图像理解 课件 08-目标描述

目标描述图像理解之八2目标描述表达是直接具体地表示目标好的表达方法应节省储存空间描述是较抽象地表示目标好的描述应对目标的尺度变化、平移、旋转不敏感边界描述（描述区域形状）区域描述（描述区域反射性质）关系描述（描述边界间/区域间的关系）3基于边界的描述利用处在目标区域的边界上的象素集合来（主要）描述边界的特点/特性简单边界描述符形状数边界矩4简单边界描述符边界的长度边界/轮廓长度（区域周长）对区域R，轮廓点P：

P本身属于R

P的邻域中有象素不属于R5简单边界描述符边界的长度区域的轮廓点和内部点要采用不同的连通性来定义内部点8-方向连通，轮廓为4-方向连通内部点4-方向连通，轮廓为8-方向连通64-连通和8-连通两种邻域：4-邻域和8-邻域两种连通：4-连通和8连通连通悖论：对准确测量带来影响边界点和内部点目标点和背景点7简单边界描述符边界的长度4-方向连通轮廓B48-方向连通轮廓B8使用单位长链码8简单边界描述符边界的直径边界上相隔最远2点之间的距离距离度量：DE(·)，D4(·)，D8(·)9简单边界描述符曲率斜率、曲率、角点（局部特性）斜率：轮廓点的（切线）指向曲率：斜率的改变率曲率大于零，曲线凹向朝着法线正向曲率小于零，曲线凹向朝着法线负向角点：曲率的局部极值点10基于离散曲率的描述符曲率描述了边界上各点沿边界方向变化的情况曲率与几何特征11基于离散曲率的描述符离散曲率离散目标中沿离散点序列组成的轮廓上方向的变化给定一个离散点集合P={pi}i=0,…,n，它定义了一条数字曲线（曲线两个端点像素各只有一个近邻像素，其他每个像素都恰好有两个近邻像素），在点pi∈P处的k-阶曲率ρk(pi)=|1-cosθki|，其中θki=angle(pi-k,pi,pi+k)是两个线段[pi-k,pi][pi,pi+k]之间的夹角，而阶数k∈{i,…,n-i}。下图给出对数字曲线Ppq={pi}i=0,…,17在点p10处计算3-阶离散曲率ρ3(p10)的情况12基于离散曲率的描述符离散曲率引入阶数k是为了减少曲率受边界方向局部变化的影响，比较高阶的离散曲率能比较准确的逼近由离散点序列所确定的整体曲率13基于离散曲率的描述符离散曲率的计算对一个参数曲线c(t)=[x(t),y(t)]，它的曲率函数k(t)定义为先对x(t)和y(t)进行采样再求导数设需要计算在点c(n0）处的曲率，先在两边获取一定数量的采样点，如图10.4.5所示利用有限差分法计算将上述结果代入（10.4.3）就可算得曲率，实现简单，但对噪声很敏感14基于曲率的描述符目标轮廓上各点的曲率本身就可用作描述符，但数据量太大且冗余。在计算出各点曲率后，可进一步对整个目标轮廓计算以下曲率描述符（测度）曲率的统计值曲率最大、最小点、拐点弯曲能15形状数轮廓差分码中其值最小的1个序列形状数示例4-方向链码：10103322差分码：33133030形状数：0303313316形状数形状数的阶形状数序列的长度闭合曲线阶是偶数凸形区域形状数的阶对应区域边界外包矩形的周长17形状数阶给定时边界形状数的计算从所有满足给定阶要求的矩形中选取出长短轴比例最接近图(a)所示已给边界的包围矩形（围盒），图(b)根据给定阶将选出的矩形划分为图(c)所示多个等边正方形保留50%以上面积包在边界内的正方形，得到与边界最吻合的多边形，图(d)根据上面选出的多边形，以图(d)中黑点（可任取）为起点计算链码，得到：11010030030322322212求出链码的差分码：30313031031330130031循环差分码使其最小，就得到所给边界的形状数：0031303130310313301318边界矩矩是一个物理量目标的边界可看作由一系列曲线段组成通过定量描述曲线段而进一步描述整个边界可把曲线段表示成1个1-D函数f(r)把f(r)的线下面积看成1个直方图19边界矩矩的计算均值对均值的n阶矩μn与f(r)的形状有直接联系μ2描述了曲线相对于均值的分布μ3描述了曲线相对于均值的对称性20基于区域的描述利用处在目标区域内的象素集合来描述区域（侧重整个目标或目标内部）的特点/特性简单区域描述符拓扑描述符区域不变矩21简单区域描述符区域面积基于对象素个数的计数求区域面积的不同计算方法22简单区域描述符区域面积网格多边形（顶点在采样网格上）区域Q的面积A(Q)=NI+NB/2-1NI是Q的内部点的个数NB是正好处在Q的轮廓上离散点的个数令R为Q中所包含点的集合，总点数|R|=NI+NB23简单区域描述符区域面积多边形区域面积计算示例

NI=71，NB=10，A(Q)=75多边形Q所定义的面积轮廓（点集）所定义的面积24简单区域描述符区域重心对非规则物体，其重心坐标和几何中心坐标常不相同

25简单区域描述符区域密度多种影响因素⇒综合结果透射率（transmission）

T=穿透目标的光/入射的光光密度（opticaldensity）入射的光与穿透目标的光的比（透射率的倒数），取以10为底的对数

OD=lg(1/T)=–lgT积分光密度（integratedopticaldensity）区域中各象素光密度的和积分光密度是直方图中各灰度值的加权和

26拓扑描述符拓扑学研究图形不受畸变变形（不包括撕裂或粘贴）影响的性质拓扑性质：全局性质，与距离无关欧拉数E=C-H欧拉数描述了区域的连通性H：区域内的孔数C：区域内的连通组元个数27拓扑描述符对一幅二值图象A，可以定义两个欧拉数4-连通欧拉数E4(A)4-连通的目标个数减去8-连通的孔数E4(A)=C4(A)-H8(A)8-连通欧拉数E8(A)8-连通的目标个数减去4-连通的孔数E8(A)=C8(A)-H4(A)28拓扑描述符多边形网全由直线段（包围）构成的区域集合欧拉公式V−B+F=E=C−HV：顶点数B：边线数F：面数29区域不变矩区域矩：用所有属于区域内的点计算f(x,y)的p+q

阶矩f(x,y)的p+q

阶中心矩f(x,y)的归一化的中心矩30区域不变矩不变矩计算示例同一幅图象得到的不同变型31对目标关系的描述多个边界/区域间的关系目标标记和计数点目标的分布字符串描述树结构描述32目标标记和计数象素标记检查当前象素与之前若干近邻象素的连通性考虑4-连通的情况（从左上向右下扫描）33目标标记和计数游程连通性分析34点目标的分布当图象中有许多个同类的目标时，为方便研究它们之间的关系，常将各个目标抽象为点目标对点目标集合，目标间相互关系常比单个目标在图象中的位置或单个目标本身的性质更重要35点目标的分布36点目标的分布根据分布的统计值来区分不同分布距离计算⇒目标计数将视场分成一些子区域μ：子区域内目标数的均值σ2：子区域内目标数的方差

σ2=μ：泊松分布

σ2>μ：聚类分布

σ2<μ：均匀分布37字符串描述描述语法/重写（替换）规则：

S→aA起始符号S用元素a和变量A来替换

A→bS变量A用元素b和起始符号S来替换

A→b变量A用单个元素b来替换38字符串描述运用重写规则产生结构字符串：对应头尾连接的线段用有向线段（抽象）描述图象区域，除头尾连接，还可用其他运算来结合39字符串描述利用有向线段并结合运算描述复杂结构40树结构描述树中有2类重要的信息：关于结点的信息，可用一组字