目标表示与描述课件

第十章第十章 目标表示与描述目标表示与描述郭东明郭东明 主讲主讲 图像分割实现了把图像中具有不同灰度特征、不图像分割实现了把图像中具有不同灰度特征、不同组织特征和不同结构特征的区域分离开的功能。而同组织特征和不同结构特征的区域分离开的功能。而在实际中对其进一步的分析还包括：在实际中对其进一步的分析还包括：利用数字、文字、数学公式、某些符号体系等，利用数字、文字、数学公式、某些符号体系等，利用数字、文字、数学公式、某些符号体系等，利用数字、文字、数学公式、某些符号体系等，对感兴趣的目标（泛指人们感兴趣的某些区域）的几对感兴趣的目标（泛指人们感兴趣的某些区域）的几对感兴趣的目标（泛指人们感兴趣的某些区域）的几对感兴趣的目标（泛指人们感兴趣的某些区域）的几何性质进行定性或定量的表示和描述何性质进行定性或定量的表示和描述何性质进行定性或定量的表示和描述何性质进行定性或定量的表示和描述 。目标的表示和描述从两个不同的角度反映了目标目标的表示和描述从两个不同的角度反映了目标的几何性质。的几何性质。目标的表示侧重于数据结构，而目标的描述则侧目标的表示侧重于数据结构，而目标的描述则侧重于目标的区域特性和不同区域之间的联系与差别。重于目标的区域特性和不同区域之间的联系与差别。本章介绍：本章介绍：本章介绍：本章介绍：目标的边界表示、边界描述、区域表目标的边界表示、边界描述、区域表目标的边界表示、边界描述、区域表目标的边界表示、边界描述、区域表示、区域描述，以及反映边界和边界、区域和区域、示、区域描述，以及反映边界和边界、区域和区域、示、区域描述，以及反映边界和边界、区域和区域、示、区域描述，以及反映边界和边界、区域和区域、边界和区域之间关系的关系描述。边界和区域之间关系的关系描述。边界和区域之间关系的关系描述。边界和区域之间关系的关系描述。10.1 10.1 边界表示边界表示 封闭的轮廓称为目标封闭的轮廓称为目标(区域区域)的边界。的边界。所以，边界是目标区域的一部分，边界内的像素所以，边界是目标区域的一部分，边界内的像素点属于该目标区域的点。点属于该目标区域的点。10.1.1 10.1.1 链码链码 1 1 1 1、问题的提出、问题的提出、问题的提出、问题的提出 由于：由于：由于：由于：平面曲线上一点的斜率可以用曲线在该点平面曲线上一点的斜率可以用曲线在该点的切线和水平坐标轴夹角的正切来表示。的切线和水平坐标轴夹角的正切来表示。所以：所以：所以：所以：图像中的弧线上任一点的斜率也可以用该图像中的弧线上任一点的斜率也可以用该点到弧线上该点的邻点的方向来定义，也即用角度而点到弧线上该点的邻点的方向来定义，也即用角度而不是角度的正切来表示斜率的大小。不是角度的正切来表示斜率的大小。10.1.1 10.1.1 链码链码 2 2 2 2、基本思想、基本思想、基本思想、基本思想 用矩形网格采样图像，对于图像中曲线中的一段用矩形网格采样图像，对于图像中曲线中的一段直线段来说，就可以用一对数字直线段来说，就可以用一对数字描述它的两个信息描述它的两个信息描述它的两个信息描述它的两个信息：一个是一个是一个是一个是该线段在起始坐标点的斜率信息；该线段在起始坐标点的斜率信息；另一个是另一个是另一个是另一个是该线段从起始点坐标开始，并在该坐标该线段从起始点坐标开始，并在该坐标点斜率方向延续了几个坐标长度的信息。点斜率方向延续了几个坐标长度的信息。或者或者化简为用长度函数的斜率表示图像中曲线的化简为用长度函数的斜率表示图像中曲线的一段直线。这就是最初的一段直线。这就是最初的边界链编码边界链编码边界链编码边界链编码(也即也即链码链码链码链码)表示表示法。法。10.1.1 10.1.1 链码链码 （a a a a）4 4 4 4方向链码方向链码方向链码方向链码 （b b b b）8 8 8 8方向链码方向链码方向链码方向链码102321345670图10.1 4方向链码和8方向链码方向编号3 3 3 3、基本的链码表示方式、基本的链码表示方式、基本的链码表示方式、基本的链码表示方式10.1.1 10.1.1 链码链码 4 4 4 4、改进的链码表示方式、改进的链码表示方式、改进的链码表示方式、改进的链码表示方式 首先，首先，首先，首先，选择一个较大间隔的网格对边界进行重新选择一个较大间隔的网格对边界进行重新采样。采样。接着接着接着接着在目标边界轮廓上选择一个起始点；在目标边界轮廓上选择一个起始点；然后然后然后然后从该起始点开始，按照顺时针方向，沿边界顺次地为从该起始点开始，按照顺时针方向，沿边界顺次地为边界上的各坐标点找出用边界上的各坐标点找出用4 4方向链码或方向链码或8 8方向链码表示方向链码表示该线段时对应的方向编码值，并将其标注出来。该线段时对应的方向编码值，并将其标注出来。这样这样这样这样就可以用一串数字来表示图像中目标的边界了。就可以用一串数字来表示图像中目标的边界了。就可以用一串数字来表示图像中目标的边界了。就可以用一串数字来表示图像中目标的边界了。10.1.1 10.1.1 链码链码 值的注意的是：值的注意的是：值的注意的是：值的注意的是：（1 1）在这种链码表示法中，只有边界的起点需要）在这种链码表示法中，只有边界的起点需要用坐标表示，其余的点只可用线段的方向数来代表偏用坐标表示，其余的点只可用线段的方向数来代表偏移量。移量。（2 2）边界的链码值与起始点的选取有关，当起始）边界的链码值与起始点的选取有关，当起始点选取不同时，对应的链码也不同。点选取不同时，对应的链码也不同。(a)目标边界点与更大间隔网格 (b)与大网格节点对应的新边界点10.1.1 10.1.1 链码链码 5 5 5 5、改进的链码表示方式、改进的链码表示方式、改进的链码表示方式、改进的链码表示方式示例示例示例示例(c)4(c)4(c)4(c)4方向链码表示的重采样结果方向链码表示的重采样结果方向链码表示的重采样结果方向链码表示的重采样结果 (d)8(d)8(d)8(d)8方向链码表示的重采样结果方向链码表示的重采样结果方向链码表示的重采样结果方向链码表示的重采样结果起始点1起始点20033333323222111111001起始点1起始点236666553 3 222101图10.2 边界重采样及其4方向链码和8方向链码10.1.1 10.1.1 链码链码 10.1.2 10.1.2 多边形多边形 多边形是由一系列线段构成的封闭集合。多边形是由一系列线段构成的封闭集合。多边形是由一系列线段构成的封闭集合。多边形是由一系列线段构成的封闭集合。多边形表示的优点是它可以按照任意精度逼近目多边形表示的优点是它可以按照任意精度逼近目标的边界，特别当线段数等于边界的点数时，多边形标的边界，特别当线段数等于边界的点数时，多边形就可以完全准确的表达边界。就可以完全准确的表达边界。在表示边界的多边形方法中，最小周长多边在表示边界的多边形方法中，最小周长多边型、聚合技术和拆分技术是较容易实现的方法。型、聚合技术和拆分技术是较容易实现的方法。10.1.2 10.1.2 多边形多边形 1 1 1 1、最小周长多边形、最小周长多边形、最小周长多边形、最小周长多边形 最小周长多边形法用彼此相连的单元格将目标的最小周长多边形法用彼此相连的单元格将目标的边界包住，此时边界被相连的单元格组成的内外两条边界包住，此时边界被相连的单元格组成的内外两条环带所包围。环带所包围。将边界看成可收缩的橡皮筋，单元格的内边缘看将边界看成可收缩的橡皮筋，单元格的内边缘看将边界看成可收缩的橡皮筋，单元格的内边缘看将边界看成可收缩的橡皮筋，单元格的内边缘看成是不可通过的墙壁，收缩橡皮筋可得到一个具有最成是不可通过的墙壁，收缩橡皮筋可得到一个具有最成是不可通过的墙壁，收缩橡皮筋可得到一个具有最成是不可通过的墙壁，收缩橡皮筋可得到一个具有最小周长的多边形。小周长的多边形。小周长的多边形。小周长的多边形。(a)(a)目标边界和包围边界的单元格目标边界和包围边界的单元格 (b)(b)图图(a)(a)的最小周长多边形的最小周长多边形图10.3 边界的最小周长多边形10.1.2 10.1.2 多边形多边形 最小周长多边形最小周长多边形最小周长多边形最小周长多边形举例举例举例举例：10.1.2 10.1.2 多边形多边形 2 2 2 2、聚合技术、聚合技术、聚合技术、聚合技术 最小聚合技术是一种基于平均误差的方法。最小聚合技术是一种基于平均误差的方法。最小聚合技术是一种基于平均误差的方法。最小聚合技术是一种基于平均误差的方法。方法是：方法是：方法是：方法是：首先选择边界上的任意一点作为直线段首先选择边界上的任意一点作为直线段的起始端；然后顺次连接该点与其后的各点，并计算的起始端；然后顺次连接该点与其后的各点，并计算它们所构成的直线与对应边界的拟合误差，当某线段它们所构成的直线与对应边界的拟合误差，当某线段误差大于预先设定的阈值时，用该线段前的线段代替误差大于预先设定的阈值时，用该线段前的线段代替其所对应的边界，并将线段的另一端点设为起始点，其所对应的边界，并将线段的另一端点设为起始点，继续以上各步直到围绕边界一周为止，这样得到的就继续以上各步直到围绕边界一周为止，这样得到的就是与原边界满足一定拟合误差的多边形。是与原边界满足一定拟合误差的多边形。（a）目标边界目标边界目标边界目标边界（b）用聚合技术表示多边形用聚合技术表示多边形用聚合技术表示多边形用聚合技术表示多边形abmcnihgdOPefsrq10.1.2 10.1.2 多边形多边形 聚合技术聚合技术聚合技术聚合技术举例举例举例举例：（c）表示目标边界的多边形表示目标边界的多边形表示目标边界的多边形表示目标边界的多边形10.1.2 10.1.2 多边形多边形 3 3 3 3、拆分技术、拆分技术、拆分技术、拆分技术 是一种依据一定的准则通过不断拆分边界来得到是一种依据一定的准则通过不断拆分边界来得到是一种依据一定的准则通过不断拆分边界来得到是一种依据一定的准则通过不断拆分边界来得到多边形端点的方法。假设准则是：以边界点到连接边多边形端点的方法。假设准则是：以边界点到连接边多边形端点的方法。假设准则是：以边界点到连接边多边形端点的方法。假设准则是：以边界点到连接边界上最远两点的直线的最大距离不超过一定的阈值。界上最远两点的直线的最大距离不超过一定的阈值。界上最远两点的直线的最大距离不超过一定的阈值。界上最远两点的直线的最大距离不超过一定的阈值。方法是：方法是：方法是：方法是：首先选择边界上距离最远的两点作为多首先选择边界上距离最远的两点作为多边形的端点，并连接两端点得到一条直线；然后求边边形的端点，并连接两端点得到一条直线；然后求边界上的点到该直线的最大距离，当距离大于预先设定界上的点到该直线的最大距离，当距离大于预先设定的阈值时，该点即为多边形的一个顶点；接着对拆分的阈值时，该点即为多边形的一个顶点；接着对拆分后的边界线不断的重复上述的步骤，就可以确定原边后的边界线不断的重复上述的步骤，就可以确定原边界的多边形表示。界的多边形表示。图图10.5 10.5 基于拆分技术的多边形表示法基于拆分技术的多边形表示法akjibc1cedh1hgf10.1.2 10.1.2 多边形多边形 拆分技术拆分技术拆分技术拆分技术举例举例举例举例：10.1.3 10.1.3 标记标记 标记是一种利用一维函数表示二维边界的表示方标记是一种利用一维函数表示二维边界的表示方标记是一种利用一维函数表示二维边界的表示方标记是一种利用一维函数表示二维边界的表示方法，它的目的是简化复杂的二维表示。法，它的目的是简化复杂的二维表示。法，它的目的是简化复杂的二维表示。法，它的目的是简化复杂的二维表示。一维函数的生成方法较多，下面给出的较为简单一维函数的生成方法较多，下面给出的较为简单的方法是：的方法是：把质心到边界的距离作为角度的一维函数把质心到边界的距离作为角度的一维函数把质心到边界的距离作为角度的一维函数把质心到边界的距