特色分割算法ppt课件

1、章毓晋清华大学电子工程系 100084 北京图象工程第2页第5讲第第5 5章章 特征分割算法特征分割算法 5.1 SUSAN检测算子5.2 自动轮廓模型5.3 特征的取阈值技术5.4 分水岭分割算法第3页第5讲5.1 SUSAN边缘检测边缘检测原理原理USAN: Univalue Segment Assimilating Nucleus核同值区：相对于模板的核，模板中核同值区：相对于模板的核，模板中有一定有一定的区域与它有一样的灰度的区域与它有一样的灰度第4页第5讲5.1.1 USAN原理USAN的面积携带了关于图象中核象素处结构的主要信息 当核象素处在图象中的灰度一致区域，USAN的面积会到

2、达最大。该面积当核处在直边缘处约为最大值的一半，而当核处在角点处那么为最大值的1/4运用USAN面积作为特征起到了加强边缘和角点的效果 第5页第5讲5.1.2 SUSAN边缘检测SUSAN：最小Smallest 核同值区检测模板：37个象素, 半径为3.4象素 t270-27cTyxfyxfTyxfyxfyxyxC),(),(0),(),(1),;,(000000如果如果第6页第5讲5.1.2 SUSAN边缘检测 检测对模板中的每个象素进展得到输出的游程和running total边缘呼应几何阈值G = 3Smax/4，其中Smax是S所能取的最大值 ),(),(0000),;,(),(yxN

3、yxyxyxCyxS否则如果0),(),(),(000000GyxSyxSGyxR第7页第5讲5.1.2 SUSAN边缘检测 边缘方向确实定边缘方向确实定根据非零强度的象素确定边缘的方向根据非零强度的象素确定边缘的方向点点A和和B都是规范的边缘点，各落在边都是规范的边缘点，各落在边缘的一边缘的一边从从USAN重心到模板核的矢量与边缘重心到模板核的矢量与边缘部分方向垂直部分方向垂直 Section of imagePosition of edgeABCABC第8页第5讲5.1.2 SUSAN边缘检测 边缘方向确实定边缘方向确实定根据非零强度的象素确定边缘的方向根据非零强度的象素确定边缘的方向点点

4、C落在两个边缘的中间落在两个边缘的中间USAN是沿边缘方向的细条，找最长是沿边缘方向的细条，找最长的对称轴的对称轴 Section of imagePosition of edgeABCABC第9页第5讲5.1.2 SUSAN边缘检测特点特点有噪声时的性能较好有噪声时的性能较好 不需求计算微分不需求计算微分对面积计算中的各个值求和积分对面积计算中的各个值求和积分非线性呼应特点非线性呼应特点易自动化实现易自动化实现控制参数的选择简单控制参数的选择简单 参数的恣意性较小参数的恣意性较小 第10页第5讲5.2 自动轮廓模型自动轮廓模型给定对图象中目的轮廓的一个近似初始轮廓，自动轮廓模型可用来检测准确

5、的轮廓 自动轮廓模型逐渐改动封锁曲线的外形以逼近图象中目的的轮廓。在这个过程中，目的轮廓的各部分常用线，边缘等表示。自动轮廓模型也称Snakes，由于在对目的轮廓的逼近过程中，封锁曲线像蛇爬行一样不断改动外形。第11页第5讲5.2.1 自动轮廓 自动轮廓是图象上一组排序的点的集合处在轮廓上的点可经过解一个最小能量问题来迭代地逼近目的的边境Eint(vi)是依赖于轮廓外形的能量函数Eext(vi)是依赖于图象性质的能量函数 , , 1 ), ,( , ,1LiyxvvvViiiL)()()(extintiiiivvvEEE第12页第5讲5.2.2 设计能量函数 1内部能量内部能量推进自动轮廓外形

6、的改动推进自动轮廓外形的改动并坚持轮廓上点间的间隔并坚持轮廓上点间的间隔(1)延续能量延续能量迫使不封锁的曲线变成直线而封锁的迫使不封锁的曲线变成直线而封锁的曲线变成圆环曲线变成圆环 (2)膨胀力膨胀力 强迫轮廓在没有外来影响的情况下扩强迫轮廓在没有外来影响的情况下扩展或收缩展或收缩 )()()(balconintiiivbEvcEvE第13页第5讲5.2.2 设计能量函数 2外部能量外部能量将变形模板向感兴趣的特征吸引将变形模板向感兴趣的特征吸引 构建能量函数：如目的的尺寸和外形构建能量函数：如目的的尺寸和外形 (1)图象灰度能量图象灰度能量将轮廓吸向高或低的灰度区域将轮廓吸向高或低的灰度区

7、域 (2)图象梯度能量图象梯度能量 将轮廓推向特征边缘将轮廓推向特征边缘 )()()(gradmagextiiivgEvmEvE第14页第5讲5.3 特征的取阈值技术特征的取阈值技术 5.3.1多分辨率阈值选取 5.3.2类间最大交叉熵阈值 5.3.3类内最小模糊散度阈值 5.3.4借助过渡区选择阈值 第15页第5讲5.3.1 多分辨率阈值选取 1.确定分割区域的类数确定分割区域的类数利用在粗分辨率下的直方图细节信息利用在粗分辨率下的直方图细节信息 尺度函数尺度函数 f (x)：低通滤波器：低通滤波器 图象直方图图象直方图H(x)的低通分量为的低通分量为直方图的多分辨率小波分解表示直方图的多分

8、辨率小波分解表示S2iH(x), W2iH(x), 1 i I )()()(22xxHxHSii第16页第5讲5.3.1 多分辨率阈值选取 1.确定分割区域的类数确定分割区域的类数在分辨率为在分辨率为21时确定初始的区域分割时确定初始的区域分割类数类数 判别直方图中独立峰的个数判别直方图中独立峰的个数独立峰应满足三个条件独立峰应满足三个条件 ？(1)具有一定的灰度范围具有一定的灰度范围(2)具有一定的峰下面积具有一定的峰下面积(3)具有一定的峰谷差具有一定的峰谷差 第17页第5讲5.3.1 多分辨率阈值选取 2.确定最优阈值确定最优阈值(1)用从负值变化到正值的零交叉点确定用从负值变化到正值的

9、零交叉点确定峰的起点峰的起点(2)用从正值变化到负值的零交叉点确定用从正值变化到负值的零交叉点确定峰的终点峰的终点(3)用起点和终点间的最大值点确定峰的用起点和终点间的最大值点确定峰的位置位置(4)用前一个峰用前一个峰的终点和后一个峰的终点和后一个峰的起点间的最小值的起点间的最小值点确定这两个峰之点确定这两个峰之间谷点的位置间谷点的位置 0H x ( )H x ( )S2iTBseeseBTH x ( )W2i第18页第5讲5.3.1 多分辨率阈值选取 2.确定最优阈值确定最优阈值分辨率添加分辨率添加 阈值数目也添加阈值数目也添加 设在两相邻尺度设在两相邻尺度 2i+1 和和 2i 所对应的阈

10、所对应的阈值分别为值分别为 和和 在尺度在尺度2i+1的阈值的阈值 对应在尺度对应在尺度2i的的阈值阈值跟踪在最低分辨率一层选取的一切阈跟踪在最低分辨率一层选取的一切阈值值选取相应的最高分辨率一层的对应阈选取相应的最高分辨率一层的对应阈值值 1ijTikT1ijTikTiilijikijNlTTTT , , 1 , 0 ),(dis min),(dis11第19页第5讲1.交叉熵交叉熵交叉熵是一种用来度量两个概率分布交叉熵是一种用来度量两个概率分布P = p1, p2, , pN，Q = q1, q2, , qN之间信息量差别的量之间信息量差别的量 对称交叉熵是交叉熵的对称方式对称交叉熵是交叉

11、熵的对称方式5.3.2 类间最大交叉熵阈值第20页第5讲2.类间最大交叉熵类间最大交叉熵目的与背景应有尽能够大的差别目的与背景应有尽能够大的差别整幅图象的类间差别性整幅图象的类间差别性搜索获得基于类间最大交叉熵的最优搜索获得基于类间最大交叉熵的最优阈值阈值 5.3.2 类间最大交叉熵阈值第21页第5讲1.过渡区和有效平均梯度过渡区和有效平均梯度5.3.4 借助过渡区选择阈值第22页第5讲2.有效平均梯度的极值点和过渡区边境有效平均梯度的极值点和过渡区边境 5.3.4 借助过渡区选择阈值第23页第5讲5.4 分水岭分割算法分水岭分割算法 分水岭watershed，也称分水线/水线把图象看成3-D

12、地形的表示，即2-D的地基对应图象空间加上第3维的高度对应图象灰度计算过程是串行的，得到的是目的的边境5.4.1根本原理和步骤5.4.2算法改良和扩展第24页第5讲5.4.1 根本原理和步骤 1.分水岭分水岭建立不同目的间的分水岭建立不同目的间的分水岭谷底孔分水岭第25页第5讲5.4.1 根本原理和步骤 2.分水岭计算步骤分水岭计算步骤待分割图象待分割图象 f (x, y)，其梯度图象为，其梯度图象为g(x, y)用用M1, M2, , MR表示表示g(x, y)中各部中各部分极小值的象素位置，分极小值的象素位置，C(Mi)为与为与Mi对应对应的区域中的象素坐标集合。的区域中的象素坐标集合。用

13、用n表示当前灰度阈值，表示当前灰度阈值，Tn代表记代表记为为(u, v)的象素集合，的象素集合，g(u, v) n，对对Mi所在的区域，其中满足条件的坐所在的区域，其中满足条件的坐标集合标集合Cn(Mi)可看作一幅二值图象可看作一幅二值图象 ),(| ),(nvugvunT)()(nTMCMCiin第26页第5讲5.4.1 根本原理和步骤 2.分水岭计算步骤分水岭计算步骤)()(nTMCMCiin第27页第5讲5.4.1 根本原理和步骤 2.分水岭计算步骤分水岭计算步骤用用Cn代表在灰度阈值为代表在灰度阈值为n时图象中时图象中一切满足条件的象素一切满足条件的象素 Cmax + 1将是一切区域的

14、并集将是一切区域的并集Cn 1是是Cn的子集，的子集，Cn是是Tn的的子集，所以子集，所以Cn 1又是又是Tn的子集的子集 RiinMCnC1)(RiiMCC11max)( 1max第28页第5讲5.4.1 根本原理和步骤 2.分水岭计算步骤分水岭计算步骤令令 S 代表代表Tn中的连通组元集合，对中的连通组元集合，对每个连通组元每个连通组元s Sn，有，有3种能够性：种能够性： (1) s Cn 1是是1个空集个空集 (2) s Cn 1里包含里包含Cn 1中的一个中的一个连通组元连通组元 (3) s Cn 1里包含里包含Cn 1中一个以中一个以上的连通组元上的连通组元分别处置：分别处置： (

15、1) Cn可由把连通组元可由把连通组元 s 加到加到Cn 1中中得到得到 (2) Cn可由把连通组元可由把连通组元 s 加到加到Cn 1中中得到得到 (3) 需求在需求在 s 中建分水岭中建分水岭 第29页第5讲5.4.1 根本原理和步骤 2.分水岭计算步骤分水岭计算步骤 原始图原始图 阈值分割阈值分割 分水岭分水岭 叠加轮廓叠加轮廓第30页第5讲5.4.2 算法改良和扩展 1.利用标志控制分割利用标志控制分割过分割过分割over-segmentation受图象中噪声和其它不规那么构造影受图象中噪声和其它不规那么构造影响响利用标志利用标志marker 图象中的一个连通组元图象中的一个连通组元内

16、部标志：对应目的内部标志：对应目的外部标志：对应背景分水岭外部标志：对应背景分水岭 第31页第5讲5.4.2 算法改良和扩展 1.利用标志控制分割利用标志控制分割流程框图流程框图第32页第5讲5.4.2 算法改良和扩展 1.利用标志控制分割利用标志控制分割例如例如(a) 表示部分覆盖的两个区域表示部分覆盖的两个区域(b) 表示经过间隔变换的结果两个表示经过间隔变换的结果两个部分极小值部分极小值(c) 检测出的分水线检测出的分水线 (a)(b)(c)第33页第5讲5.4.2 算法改良和扩展 2.分水岭算法的扩展分水岭算法的扩展特征域算法例如特征域算法例如(1)选择适宜的颜色空间，做出选择适宜的颜色空间，做出3-D颜色颜色直方图直方图 (2)将将3-D颜色直方图进展反转变换颜色直方图进展反转变换 (3)在不同的颜色聚类之间建立分水岭在不同的颜色聚类之间