第8章 目标表达和描述技术

问题的提出•例子：医学图象的理解2.652.530.363.22.33.3恶性星形细胞瘤第8章目标表达和描述技术••内部:灰度、颜色、纹理等•图象区域表达•外部:形状•（侧重于数据结构）•区域•目标描述边界•（描述符）•关系•（侧重于区域特性及其联系）•目标描述的关键：选用什么特征•如何精确测量•常用的目标特征：•灰度、纹理（从原始图）•几何形状（从分割图）•区域的描述子满足：•1）用较少比特精确描述其特征；•2）对大小变化不敏感•3）对描述的起点不敏感•4）对平移、旋转等不敏感8.1边界的链码表达•对象：边界点•特点：是利用一系列具有特定长度和方向的相连的直线段来表示目标的边界。只有边界的起点需用（绝对）坐标表示，其余点都可只用接续方向来代表偏移量。常用的有4-方向和8-方向链码•共同特点：直线段的长度固定，方向数有限。•链码对同一个边界，如用不同的边界点作为链码起点，得到的链码是不同的。•链码归一化：给定1个从任意点开始而产生的链码，我们可把它看作1个由各方向数构成的自然数。将这些方向数依1个方向循环以使它们所构成的自然数的值最小，可将这样对应的链码起点作为这个边界的归一化链码的起点•链码旋转归一化：用链码表示给定目标的边界时，如果目标旋转链码会发生变化。为解决这个问题我们可利用链码的一阶差分（后-前）来重新构造1个序列（1个表示原链码各段之间方向变化的新序列）。这个差分可用相邻2个方向数（按反方向）相减得到•形状数：是基于链码的1种边界形状描述符。根据链码的起点位置不同，1个用链码表达的边界可以有多个一阶差分。1个边界的形状数是这些差分中其值最小的1个序列。8.2边界线段的近似表达•用多边形去近似逼近边界：抗干扰性能好，且节省表达所需数据量。•常用的多边形表达方法有以下3种：•(1)基于收缩的最小周长多边形法；•(2)基于聚合（merge）的最小均方误差线段逼近法；•(3)基于分裂（split）的最小均方误差线段逼近法。•基于收缩的最小周长多边形法•将原边界看成是有弹性的线，将组成边界的象素序列的内外边各看成一堵墙，如果将线拉紧则可得到如下右图所示的最小周长多边形。基于聚合（merge）的最小均方误差线段逼近法•先选1个边界点为起点，用直线依次连接该点与相邻的边界点。分别计算各直线与边界的（逼近）拟合误差，把误差超过某个限度前的线段确定为多边形的1条边并将误差置零。然后以线段另1端点为起点继续连接边界点，直至绕边界1周，基于分裂（split）的最小均方误差线段逼近法•先连接边界上相距最远的2个象素（即把边界分成2部分），然后根据一定准则进一步分解边界，构成多边形逼近边界，直到拟合误差满足一定限度区域表达•1、数组•2、四叉树表达法•每次一分为四•3、骨架表达•反映目标的结构形状。利用细化技术•理论上讲，每个骨架点保持了其与边界点距离最小的性质.•实际上，采用逐次消去边界点的迭代细化算法。8.4边界描述•一、简单描述符•1、边界的长度•找出边界点，点数即为边界长度。•2、边界的直径•边界上相隔最远的2点之间的距离。•3、曲率•曲线斜率的变化率。•离散：Ci=i-i-1(斜率线的角度差）•二、形状数•——基于链码。•三、矩•2——描述曲线线段相对于均值的分布•3——描述曲线线段相对于均值的对称性。•与绝对位置无关。•优点：容易计算，具有物理意义。傅里叶描述•XY平面与复平面UV重合•用复数u+jv的形式来表示给定轮廓上的每个点(x,y)而将XY平面中的曲线段转化为复平面上的1个序列•曲线段1个序列•（XY)(UV)•考虑1个由N点组成的封闭边界，从任1点开始绕边界1周就得到1个复数序列：•S(k)=u(k)+jv(k)•s(k)的离散傅里叶变换是：••Fourier级数中的一系列系数是直接与边界曲线的形状有关的，可作为形状的描述，称为傅里叶描绘子,S(w)可称为边界的傅里叶描述，它的傅里叶反变换是：••通过傅里叶系数提取形状特征•圆形度•细长度•散射度•凹度•形心偏差度•如果我们只利用S(w)的前M个系数(低频），这样可得到s(k)的1个近似：••可见k的取值范围不变,但MN.•高频-----细节;低频------总体形状•因此可用对应低频分量的傅里叶系数近似描述边界形状.8.5区域描述•一简单描述符•1、区域面积•对属于区域的象素个数进行计数得到•2、区域重心•3、区域灰度:平均值、max、min、方差。•二、拓扑描述符和欧拉数•欧拉数是1种区域的拓扑描述符。拓扑学（topology）研究图形不受畸变变形（不包括撕裂或粘贴）影响的性质。•欧拉数描述的是区域的连通性。对1个给定平面区域来说，区域内的孔数H和区域内的连通组元（其中任2点可用完全在内部的曲线相连接的点集合）的个数C可被进一步用来定义欧拉数（Eulernumber）E：•E=C-H三、形状描述符•1、形状参数•形状参数（shapefactor）F是根据区域的周长和区域的面积计算出来的：•F=周长2/（4面积）•F=1区域为圆形时•F1其它形状时•形状参数在一定程度上描述了区域的紧凑性（compactness）•优点：鲁棒性好。2、偏心率-伸长度（elongation）•也在一定程度上描述了区域的紧凑性。最简单方法：长轴/短轴3、球状性球状性（sphericity）S的定义为：S=内切圆半径/外切圆半径圆：S=1;非圆：S12个圆的圆心都在区域的重心上••4、圆形性（circularity）•R为从区域重心到边界点的平均距离，R为从区域重心到边界点的距离的均方差：••特征量C当区域R趋向圆形时是单增趋向无穷的越大越圆四、纹理描述符•直观地，纹理描述可提供区域的平滑、稀疏、规则性等特性。常用的3种纹理描述方法是：①统计法；②结构法；③频谱法。•1、统计法•借助区域灰度的共生矩阵•从共生矩阵P可定义纹理描述符：•Wm=p2(g1,g2)纹理二阶矩-均匀性•We=-p(g1,g2)logp(g1,g2)熵•_描述内容的随机性•Wc=|g1-g2|p(g1,g2)对比度•Wh=p(g1,g2)/(k+|g1-g2|)均匀性•T1Z•28.93730.01270.01446.4110•标准差归一化的平滑度•一致性熵•T2•5.6905•0.0005•0.0563•4.4144结构法•基本思想：纹理由纹理基元以一定规律重复排列组合而成。频谱法•使用极坐标的傅立叶频谱S(r,)•利用傅立叶频谱的3个性质：•1）突起的尖峰给出了纹理模式的主要方向；•2）尖峰的位置给出了模式的基本空间周期•3）滤去周期性成分，余下的非周期性成分可用统计方法描述。•S（r):某一方向上的频谱所表现的特性•S()：以原点为圆心的圆形上的特性