【教学课件】第11章纹理分析.ppt
第11章 纹理分析,11.1关于纹理的讨论11.2纹理描述的统计方法 11.3纹理描述的结构方法 11.4 纹理描述的频谱方法11.5 一种纹理分类合成方法 11.6 纹理分割方法,1.1 关于纹理的讨论,1.什么是纹理纹理是物体表面的固有特征之一是图象区域一种重要的属性 目前对纹理尚无正式的（一致的）定义人们常可以判断出纹理的存在性 对纹理的感受是与心理效果相结合的用语言或文字来描述纹理常很困难,1.什么是纹理纹理可认为是灰度（颜色）在空间以一定的形式变化而产生的图案（模式）纹理由许多相互接近的、互相编织的元素构成（它们常富有周期性）纹理特征/特性平滑、稀疏、规则性、粒度、方向性、重复性,1.1 关于纹理的讨论,1.什么是纹理纹理与尺度有密切联系 任何物体的表面，如果一直放大下去进行观察的话一定会显现出纹理 纹理具有区域性质的特点对单个象素来说讨论纹理是没有意义的纹理可用来辨识图象中的不同区域,1.1 关于纹理的讨论,2.纹理研究和应用的内容(1)纹理表达和描述对纹理特点进行刻画，辨认纹理模式(2)纹理分割利用纹理作为特征对图象进行分割(3)纹理分类与合成利用对纹理的描述构建感知上与实际接近的纹理，使图形产生真实感(4)由纹理恢复形状,1.1 关于纹理的讨论,3.纹理分析的方法(1)统计法 利用对图象灰度分布和关系的统计规则(2)结构法 根据描述几何关系的放置/排列规则来描述纹理基元(3)频谱法 根据傅里叶频谱的分布，特别是高能量窄脉冲来描述纹理的全局周期性质,1.1 关于纹理的讨论,3.纹理分析的方法(1)统计法(2)结构法(3)统计分割检测聚类，再对聚类模式进行结构分析(4)结构分析检测纹理基元的聚类，再对聚类模式进行结构分析,1.1 关于纹理的讨论,11.2 纹理描述的统计方法,比较适合描述自然纹理11.2.1灰度共生矩阵11.2.2基于共生矩阵的纹理描述符11.2.3基于能量的纹理描述符,11.2.1 灰度共生矩阵,设 S 为目标区域 R 中具有特定空间联系（可由位置算子确定）的象素对的集合共生矩阵 P 中的元素（#代表数量）分子：具有某种空间关系、灰度值分别为g1和g2的象素对的个数分母：象素对的总和个数,11.2.1 灰度共生矩阵,对灰度共生矩阵的简单推广是同时考虑两个以上的象素一对灰度间的统计不同三个灰度间的统计不同容易区分很难区分,11.2.1 灰度共生矩阵,将图象分解成基元来推广共生性U：图象中所有基元的集合V：图象中基元性质的集合灰度均值，灰度方差，区域尺寸和形状 f：赋给 U 中基元一个 V 中性质的函数共生矩阵 P 的元素,11.2.2 基于共生矩阵的纹理描述符,二阶矩：对应图象的均匀性或平滑性熵：给出图象内容随机性的量度对比度：反映近邻象素间的反差例，表，14个纹理描述符,11.2.3 基于能量的纹理描述符,利用模板（也称核）计算局部纹理能量 设图象为I，模板为M1,M2,MN卷积 Jn=I*Mn,n=1,2,N 给出各个象素邻域中的纹理能量分量采用尺寸为k k 的模板，对应第n个模板纹理特征矢量T1(x,y)T2(x,y)TN(x,y)T,11.2.3 基于能量的纹理描述符,1-D模板：3 35 5 2-D模板：可由1-D的模板得到，具体是将行模板和列模板卷积,11.3 纹理描述的结构方法,纹理基元和排列规则结构法的基本思想：复杂的纹理可由一些简单的纹理基元（基本纹理元素）以一定的有规律的形式重复排列组合而成(1)确定纹理基元(2)建立排列规则设纹理基元为h(x,y)，排列规则为r(x,y)纹理t(x,y)：,11.3 纹理描述的结构方法,8个重写规则（a：模式，b：向下，c：向左）(1)S aA（变量S可用aA来替换）(2)S bA（变量S可用bA来替换）(3)S cA（变量S可用cA来替换）(4)A aS（变量A可用aS来替换）(5)A bS（变量A可用bS来替换）(6)A cS（变量A可用cS来替换）(7)A c（变量A可用常量c来替换）(8)S a（变量A可用常量a来替换）,11.3 纹理描述的结构方法,纹理镶嵌在空间以有次序的形式进行纹理单元的镶嵌 规则镶嵌只用（一种）正多边形,11.3 纹理描述的结构方法,纹理镶嵌 半规则镶嵌同时使用两种边数不同的正多边形依次列出绕顶点的多边形的边数,11.3 纹理描述的结构方法,Voronoi多边形令S是纹理基元代表点的集合 对S中任意一对点p和q，在它们之间画一条对分线对分线将图象分成两半，其中一半包含与p比较近的点而另一半包含与q比较近的点对所有的q都如上进行，就可得到包含p的多边形 相对于p的Voronoi多边形：包含所有与p比S中任何点都近的点H q(p)代表与p比较近的那一半,11.4 纹理描述的频谱方法,1.傅里叶频谱 借助傅里叶频谱的频率特性来描述周期/近乎周期的2-D图象模式的方向性(1)傅里叶频谱中突起的峰值对应纹理模式的主方向(2)这些峰在频域平面的位置对应模式的基本周期(3)利用滤波把周期性成分除去，用统计方法描述剩下的非周期性部分,11.4 纹理描述的频谱方法,1.傅里叶频谱 极坐标系中频谱函数S(r,)对每个确定的方向，S(r,)是1个1-D函数S(r)对每个确定的频率 r，S(r,)是1个1-D函数Sr(),11.4 纹理描述的频谱方法,1.傅里叶频谱 分块角特征纹理方向：如果纹理在一个给定的方向 q 上包含许多线或边缘，|F|2 的值将会在频率空间中沿 q+p/2 的方向附近聚集,11.4 纹理描述的频谱方法,1.傅里叶频谱 分块放射特征纹理粗糙度：光滑的纹理在小半径时有较大的R(r1,r2)值，而粗糙颗粒的纹理将在大半径时有较大的R(r1,r2)值,11.4 纹理描述的频谱方法,2.贝塞尔-傅里叶频谱 灰度函数：角度q，Am,n，Bm,n是贝塞尔-傅里叶系数Jm是第一种第m阶贝塞尔函数Zm,n是贝塞尔函数的零根（zero root）Rv是视场的半径利用对系数的运算定义纹理特征,11.4 纹理描述的频谱方法,3.Gabor频谱 Gabor变换：用高斯函数作为窗函数的短时傅里叶变换（加窗傅里叶变换）实际中常使用两个成对的实Gabor滤波器 对称的 反对称的,11.5 一种纹理分类合成方法,1三类纹理(1)全局有序纹理包含对纹理基元的特定排列常可用结构方法来分析(2)无序纹理既无重复性也无方向性用统计法分析比较合适(3)局部有序纹理,11.5 一种纹理分类合成方法,2局部有序纹理具有局部的方向性但全图是随机的该类纹理的方向场可看作包含两幅图象(1)角度图（angle）各点的主要局部朝向(2)相干图（coherence）各点的各向异性情况,11.5 一种纹理分类合成方法,2局部有序纹理(1)角度图局部方向的估计：用高斯滤波器平滑图象计算平滑后图象的梯度利用切线的倒数计算局部朝向角度 求局部朝向角的平均值 计算局部朝向的相近程度,11.5 一种纹理分类合成方法,2局部有序纹理(2)相干图 q(x,y)：朝向角G(x,y)：梯度幅度将沿q(xi,yi)方向的G(xi,yi)投影到q(x0,y0)方向上：G(xi,yi)cosq(x0,y0)q(xi,yi),11.5 一种纹理分类合成方法,3组合纹理利用三类纹理以组合其它种类的纹理(1)线性组合透明覆盖(2)函数组合将一类纹理的特征嵌入到另一类纹理中(3)不透明重叠后来叠加上去的纹理覆盖了原先的纹理,11.6 纹理分割方法,人类视觉系统很容易识别与背景均值接近但朝向或尺度不同的模式 灰度不同 灰度相同 灰度相近 模式朝向不同 模式尺度不同,通信地址：北京清华大学电子工程系 邮政编码：100084 办公地址：清华大学东主楼，9区307室 办公电话：传真号码：电子邮件：个人主页：实验室网：,联 系 信 息,
