数字图像处理笔记 (21)

区域生长是从一组生长点开始的,另一种方法是在开始时将图像分割为一系列任意不相交的区域,然后将它们合并或者拆分以满足限制条件,这就是区域分裂与合并。通过分裂,可以将不同特征的区域分离开,而通过合并,将相同特征的区域合并起来。

图像分割问题是一个十分困难的问题。因为分割后的图像是系统目标的一个函数,所以根本不存在理想的或正确的分割。

物体及其组成部件的二维表现形式受到光照条件、透视畸变、观察点变化、遮挡等的影响。此外,物体及其组成部件与背景之间在视觉上可能是无法区分的。因此,人们无法预测能够从图像中抽取出哪些与物体识别相关的初始信息。

唯一可以肯定的事情是,这一过程将在本质上具有不可靠性。某些有用的信息能够被抽取出,但同时也会出现许多错误。因此,在任何应用领域中都不存在最优解。分割结果的好坏或者正确与否,目前还没有一个统一的评价判断标准,大都从分割的视觉效果和实际的应用场景来判断。

特征提取 图像特征概述 什么是图像特征

特征是某一类对象区别于其他类对象的相应(本质)特点或特性,或这些特点和特性的集合。特征是通过测量或处理能够抽取的数据。对于图像而言,每一幅图像都具有能够区别于其他类图像的自身特征,有些是可以直观地感受到的自然特征,如亮度、边缘、纹理和色彩等;有些则是需要通过变换或处理才能得到的,如矩阵、直方图以及主成分等。

图像特征的分类

图像特征的分类有多种标准。如从特征自身的特点上可以将其分为两大类:描述物体外形的形状特征,以及描述物体表面灰度变化的纹理特征。而从特征提取所采用的方法上,又可以将特征分为统计特征和结构(句法)特征。

特征向量及其几何解释

常常将某一类对象的多个或多种特性组合在一起,形成一个特征向量来代表该类对象,如果只有单个数值特征,则特征向量为一个一维向量;如果是n 个特性的组合,则为一个n 维特征向量。该特征向量常常被作为识别系统的输入。实际上,一个n 维特征就是一个位于n 维空间中的点,而识别(分类)的任务就是找到对这个n 维空间的一种划分,如图13.1所示。在后面各章的讨论中,一般将待分类的对象称为样本 ,将其特征向量称为样本特征向量或样本向量 。

图13.1 特征向量的几何解释

比如说要区分3种不同的鸢尾属植物,可以选择其花瓣长度和花瓣宽度作为特征,这样就以1个2维特征代表1个植物对象,比如(5.1, 3.5)。如果再加上萼片长度和萼片宽度,则每个鸢尾属植物对象由一个4维特征向量表示,如(5.1, 3.5, 1.4, 0.2)。

特征提取的一般原则

要对某个图像进行分类,应如何提取该图像的特征呢?一个最容易想到的方法是提取图像中所有像素的灰度值作为特征,这样可以提供尽可能多的信息给识别程序(分类器),让分类器具有最大的工作自由度。然而,高维度意味着高计算复杂度,这为后续的处理和识别带来了巨大的困难。
此外,很多时候由于操作者已经掌握了有关样本图像的某些先验知识,使得这种把全部像素信息都交给分类器的做法显得没有必要。如已经知道鼻子、肤色、面部轮廓等信息与表情关联不大,那么在表情识别中就不需要人脸照片中的全部信息。可以只拿出眉毛、眼睛和嘴这些表情区域作为特征提取的候选区,这时可以进一步在表情区中提取统计特征。

特征的评价标准

一般来说,特征提取应具体问题具体分析,其评价标准具有一定的主观性。然而,还是有一些可供遵循的普遍原则,能够作为操作者在特征提取实践中的指导。总结如下。

特征应当容易提取。换句话说,为了得到这些特征,付出的代价不能太大。当然,这还要与特征的分类能力权衡考虑。

选取的特征应对噪声和不相关转换不敏感。比如说要识别车牌号码,车牌照片可能是从各个角度拍摄的,而读者关心得是车牌上字母和数字的内容,因此就需要得到对几何失真变形等转换不敏感的描绘子,从而得到旋转不变,或是投影失真不变的特征。

最重要的一点,总是应试图寻找最具区分能力的特征。

基本统计特征 简单的区域描绘子

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