡屬函刑數(shù)。取論麥域：，其耳中A、B、C表示次三角類形的釣三個(gè)奇內(nèi)角裝，由梨此，森可定潮義它問們的勾從屬險(xiǎn)函數(shù)帆，進(jìn)案一步塑求得螺模糊酒幾何繼圖形霞的從押屬度挪。設(shè)謹(jǐn)、殲、漏、、遙分別劇為等奸腰三浴角形怨、直坡角三甚角形驢、等羞邊三照角形熱、等添腰直頭角三賺角形甩及非不典型搭一般回三角擁形的續(xù)從屬已函數(shù)坑，則低有：(1輪0—10策7)(1唇0—10騙8)(1懂0—10啊9)

(10—110)(10—111)如果有三角形甲，其內(nèi)角分別為、、；三角形乙，其內(nèi)角分別為、、，根據(jù)隸屬原則能確定它們分屬哪一類三角形。由隸澡屬原杰則，泥判定瓦三角據(jù)形甲巴是直撥角三介角形棋。由隸漠屬原肅則，施判定逢三角魂形乙室是一濁般三昏角形聚。相似僚系數(shù)閑有夾皇角余涂弦、共相關(guān)斬系數(shù)幻玉等幾株種定騾義。斗如果春用級表示糠樣本運(yùn)與樣明本堅(jiān)之兼間的女距離館，則懲也有哲如下樣一些怨距離關(guān)的定杜義：3.模糊耽聚類敲分析（１?。┙^沉對值念距離(1伴0—12批5)（２宏）歐冷氏距鋸離(1嗎0—12坑6)（３拖）馬鍬氏距祥離(1波0—12臭7)式中V是一熊個(gè)假階的花協(xié)方蘇差矩球陣，其元階素為籮：(4遍)蘭氏晶距離(1導(dǎo)0—12碑8)聚類金分析中的基襲本思枝想是輕將比忘較接住近的糠樣本帆歸為牙一類鞏。系棟統(tǒng)聚樹類法役可分悲三個(gè)如步驟國進(jìn)行稼：第一冤、計(jì)鴉算各暗樣本圈之間鏡距離提，將購距離蕩最近摟的兩弊點(diǎn)合昌并為字一類緒；第二雁、定喇義類圖與類爪間的座距離捉，將味最近合的兩都類合噴并為桑新的乎一類否；（類剩與類傍之間籮的定讓義有音最小稿距離輪法、兔最大拔距離聽法、財(cái)中間亭距離繩法、層重心慮法等德）第三皮、反拼復(fù)做恢第二徑步，俗使類壟與類竹之間伐不斷火合并板，最憤后完牲成聚遭類分匠析。10止.5模式授識別黑的幾告種應(yīng)演用模式渠識別血的應(yīng)主用較適廣，敏大致錯(cuò)可有莫如下鎮(zhèn)幾個(gè)忙方面她：字咳符識嶺別；旗醫(yī)學(xué)環(huán)診斷排；遙英感圖辰像解幣譯；網(wǎng)人臉?biāo)椭噶杭y鑒診別；餓污染柏監(jiān)測磁；自辨動(dòng)檢顛查和臨自動(dòng)廉化；針可靠克性；特社會(huì)毅經(jīng)濟(jì)砌；語下音識儀別和炎理解斧；考顏古等蠟。10．5．1生物棋特征蝕識別指紋欣識別指紋何具有怕兩大趴特性:1)沒有團(tuán)兩個(gè)設(shè)人的跳指紋驚是相堅(jiān)同的楊；2)當(dāng)指袖紋不真受損肯傷時(shí)西終生索不變圓。首先元，指吉紋分負(fù)為七富類（期平斗搭、左采箕、盆右箕喘、平漫弓、槐帳弓蘆、左撥雙箕洋、右薦雙箕湖）。堵第一苗類再且分為魄十八放個(gè)小白類，脾然后撞測量脊斜率代?？傆龅倪^像程是來分類柔、分點(diǎn)層、叼分窗被口，錫在這泰個(gè)過骨程中份包括兄細(xì)化夏，連娛接斷顆線等眨處理;爾后溉整個(gè)召窗口炭用一哨個(gè)樹伙代表艇，樹匹的每腿一個(gè)機(jī)分支也是窗婆口中蠟的一厲根隆葡線，眾然后秤找出粉文法;最后趨做一妥樹狀體自動(dòng)鄭機(jī)。（1）．土人臉郊識別臨系統(tǒng)咳的基忍本組聯(lián)成參數(shù)人臉圖像庫人臉檢測定位特征提取和選擇訓(xùn)練圖像預(yù)處理識別特征提取和選擇圖像預(yù)處理人臉檢測定位待測人臉圖像訓(xùn)練過程識別過程人臉露識別（2）.人臉芒識別跨基本億算法基于土幾何皂特征畢的方誕法該方派法要甩求選是取的尺特征盯矢量帽有一明定的服獨(dú)特槐性，哈既要脊反映疾不同煌人臉片的差米異，拆還要少具有增一定禁的彈針性，蓬以減縱少或速者消便除光杯照差絲式異等脖影響漸。幾湖何特厭征向掙量是傘以人百臉器仰官的朱形狀春和幾蘇何關(guān)誤系為緒基礎(chǔ)要的特棋征向比量，引其分簽量通翻常包灘括人鞭臉指豆定兩泛點(diǎn)間霜的歐幸式距口離、往曲率袖、角爐度等卻?；诔鹕窠?jīng)辯網(wǎng)絡(luò)鎮(zhèn)的方街法早期震用于摩人臉倍識別箏的神肚經(jīng)網(wǎng)米絡(luò)主瞎要是Ko股ho第ne認(rèn)n自聯(lián)伸想映亞射神掛經(jīng)網(wǎng)極絡(luò)，慘當(dāng)人稻臉圖衡像受幕噪聲揪污染噴嚴(yán)重大或部梯分缺隊(duì)損時(shí)壓，用Ko閑ho島ne將n網(wǎng)絡(luò)貪恢復(fù)井完整躁的人兇臉的岸效果痕較好債。Co閘tt濕re白ll等人若使用劃級聯(lián)BP神經(jīng)撇網(wǎng)絡(luò)菌進(jìn)行蹈人臉授識別彈，對行部分余受損兼的、臂光照污有所部變化證的人復(fù)臉圖坊像識宅別能毅力也跳較好執(zhí)。基于只代數(shù)著特征域的方勇法這類義算法吉是采宮用代西數(shù)特罷征向殖量，國即人專臉圖駱像在匙由“貧特征捧臉”橋張成喪的降另維子桂空間膊上的抗投影偉?；q于代碰數(shù)特犧征識倍別的及主要岔原理雪是利灘用統(tǒng)江計(jì)方僵法提饞取特暫征，脾從而污形成糠子空調(diào)間進(jìn)尤行識知?jiǎng)e。（3）．撿當(dāng)義前主乓流算畏法1）墊特蓮征臉移（ei犯ge全nf縣ac確e）算奴法特征壺臉方婚法的雜優(yōu)點(diǎn)些：①圖輔像的差原始幼灰度最數(shù)據(jù)迷直接握用來掙學(xué)習(xí)占和識管別，寸不需好要任店何低弦級或揀中級超處理收；②不系需要龜人臉筋的幾瓦何和攀反射索知識瞇；③通黎過低哭維可坑以有陳效的醉對高僵維數(shù)奮據(jù)進(jìn)濾行壓份縮；④與鐮其它連匹配栽方法過相比承，識年別簡料單有擺效。特征帖臉方克法存譽(yù)在的摔不足探：①負(fù)圖像厘中所匙有的決像素少被賦批予了斬同等姜的地吐位，妨可是昏角度典、光劈燕照、宮尺寸貼及表刊情等嗽干擾斷會(huì)導(dǎo)慢致識剪別率光下降馳，因英此，供須先敗進(jìn)行藝尺度助歸一桂化處僻理；②在陣姿態(tài)接和光妙照變法化時(shí)愚識別霧率明步顯下炒降；③要楊求背楚景單餡一，撿；④學(xué)表習(xí)時(shí)副間長蔽，只城能離挖線計(jì)能算。2）溉彈魯性圖毀匹配補(bǔ)方法彈性向圖匹加配方宅法（El禽as然ti病c植Gr奸ap除h憤Ma霉tc最hi畫ng）是方一種剛基于皮動(dòng)態(tài)低鏈接撒結(jié)構(gòu)(D叔yn躁am處ic哲L鮮in塘k鞏Ar回ch打it醉ec街tu典re，DL削A)的方虧法。欠它將雞人臉亞用格膚狀的抗稀疏楚圖（仆即拓刷撲圖切）表銹示，配圖中宮的節(jié)焰點(diǎn)用艦圖像