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1、特征提取是计算机视觉和图像处理中的一个概念。它指的是使用计算机提取图像信息，打算每个图像的点是否属于一个图像特征。特征提取的结果是把图像上的点分为不同的子集，这些子集往往属于孤立的点、连续的曲线或者连续的区域。特征的定义至今为止特征没有万能和准确的定义。特征的准确定义往往由问题或者应用类型打算。特征是一个数字图像中“好玩”的局部，它是很多计算机图像分析算法的起点。因此一个算法是否成功往往由它使用和定义的特征打算。因此特征提取最重要的一个特性是“可重复性”：同一场景的不同图像所提取的特征应当是一样的。特征提取是图象处理中的一个初级运算，也就是说它是对一个图像进展的第一个运算处理。它检查每个像素来
2、确定该像素是否代表一个特征。假设它是一个更大的算法的一局部，那么这个算法一般只检查图像的特征区域。作为特征提取的一个前提运算，输入图像一般通过高斯模糊核在尺度空间中被平滑。此后通过局部导数运算来计算图像的一个或多个特征。有时，假设特征提取需要很多的计算时间，而可以使用的时间有限制，一个高层次算法可以用来把握特征提取阶层，这样仅图像的局部被用来查找特征。由于很多计算机图像算法使用特征提取作为其初级计算步骤，因此有大量特征提取算法被进展，其提取的特征各种各样，它们的计算简单性和可重复性也格外不同。边缘边缘是组成两个图像区域之间边界或边缘的像素。一般一个边缘的外形可以是任意的，还可能包括穿插点。在实
3、践中边缘一般被定义为图像中拥有大的梯度的点组成的子集。一些常用的算法还会把梯度高的点联系起来来构成一个更完善的边缘的描写。这些算法也可能对边缘提出一些限制。局部地看边缘是一维构造。角角是图像中点似的特征，在局部它有两维构造。早期的算法首先进展边缘检测，然后分析边缘的走始终查找边缘突然转向角。后来进展的算法不再需要边缘检测这个步骤，而是可以直接在图像梯度中查找高度曲率。后来觉察这样有时可以在图像中原来没有角的地方觉察具有同角一样的特征的区域。区域与角不同的是区域描写一个图像中的一个区域性的构造，但是区域也可能仅由一个像素组成，因此很多区域检测也可以用来监测角。一个区域监测器检测图像中一个对于角监
4、测器来说太平滑的区域。区域检测可以被想象为把一张图像缩小，然后在缩小的图像上进展角检测。脊长条形的物体被称为脊。在实践中脊可以被看作是代表对称轴的一维曲线， 此外局部针对于每个脊像素有一个脊宽度。从灰梯度图像中提取脊要比提取边 缘、角和区域困难。在空中摄影中往往使用脊检测来区分道路，在医学图像中它被用来区分血管。特征抽取特征被检测后它可以从图像中被抽取出来。这个过程可能需要很多图像处理的计算机。其结果被称为特征描述或者特征向量。常用的图像特征有颜色特征、纹理特征、外形特征、空间关系特征。一、颜色特征一特点：颜色特征是一种全局特征,描述了图像或图像区域所对应的景物的外表性质。一般颜色特征是基于像
5、素点的特征，此时全部属于图像或图像区域的像素都有各自的奉献。由于颜色对图像或图像区域的方向、大小等变化不敏感，所以颜色特征不能很好地捕获图像中对象的局部特征。另外，仅使用颜色特征查询时，假设数据库很大，常会将很多不需要的图像也检索出来。颜色直方图是最常用的表达颜色特征的方法，其优点是不受图像旋转和平移变化的影响，进一步借助归一化还可不受图像尺度变化的影响，基缺点是没有表达出颜色空间分布的信息。二常用的特征提取与匹配方法（1） 颜色直方图其优点在于：它能简洁描述一幅图像中颜色的全局分布，即不同颜色在整幅图像中所占的比例，特别适用于描述那些难以自动分割的图像和不需要考虑物体空间位置的图像。其缺点在
6、于：它无法描述图像中颜色的局局部布及每种颜色所处的空间位置，即无法描述图像中的某一具体的对象或物体。最常用的颜色空间：RGB 颜色空间、HSV 颜色空间。颜色直方图特征匹配方法：直方图相交法、距离法、中心距法、参考颜色表法、累加颜色直方图法。（2） 颜色集颜色直方图法是一种全局颜色特征提取与匹配方法，无法区分局部颜色信息。颜色集是对颜色直方图的一种近似首先将图像从 RGB 颜色空间转化成视觉均衡的颜色空间如 HSV 空间，并将颜色空间量化成假设干个柄。然后，用颜色自动分割技术将图像分为假设干区域，每个区域用量化颜色空间的某个颜色重量来索引，从而将图像表达为一个二进制的颜色索引集。在图像匹配中，
7、比较不同图像颜色集之间的距离和颜色区域的空间关系（3） 颜色矩这种方法的数学根底在于：图像中任何的颜色分布均可以用它的矩来表示。此外，由于颜色分布信息主要集中在低阶矩中，因此，仅承受颜色的一阶矩mean、二阶矩variance和三阶矩skewness就足以表达图像的颜色分布。（4） 颜色聚合向量其核心思想是：将属于直方图每一个柄的像素分成两局部，假设该柄内的某些像素所占据的连续区域的面积大于给定的阈值，那么该区域内的像素作为聚合像素，否那么作为非聚合像素。（5） 颜色相关图二、纹理特征一特点：纹理特征也是一种全局特征，它也描述了图像或图像区域所对应景物的外表性质。但由于纹理只是一种物体外表的特
8、性，并不能完全反映出物体的本质属性，所以仅仅利用纹理特征是无法获得高层次图像内容的。与颜色特征不同，纹理特征不是基于像素点的特征，它需要在包含多个像素点的区域中进展统计计算。在模式匹配中，这种区域性的特征具有较大的优越性，不会由于局部的偏差而无法匹配成功。作为一种统计特征，纹理特征常具有旋转不变性，并且对于噪声有较强的抵抗力量。但是，纹理特征也有其缺点，一个很明显的缺点是当图像的区分率变化的时候，所计算出来的纹理可能会有较大偏差。另外，由于有可能受到光照、反射状况的影响，从 2-D 图像中反映出来的纹理不肯定是3-D 物体外表真实的纹理。例如，水中的倒影，光滑的金属面相互反射造成的影响等都会导
9、致纹理的变化。由于这些不是物体本身的特性，因而将纹理信息应用于检索时，有时这些虚假的纹理睬对检索造成“误导”。在检索具有粗细、疏密等方面较大差异的纹理图像时，利用纹理特征是一种有效的方法。但当纹理之间的粗细、疏密等易于区分的信息之间相差不大的时候， 通常的纹理特征很难准确地反映出人的视觉感觉不同的纹理之间的差异。二常用的特征提取与匹配方法纹理特征描述方法分类（1） 统计方法统计方法的典型代表是一种称为灰度共生矩阵的纹理特征分析方法 Gotlieb 和 Kreyszig 等人在争辩共生矩阵中各种统计特征根底上，通过试验，得出灰度共生矩阵的四个关键特征：能量、惯量、熵和相关性。统计方法中另一种典型
10、方法，那么是从图像的自相关函数即图像的能量谱函数提取纹理特征，即通过对图像的能量谱函数的计算，提取纹理的粗细度及方向性等特征参数（2） 几何法所谓几何法，是建立在纹理基元根本的纹理元素理论根底上的一种纹理特征分析方法。纹理基元理论认为，简单的纹理可以由假设干简洁的纹理基元以肯定的有规律的形式重复排列构成。在几何法中，比较有影响的算法有两种： Voronio 棋盘格特征法和构造法。（3） 模型法模型法以图像的构造模型为根底，承受模型的参数作为纹理特征。典型的方法是随机场模型法，如马尔可夫Markov随机场MRF模型法和 Gibbs 随机场模型法（4） 信号处理法纹理特征的提取与匹配主要有：灰度共
11、生矩阵、Tamura 纹理特征、自回归纹理模型、小波变换等。灰度共生矩阵特征提取与匹配主要依靠于能量、惯量、熵和相关性四个参数。Tamura 纹理特征基于人类对纹理的视觉感知心理学争辩，提出 6 种属性，即： 粗糙度、比照度、方向度、线像度、规整度和粗略度。自回归纹理模型simultaneous auto-regressive, SAR是马尔可夫随机场MRF模型的一种应用实例。三、外形特征一特点：各种基于外形特征的检索方法都可以比较有效地利用图像中感爱好的目标来进展检索，但它们也有一些共同的问题，包括：目前基于外形的检索方法还缺乏比较完善的数学模型；假设目标有变形时检索结果往往不太牢靠；很多外
12、形特征仅描述了目标局部的性质，要全面描述目标常对计算时间和存储量有较高的要求；很多外形特征所反映的目标外形信息与人的直观感觉不完全全都，或者说，特征空间的相像性与人视觉系统感受到的相像性有差异。另外，从 2-D 图像中表现的 3-D 物体实际上只是物体在空间某一平面的投影，从2-D 图像中反映出来的外形常不是 3-D 物体真实的外形，由于视点的变化，可能会产生各种失真。二常用的特征提取与匹配方法几种典型的外形特征描述方法通常状况下，外形特征有两类表示方法，一类是轮廓特征，另一类是区域特征。图像的轮廓特征主要针对物体的外边界，而图像的区域特征那么关系到整个外形区域。几种典型的外形特征描述方法：（
13、1） 边界特征法该方法通过对边界特征的描述来猎取图像的外形参数。其中 Hough 变换检测平行直线方法和边界方向直方图方法是经典方法。Hough 变换是利用图像全局特性而将边缘像素连接起来组成区域封闭边界的一种方法，其根本思想是点线的对偶性；边界方向直方图法首先微分图像求得图像边缘，然后，做出关于边缘大小和方向的直方图，通常的方法是构造图像灰度梯度方向矩阵。（2） 傅里叶外形描述符法傅里叶外形描述符(Fourier shape deors)根本思想是用物体边界的傅里叶变换作为外形描述，利用区域边界的封闭性和周期性，将二维问题转化为一维问题。由边界点导出三种外形表达，分别是曲率函数、质心距离、复
14、坐标函数。（3） 几何参数法外形的表达和匹配承受更为简洁的区域特征描述方法，例如承受有关外形定量测度如矩、面积、周长等的外形参数法shape factor。在 QBIC 系统中，便是利用圆度、偏心率、主轴方向和代数不变矩等几何参数，进展基于外形特征的图像检索。需要说明的是，外形参数的提取，必需以图像处理及图像分割为前提，参数的准确性必定受到分割效果的影响，对分割效果很差的图像，外形参数甚至无法提取。（4） 外形不变矩法利用目标所占区域的矩作为外形描述参数。（5） 其它方法近年来，在外形的表示和匹配方面的工作还包括有限元法Finite Element Method 或 FEM、旋转函数Turni
15、ng 和小波描述符Wavelet Deor等方法。 基于小波和相对矩的外形特征提取与匹配该方法先用小波变换模极大值得到多尺度边缘图像，然后计算每一尺度的 7个不变矩，再转化为 10 个相对矩，将全部尺度上的相对矩作为图像特征向量， 从而统一了区域和封闭、不封闭构造。四、空间关系特征一特点：所谓空间关系，是指图像中分割出来的多个目标之间的相互的空间位置或相对方向关系，这些关系也可分为连接/邻接关系、交叠/重叠关系和包含/包涵关系等。通常空间位置信息可以分为两类：相对空间位置信息和确定空间位置信息。前一种关系强调的是目标之间的相对状况，如上下左右关系等， 后一种关系强调的是目标之间的距离大小以及方位。显而易见，由确定空间位置可推出相对空间位置，但表达相对空间位置信息常比较简洁。空间关系特征的使用可加强对图像内容的描述区分力量，但空间关系特征常对图像或目标的旋转、反转、尺度变化等比较敏感。另外，实际应用中，仅仅利用空间信息往往是不够的，不能有效准确地表达场景信息。为了检索，除使用空间关系特征外，还需要其它特征来协作。二常用的特征提取与匹配方法提取图像空间关系
