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第8章 形状表示与描述
形状表示与描述
• 定义物体的形状其实是非常困难的。形状通常以言辞来表
述或以图形来描绘,而且人们常使用一些术语,例如细长
、圆形、有明显边缘的等等。但是计算机时代,有必要对
非常复杂的形状进行精确的描述。虽然有很多实际的形状
描述方法,但并没有被认可的统一的形状描述方法学。
• 形状描述方法的共同特点:定位和描绘物体边界一阶导数
的显著变化常常会产生适当的信息。
• 尺度(分辨率)问题在数字图像中很常见。如果导出形状描述,那么
对尺度的敏感性就更严重了,因为形状可能会随着图像分辨率的变化
而发生很大的变化。在高分辨率下轮廓的检测可能会收到噪声的影响
,而在低分辨率下小的细节有可能会丢失。
• 我们处理的是二维形状及其描述,但我们的世界是三维的,物体也是
,如果从不同角度(或空间中改变位置或方向)观看,会形成非常不
同的二维透视投影。
• 理想情况:设计一个具有透视投影不变性的描述子,来克服这些变化
的通用形状描述能力。例如:椭圆 -- 圆。对于一些三维形状,它们的
二维透视投影可能具有识别所需的充分信息。例如:飞机轮廓,即
改变飞机在空间中的位置和方向,从透视投影成功的识别出飞机。在
很多情况下,为了得到充足的描述信息,必须在特殊方向上观察物体
。例如:人脸。
8.1 区域标识
• 区域标识方法:
1 给每个区域或每个边界标识一个唯一的数字(整数),这种标识
称为标注或着色。最大的整数标号通常也就是给出了图像中区域
的数目;
2 使用较少数目的标号,理论上4个就足够了,保证不存在两个相
邻区域有相同标号。
• 假设分割后的图像R 由m个不相交的区域Ri组成。图像R有
若干物体Ri和一个背景Rb组成。
图像分割后顺序标识:
标号冲突:图像形状例如U形物体、E的镜像形物体。
等价表是一个出现在图像中的所有标号对的列表:在第二步中,所有的等价标号
用一个唯一的标号代替。
算法在4连通和8连通下基本相同,不同点是在邻域掩膜的形状上。
• 8连通下的物体标识a,b,c,是算法步骤,经过步骤b后的等价
表:2-5,5-6,2-4
• 如果分割后的图像是用四叉树数据结构表示的,则算法如
下:
• 区域计数任务和区域标识问题紧密相关。物体计数可以从
区域标识结果中立即得到,如果只需区域计数,而无需标
识它们,那么一个一边扫描的算法就足够了。
8.2 基于轮廓的形状标识与描述
• 区域边界必须以某种数学形式来表示。
• 表示像素xn :直角坐标 ,是路径长度n的函数;
• 极坐标:边界元素以角度Ф和距离r的数对来表示。
• 切线坐标:作为路径长度n的函数,对曲线上点的切线方向θ(x )进行
n
编码。
8.2.1 链码
• 链码通过给定方向的单位长度的线段序列来描述物体。为了可以重建
区域,该序列的第一个元素必须带有其位置信息。 链码的导数:模4
或模8 的差分码,标识区域边界元素的相对方向,以逆时针计数的90º
或45º 的倍数来度量。链码对噪声十分敏感,而且要用于识别,尺度
和旋转的任意变化都可能会引起问题。链码的平滑形式(沿着指定的
路径长度对方向进行平均)对噪声相对不太敏感。
8.2.2 简单几何边界表示
• 边界长度:垂直的和水平的步幅为单位长度,在8连通下的对角步幅
2
长度为 ,在4连通下,对角步幅包含两个直角步,总长为2 。
• 曲率:在连续情况下,曲率表示斜率的变化率。在离散空间中,曲率
的描述必须稍作修改以克服因曲线不具有平滑性所造成的困难。
• 曲率标量描述子是边界像素的总数目(长度)和边界方向有显著变化
的边界像素的数目的比率。方向改变的数目越少,边界越平直。
• 估算算法:从待估计的边界像素出发到在两个方向上个b个边界像素
位置处的两条线段间的角度的方法。这个角度不必以数字形式表示;
线段的相对位置可以用作属性。参数b决定了对边界方向局部变化的
敏感度。
• 弯曲能量:可以理解为一个杆弯曲成所要求的形状所需的
能量:c(k)是边界曲率,L是边界长度。
• 运用parseva
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