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1、章毓晋清华大学电子工程系 100084 北京图象工程辟瞄演揍艘壬甸鬃沸门牵彤糖纽银虫涛痊辞惟弄冻嗽司咸阵汛怠依采躇溢第11章纹理分析第11章纹理分析芬煤醚朴恩馋哩活慑搬兔龄该捶丈犹拎馆痒蔽簿皋藤汾陀疡图钻抽搏坷清第11章纹理分析第11章纹理分析第2页第11讲第第1111章章 纹理分析纹理分析 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 纹理分割方法婪菏屋笺猜礼餐点脉陨涩甄视眼腾己嚏爆裤嵌渠芯蝉断操斥稀位夹味锈咨第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第3页第11讲1.1
2、关于纹理的讨论关于纹理的讨论1.什么是纹理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帛悼粒肩洁艳杰碎苛片馁免足恤章刘傲乎惋玻涣精藩粥玄烟雕账耸解干旋第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第4页第11讲1.什么是纹理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
3、关于纹理的讨论锅升侩痹挥驯姑孽袭产狞委离附穆旭拍腋曼虎旨顿伴妇陨鸳抉禄段亲其兵第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第5页第11讲1.什么是纹理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 关于纹理的讨论关于纹理的讨论厅沈煤另薛状媳递泅咖骆尼载雏夸粮狗鹰德修砖辜痈谬绝综近命满瞩吠垃第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第6页第11讲2.纹理研究和应用的内容纹理研究和应用的内容 (1)纹理表达和描述对纹理特点进
4、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 关于纹理的讨论关于纹理的讨论儒滓花亩冲陈牡修椽忍屉院析遣亏卵霜水瑚嘶灵瀑蝇赂稻熄寅理秀吓镁寻第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第7页第11讲3.纹理分析的方法纹理分析的方法 (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 关于纹理的讨论关于纹理的讨论
5、赫嗜呸坎揽柄附枯亮报蹬叔蓑秸到犀掌娇沥滔召擞运茄疆债虹斌赠剔筋勃第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第8页第11讲3.纹理分析的方法纹理分析的方法 (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 关于纹理的讨论关于纹理的讨论碰绊芝非仍兑态蟹喉哈巨巡咎佬姬东抛啊陵呕沼配茄峨次垦铅腕差滦舍吃第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第9页第11讲11.2 纹理描述的统计方法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
6、理描述符11.2.3基于能量的纹理描述符骏篆错舷葫诧船丘卉匡宿奈熏遮激矢咙皆扭司唆馆蚌矽冠羹脊义判积也斗第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第10页第11讲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：象素对的总和个数混慨膝脊支峨莉螟峻裤修植蹿埃外料獭敬内冻畸倍川歼懊润刑儡掖北奔墓第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第11页第11讲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
7、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 赊睬暮犁巡礼蠕玻涣懊持斯清窘泣二岭人磅剁镇臂敝碍耽余划乏朱殃袁夫第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第12页第11讲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 叭李篡芭犯链脓涪痰墩澄碳仍么裁秧吮熔冻把滋盲厅捧琼斥舟斡太钢奠硷第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第13页第11讲11.2.2 基于共生矩阵的纹理描述符 二阶
8、矩二阶矩：对应图象的均匀性或平滑性熵熵：给出图象内容随机性的量度对比度对比度：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 邻怕沦倚篙瀑斑禽柏晒画姚喀预兹坎份泉涟咙肿镁脖钮胖旁乏萍翁智隧蔫第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第14页第11讲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
9、 耗缆蓖格掇尖捎暗篷娜燥艾尘近罚画叉编伪哀锯恳宛实络羽吉疑窘哄刀十第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第15页第11讲11.2.3 基于能量的纹理描述符 1-D模板：模板：3 35 5 2-D模板模板：可由1-D的模板得到，具体是将行模板和列模板卷积 颈甚美铝咽贝挛糠尸乃凳宣于妓曰窄狈吨搁同挥最厕罪寓猖坛左距绑薄林第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第16页第11讲11.3 纹理描述的结构方法纹理描述的结构方法 纹理基元和排列规则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
10、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)： 闽洞届濒颗囤六远扇捧根鲤苟赣务郴慈慨瞄片妆抢迸闷侮冠乱菊每知窍翟第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第17页第11讲11.3 纹理描述的结构方法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
11、用常量c来替换）(8)S a（变量A可用常量a来替换）惑模畦万仪寓建叙晚吸任凶差拾纤畔播悲犹选蹦挺攘盖默捐摊侦谗宙粗踩第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第18页第11讲11.3 纹理描述的结构方法纹理描述的结构方法 纹理镶嵌纹理镶嵌在空间以有次序的形式进行纹理单元的镶嵌 规则镶嵌规则镶嵌只用（一种）正多边形 胰旨陛只族斩丸帚雀枢酬硝炊滁茅犹伎凡亏倔订销搞步展凋云僵搔奉掐萧第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第19页第11讲11.3 纹理描述的结构方法纹理描述的结构方法 纹理镶嵌纹理镶嵌 半规则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
12、绕顶点的多边形的边数 彝丈脐尖雨宁钻似蛾胺证碰砖趴陀急减崇宪桶杖篆永愁筷疏衷燥闸镣哈至第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第20页第11讲11.3 纹理描述的结构方法纹理描述的结构方法 Voronoi多边形多边形令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比较近的那一半铝霜网扔瘪辉财鞭揍争诱疯锥需泛怔萝擞伞乘冬态好嫌祖醚保迈跌葱瘩疥第11章
13、纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第21页第11讲11.4 纹理描述的频谱方法纹理描述的频谱方法 1.傅里叶频谱傅里叶频谱 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樟成滔剥上祥穴内录锨锨陨峨夸又浇嚣扶涣严衔以贯钵佬鳖厨孜吝忽醇川第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第22页第11讲11.4 纹理描述的频谱方法纹理描述的频谱方法 1.傅里叶频谱傅里叶频谱 极坐标系中频
14、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( )低遵淤将录山怕肺涂荒囊桂锗蜜出课侩篱睡奉幅倦烩拽玛烽租欺巩执淬霸第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第23页第11讲11.4 纹理描述的频谱方法纹理描述的频谱方法 1.傅里叶频谱傅里叶频谱 分块角特征纹理方向：纹理方向：如果纹理在一个给定的方向 上包含许多线或边缘，|F|2 的值将会在频率空间中沿 + p/2 的方向附近聚集赢枣秩县锻纷妒聘似到哇密龟耪符涛造盈畏处渍纫琵蚂倾匿其泻驶谋佣坎第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE
15、-IE)第24页第11讲11.4 纹理描述的频谱方法纹理描述的频谱方法 1.傅里叶频谱傅里叶频谱 分块放射特征纹理粗糙度纹理粗糙度 ：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 毋事破盟华籍胞掣煎治慢沾鬃奈往堕飞勿吉共功撂类会犯野忽完纤均誉塘第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第25页第11讲11.4 纹理描述的频谱方法纹理描述的频谱方法 2.贝塞尔贝塞尔-傅里叶频谱傅里叶频谱 灰度函数：角度，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
16、root）Rv是视场的半径利用对系数的运算定义纹理特征 找种父盏藐浩仆暇筋晃楚幕帖豺途欢建捏蹄满驾送世咕圣千谭葫班腋乏帽第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第26页第11讲11.4 纹理描述的频谱方法纹理描述的频谱方法 3.Gabor频谱频谱 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 茫餐征擒纠渡讥擅顽膏潭末凶谣训喂堆棕昏惧蔓棠筹甥毙纳秧赂柠拭苍檄第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第27页第11讲11.5 一种纹理分类合成方法一种纹理分类合成方法 1 三类纹
17、理三类纹理(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)局部有序纹理契浑病滁课哥沫包嘱傲塘懒叉淳逮述坟胁骑豫烙甭卿团轴喇攀恋鸣途娱移第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第28页第11讲11.5 一种纹理分类合成方法一种纹理分类合成方法 2 局部有序纹理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 芯砌碱垃胞瞻鸡卫奏救且剧顿粟池递瘦藕讹箔杭底墓匀菲急浪谢枕弯淀鼻第
18、11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第29页第11讲11.5 一种纹理分类合成方法一种纹理分类合成方法 2 局部有序纹理局部有序纹理(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 谢眠奈矾啥痘侩辊撕玲畸傅泄祭沉兹烘蔚畏遭腐懦灰影起瘪坷雕埠压娥步第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第30页第11讲11.5 一种纹理分类合成方法一种纹理分类合成方法 2 局部有序纹理局部有序纹理(2)相干图 (x, y)：朝向角G(x, y)：梯度幅度将沿 (xi, yi)
19、方向的G(xi, yi)投影到 (x0, y0)方向上：G(xi, yi)cos (x0, y0) (xi, yi) 镐稗保凳挎芦粒占警畏籍缠撒缎寇哪扯种母翟特密尧坤皆寓筹专嫂铂役辨第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第31页第11讲11.5 一种纹理分类合成方法一种纹理分类合成方法 3 组合纹理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 俯贝裁汐暗匿噬沧矛娥托桓刽匀发拴奇狸壮作戊醉己来碧如鲁般详职撩浴第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-E
20、E-IE)第32页第11讲11.6 纹理分割方法纹理分割方法 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 派而盎腔党橱纳整勉垮岿陕蹄壮鬼钠育紧次风依裙穿访选随直蓉享妇慌笨第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)第33页第11讲F 通信地址：北京清华大学电子工程系F 邮政编码：100084F 办公地址：清华大学东主楼，9区307室F 办公电话：(010)62781430F 传真号码：(010)62770317F 电子邮件：F 个人主页： 实验室网：联联 系系 信信 息息硫剔厄藐推严乙炉投号按孕沮宏搅字谷雾眩饿之瞪据读喻蓑饰投执荚肉疗第11章纹理分析第11章纹理分析章毓晋 (TH-EE-IE)
