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1、章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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
2、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,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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
3、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,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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
4、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,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),11.2.2 基
5、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11.2.4，表11.2.1，14个纹理描述符,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),11.2.3 基于能量的纹理描述符,1-D模板：
6、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,章毓晋 (TH-EE-IE),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)：,章毓晋 (TH-EE-IE),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
7、） (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）,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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
8、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,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (
9、TH-EE-IE),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( ),章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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
10、理将在大半径时有较大的R(r1, r2)值,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),11.5 一种纹理分类合成方法,1三
11、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,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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
12、朝向角的平均值 计算局部朝向的相近程度,章毓晋 (TH-EE-IE),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),章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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,章毓晋 (TH-EE-IE),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：(010)62781430 传真号码：(010)62770317 电子邮件： 个人主页： 实验室网：,联 系 信 息,
