一种基于方向滤波器的纹理图像方向场估计方法-

1、一种基于方向滤波器的纹理图像方向场估计方法宋亮,王引弟,石光明(电子工程学院,西安电子科技大学,西安 710071摘要:本文提出一种基于方向滤波器的纹理图像方向场估计方法。该方法通过设计一个具有较窄过渡带、较高阻带衰减和线性相位特性的原型楔形滤波器,经旋转(双立方插值得到一组代表不同方向的方向滤波器,对纹理图像进行多方向分解。同时,借助于方向向量加权的方法,可用于纹理图像的精确方向场估计。本文设计方法简单,可实现具有任意方向分辨率的图像方向分解。实验结果表明了该方法对纹理图像具有准确的方向估计能力。关键词:纹理图像;方向滤波器;方向图A Directional Filter-based Ori

2、entation FieldEstimation Method for Texture ImagesSONG Liang, WANG Yin-di, SHI Guang-ming(School of Electronic Engineering, Xidian Univ. Xian 710071, ChinaAbstract: In this paper, we present a new directional filter-based orientation field estimation method for texture images. In our method, we only

3、 need to design one wedge-shaped prototype directional filter with narrow bandwidth, high stopband attenuation and linear phase property. The remaining filters corresponding to other directions are obtained by rotating the prototype filter with bicubic interpolation. So we can obtain arbitrary direc

4、tional resolution with low design complex when analysis the directional information of texture image. At the same time, by employing the directional vector-weighted algorithm, we can estimate the orientation field exactly to get the directional information of the texture images. Experimental results

5、 illustrate the effectiveness of the proposed method.keywords: texture images; directional filter; orientation map1前言以JPEG2000为基础的基于自适应方向提升(ADL结构小波变换1的图像压缩技术已被证实为一种更适合处理复杂纹理图像的压缩技术。该技术在进行提升变换之前先将图像分块,检测子块的纹理信息,确定相关性最大的方向,然后对各个子块在相关性最大的方向进行预测和更新。因此,子块方向预测的精度对整个变换起着至关重要的作用。然而,ADL的方向选择范围具有较大的局限性。针对该方法存

6、在的不足,C. Chang2等学者在ADL结构的基础上提出了Quincunx 采样方向提升结构。但其差值策略比较粗略,所选的方向数目较少,导致方向预测的精度也不高。近年来,有学者提出一种用于图像压缩的曲线小波变换(curved wavelet transform技术3,其核心依然是对 纹理图像的方向预测。本文通过设计一个提取图像垂直方向信息的原型楔形滤波器,采用双立方插值法对该滤波器的系数矩阵进行插值以实现滤波器的旋转,从而得到一组方向滤波器并分别对图像进行方向滤波。之后,对各方向滤波器的输出进行方向判断和方向向量加权以提取图像中的方向信息。宋亮,男,1979年1月生,宁夏平罗县人,现为西安电

7、子科技大学硕士研究生国家自然科学基金(批准号: 60372047和陕西省自然科学基金(批准号: 2005F44 和2005F10资助项目2 方向滤波器设计首先采用文献4方法设计原型楔形滤波器,如图1中(1所示。这里,原型滤波器长度为993,阻带衰减。根据傅里叶变换性质,当图像旋转29.8dB s A =度时,其频谱也相应旋转度。因此,我们对图1(1中的原型楔形滤波器的系数矩阵进行旋转(双立方插值操作,以实现代表任意方向的方向滤波器。这里,我们将整个0频域平面划分为12等份,方向分辨率为。图1(1(12给出了所得12个归一化方向滤波器谱支撑域。360o o 015= o(1 (2 (3 (4 (

8、5 (6 (7 (8 (9 (10 (11 (12图1. 12个归一化的方向滤波器的谱支撑域Fig. 1. Passband supports of the resulting twelve normalized directional filters. 3 纹理图像的方向场估计采用图1所示的12个方向滤波器,这里给出基于方向滤波器的纹理图像方向场估计方法。图2为方向场估计方法的流程图。图2. 方向场估计流程图 Fig. 2. Procedure of the orientation estimation.图像子块经过方向滤波后,我们依据式(111122max 0011(,; max; 12i

9、 i i N N avg x y i E f x y E E E i E = (1计算各方向子带的能量,最大能量, 1,2,12i E i =L max E 和所有方向子带能量之平均值avg E 。(1式中,(,i f x y 代表子块的第i 个方向子带图像在(,x y 处的象素值;i 对应于图1所示各方向;N 为子块大小。若max E /avg E THRESHOLD ,则该子块无方向性(不感兴趣区域,从而不对其进行方向判断;若max E /,则该子块为感兴趣区域子块。图3给出了两个简单纹理感兴趣区域子块及方向能量分布。THRESHOLD avg E 0,;如果,令1L =111s s A

10、E =A D u r u r ,则主方向即为最大能量所指方向1s ;如果,我们采用方向向量加权的方法以确定1L A u r 及其方向。本文中,我们取对子块的主方向进行估计。图4是时的示意图。3L =3L = 图4. 方向向量加权方法示意图(3L =Fig. 4. Sketch map of the directional vector-weighted algorithm (three main directions selected.4 实验结果本文采用Barbara 图像(51作为测试图像。实验中,我们将高通滤波后的图像分为16251216的子块;选取THRESHOLD =2.55。实验结

11、果如图5所示。实验结果表明,与文献1和3相比,本文提出的方法对于纹理图像方向信息的提取更加准确有效。 图5. Barbara 图像的方向图(块大小1616,THRESHOLD=2.55Fig. 5. Estimated orientation map of image “Barbara”.5 结论本文从纹理图像的频域特征出发,提出一种基于方向滤波器的图像方向场估计方法。该方法通过设计一个提取图像垂直方向信息的原型楔形滤波器,采用双立方插值法对该滤波器的系数矩阵进行插值以实现滤波器的旋转,从而得到一组方向滤波器并分别对图像进行方向滤波。之后,对各方向子带的输出进行方向判断和方向向量加权以提取图像

12、中的方向信息。实验结果表明,该方法对纹理图像具有较好的方向估计能力。参考文献:1 W. P. Ding, F. Wu, X. L. Wu, S. P. Li and H. Q. Li, “Adaptive Directional Lifting-based Wavelet Transform for Image Coding,” in Proc. Picture Coding Symposium 2004, USA, Dec. 2004.2 C. L. Chang, A. Maleki and B. Girod, “Adaptive Wavelet Transform for Image Compression via Directional Quincunx Lifting,” in Proc. Multimedia Signal Processing 2005, China, Oct. 2005.3 Demin Wang, Liang Zhang, A. Vincent and F. Speranza, “Curved wavelet Transform for image Coding,” IEEE Trans. IP