基于二进小波统计特征的纹理图像检索
- 格式:pdf
- 大小:396.92 KB
- 文档页数:4
基于纹理描述符的图像特征抽取方法探索与应用在计算机视觉领域,图像特征抽取是一项重要的任务,它能够将图像中的信息转化为计算机可以理解和处理的形式。
而纹理描述符作为图像特征抽取的一种方法,具有广泛的应用前景。
本文将探讨基于纹理描述符的图像特征抽取方法的原理与应用。
一、纹理描述符的原理纹理是指图像中具有一定规律和重复性的局部结构。
纹理描述符的目的是将纹理的特征抽取出来,以便于图像识别、检索等任务的进行。
常见的纹理描述符包括灰度共生矩阵(GLCM)、局部二值模式(LBP)、方向梯度直方图(HOG)等。
1. 灰度共生矩阵(GLCM)灰度共生矩阵是一种描述图像纹理的统计方法。
它通过计算图像中不同像素之间的灰度值关系,来反映图像的纹理特征。
常见的灰度共生矩阵特征包括对比度、能量、熵等。
2. 局部二值模式(LBP)局部二值模式是一种用来描述图像纹理的二进制编码方法。
它通过比较像素点与其周围像素点的灰度值大小关系,将其转化为二进制编码,从而表示图像的纹理特征。
LBP特征具有旋转不变性和灰度不变性的优点。
3. 方向梯度直方图(HOG)方向梯度直方图是一种用来描述图像纹理的梯度统计方法。
它通过计算图像中不同像素点的梯度方向和梯度大小,来反映图像的纹理特征。
HOG特征在目标检测和行人识别等任务中有着广泛的应用。
二、基于纹理描述符的图像特征抽取方法基于纹理描述符的图像特征抽取方法主要包括以下几个步骤:1. 图像预处理在进行纹理描述符的计算之前,需要对图像进行预处理,以消除噪声和增强图像的对比度。
预处理方法包括直方图均衡化、高斯滤波等。
2. 纹理描述符的计算在预处理之后,可以开始计算纹理描述符了。
根据具体的需求和任务,可以选择不同的纹理描述符算法进行计算。
例如,可以使用GLCM算法计算灰度共生矩阵特征,或者使用LBP算法计算局部二值模式特征。
3. 特征选择和降维计算得到的纹理描述符往往具有较高的维度,为了减少计算复杂度和提高分类性能,需要进行特征选择和降维。
基于特征抽取的图像检索方法与实例分析随着数字图像的广泛应用和存储技术的快速发展,图像检索成为了一个重要的研究领域。
图像检索的目标是根据用户的查询需求,从大规模的图像数据库中快速准确地检索出相关的图像。
基于特征抽取的图像检索方法通过提取图像的特征信息,将图像转化为一组数值特征,从而实现对图像的高效检索。
本文将介绍基于特征抽取的图像检索方法,并通过实例分析来说明其应用。
一、基于特征抽取的图像检索方法1. 特征提取特征提取是基于特征抽取的图像检索方法的核心步骤。
常用的特征包括颜色特征、纹理特征和形状特征等。
颜色特征可以通过提取图像的颜色直方图或颜色矩来表示;纹理特征可以通过提取图像的纹理统计信息(如灰度共生矩阵)来表示;形状特征可以通过提取图像的边缘信息或轮廓信息来表示。
特征提取的目标是将图像转化为一组数值特征,以便进行后续的相似度计算。
2. 相似度计算相似度计算是基于特征抽取的图像检索方法的关键步骤。
在特征提取之后,需要计算查询图像与数据库中每个图像之间的相似度。
常用的相似度计算方法包括欧氏距离、余弦相似度和相关系数等。
相似度计算的目标是确定查询图像与数据库中图像的相似程度,从而确定检索结果的排序。
3. 检索结果排序检索结果排序是基于特征抽取的图像检索方法的最后一步。
在相似度计算之后,需要根据相似度的大小对检索结果进行排序,以便用户能够快速准确地找到所需的图像。
常用的排序方法包括基于相似度的升序排序和基于相似度的降序排序。
检索结果排序的目标是将与查询图像最相似的图像排在前面,提高检索效率。
二、实例分析为了更好地理解基于特征抽取的图像检索方法的应用,下面将通过一个实例进行分析。
假设我们有一个包含1000张猫和狗的图像数据库,并且我们希望根据用户的查询,从数据库中检索出与查询图像最相似的图像。
首先,我们通过颜色特征提取方法提取图像的颜色直方图。
查询图像是一张黄色猫的图片,我们可以通过计算查询图像的颜色直方图与数据库中每个图像的颜色直方图之间的欧氏距离,来计算它们之间的相似度。
小波变换在图像特征提取中的应用案例小波变换是一种信号处理和图像处理中常用的数学工具,它在图像特征提取中有着广泛的应用。
本文将通过几个实际案例来介绍小波变换在图像特征提取中的应用。
案例一:纹理特征提取纹理是图像中重要的视觉特征之一,通过提取图像的纹理特征可以用于图像分类、目标识别等应用。
小波变换可以有效地提取图像的纹理特征。
以纹理分类为例,首先将图像进行小波分解,得到不同尺度和方向的小波系数。
然后,通过对小波系数进行统计分析,如计算均值、方差等,可以得到一组纹理特征向量。
最后,利用这些特征向量可以进行纹理分类。
案例二:边缘检测边缘是图像中物体之间的分界线,对于图像分析和目标检测具有重要意义。
小波变换可以有效地提取图像的边缘信息。
通过对图像进行小波变换,可以得到不同尺度和方向的边缘响应。
然后,通过对边缘响应进行阈值处理和边缘增强,可以得到清晰的边缘图像。
这些边缘图像可以用于图像分割、目标检测等应用。
案例三:图像压缩图像压缩是图像处理中的重要任务,可以减少存储空间和传输带宽的消耗。
小波变换可以用于图像的有损压缩和无损压缩。
在有损压缩中,通过对图像进行小波分解和量化,可以得到低频和高频小波系数。
然后,通过对高频系数进行舍弃或者量化,可以实现对图像的压缩。
在无损压缩中,通过对小波系数进行编码和解码,可以实现对图像的无损压缩。
案例四:图像增强图像增强是改善图像质量和提高图像视觉效果的重要任务。
小波变换可以用于图像的多尺度增强。
通过对图像进行小波分解,可以得到不同尺度和方向的小波系数。
然后,通过对小波系数进行增强操作,如对比度增强、锐化等,可以改善图像的质量和增强图像的细节。
综上所述,小波变换在图像特征提取中有着广泛的应用。
通过对图像进行小波变换,可以提取图像的纹理特征、边缘信息等重要特征,实现图像分类、目标检测等应用。
同时,小波变换还可以用于图像的压缩和增强,提高图像的质量和视觉效果。
因此,小波变换在图像处理中具有重要的地位和应用前景。
基于小波变换的二值模式检索摘要:提出了一种基于小波变换后的二值模式图像检索。
把图像库里的图像通过小波变换压缩预处理,方便图像快速入库提取图像特征。
选取二值模式技术处理,以便有效提取图像的特征进行检索。
实验数据库采用Brodatz纹理图像库,对比了边缘拟合算法,共生矩阵和灰度纹理矩检索图像的检索效率,得出小波变换后的二值模式检索效率较高。
关键词:二值模式;图像检索;小波变换;共生矩阵;灰度纹理矩;检索效率0 引言直接对压缩格式的图像进行检索的技术,称为压缩域上的检索技术。
它与传统的基于原始数据域的图像检索相比较,所需处理的数据量将大大减少(但信息量没有或基本没有减少)。
在压缩域的图像检索中,直接在压缩数据上进行操作,不需要或不完全需要解压缩的环节。
基于压缩域的图像检索与传统的基于原始域或解压域的图像检索相比,有许多优点,包括:①压缩域上的数据量比原始域或解压域上的数据量要少,有利于提高整个系统的效率;②在压缩域上检索可省略解压缩的附加环节,既可减少处理时间,也可减少设备开销;③许多对图像压缩的算法在压缩过程中已对图像进行了大量的处理和分析,在检索中利用这些处理和分析的结果,可以减少计算量,提高检索效率;④在压缩域上,某些特征向量的信息就包含在压缩系数中,所以额外的存储量可以省去。
本文的基本思路是:首先对实际图像进行小波变换压缩操作,然后对压缩后的图像进行二值化处理,在此基础上再进行图像检索。
由于小波变换具有时间、频率都局部化的特点,而且在变换压缩过程中已对图像频谱法的纹理进行了描述,所以在检索中利用小波变换的纹理特征,可提高检索效率,实验结果也验证了这种方法的有效性。
1 图像的小波变换傅立叶变换存在不能同时进行时间-频率局部分析的缺点,而Gabor变换克服了这方面的不足,但Gabor变换的时-频窗口是固定不变的,窗口没有自适应性,不适于分析多尺度信号过程和突变过程,而且其离散形式没有正交展开,难于实现高效算法。
综合目标区域颜色特征与纹理的图像检索摘要:本文是基于目标区域的图像检索,首先将图像进行增强,将增强后的图像利用直方图确定图像的目标区域,然后结合目标区域的纹理特征对图像进行检索。
该方法客服了单一的颜色特征忽视图像空间信息的缺点,颜色和纹理相结合达到了较好的检索效果。
关键词:灰度增强自适应阈值Gabor变换基于内容的图像检索技术通过分析图像的颜色、纹理、形状等,建立特征索引,并存储在特征库中。
将目标图像与特征库里的图像特征相比较进行检索。
颜色特征是图像检索中最直观的方法,但是仅仅依靠颜色特征进行检索能够丢失图像的空间信息,因此,文中结合颜色和纹理两个特征对图像进行检索,通过实验表明该结合算法达到了好的检索效果。
1 图像目标区域选择1.1 分段线性灰度增强分段线性灰度增强将需要的图像细节灰度级扩展,增强对比度,将不需要的图像细节灰度级压缩。
基本原理:假设输入图像f(x,y)的灰度为0~M级,增强后图像g(x,y)的灰度为0~N级,区间[a,b],[c,d]分别为原图形与增强图像的某一灰度区间,分段线性变换函数为:0≤f(x,y)≤a (1)文中取a=30,b=80,c=100,c=220,灰度等级N=225,M=190,原始图像与灰度增强后图像如图1、图2。
1.2 自适应阈值方法进行图像分割在实际应用情况下,当照明不均与,有突发噪声或者背景灰度变化较大时,整幅图像分割时将没有合适的单一阈值,因此采用自适应阈值方法进行图像分割。
自适应阈值方法是对每个像素确定以其自身为中心的一个邻域窗口,寻找窗口内像素的最大值和最小值,并取二者的平均值作为阈值。
如图三所示以C为当前像素,选取C的8邻域窗口,该窗口的最大灰度值为max_value,最小灰度值为min_value,则阈值T设置为实际上,在选择邻域窗口时,不一定要选择8个窗口,但是窗口越大,需要处理的数据就越多,时间复杂度就越大。
为了采用八方向邻接技术,文中采用八窗口作为邻域窗口(如表1)。
图像特征提取方法详解一、引言图像特征提取是图像处理和计算机视觉中的一个重要环节。
通过提取图像中的特征信息,可以实现对图像的分析、识别和分类。
在实际应用中,图像特征提取方法的选择对图像处理的效果和性能有着重要影响。
本文将详细介绍几种常用的图像特征提取方法,并对它们的原理和特点进行分析。
二、颜色特征提取颜色是图像中最直观的特征之一,因此颜色特征提取在图像处理中具有重要意义。
常用的颜色特征提取方法包括直方图法、颜色矩法和颜色空间转换法。
直方图法通过统计图像中各个颜色通道的像素分布来表示颜色特征,颜色矩法则利用颜色矩来描述颜色空间的特征。
颜色空间转换法则是将图像从RGB颜色空间转换到HSV或Lab颜色空间,以获取更加直观和有效的颜色特征。
三、纹理特征提取纹理是图像中的一种重要特征,它可以描述图像中的细节和表面特征。
常用的纹理特征提取方法包括灰度共生矩阵法、局部二值模式法和小波变换法。
灰度共生矩阵法通过统计图像中像素灰度级别之间的关系来描述纹理特征,局部二值模式法则是通过计算像素点与其邻域像素的灰度差异来描述纹理信息。
小波变换法可以将图像分解成多个频率成分,从而获取不同尺度和方向上的纹理特征。
四、形状特征提取形状是图像中的另一个重要特征,它可以描述物体的外形和结构。
常用的形状特征提取方法包括边缘检测法、轮廓描述子法和形状上下文法。
边缘检测法通过检测图像中的边缘信息来描述物体的形状,轮廓描述子法则是通过对物体轮廓的特征点进行描述来获取形状特征。
形状上下文法则是将物体的轮廓信息转换为一种描述子,从而描述物体的形状特征。
五、特征提取方法的应用图像特征提取方法在实际应用中有着广泛的应用,例如图像检索、目标识别和图像分类等。
在图像检索中,通过提取图像的颜色、纹理和形状特征,可以实现对图像的检索和相似度比较。
在目标识别中,通过提取目标图像的特征信息,可以实现对目标的快速识别和定位。
在图像分类中,通过提取图像的特征信息,可以实现对图像的分类和识别。
纹理特征提取方法纹理特征提取是图像处理和计算机视觉领域的重要研究方向之一,受到了广泛关注。
纹理特征提取的目的是从图像中提取出与纹理相关的特征,这些特征可以用于图像分类、目标检测、图像分割等任务。
本文将介绍一些常用的纹理特征提取方法,并对它们的原理和应用进行详细阐述。
1. 统计纹理特征:统计纹理特征是最常用的一类方法,它们基于图像的灰度分布、边缘直方图、自相关矩阵等统计信息来描述纹理特征。
其中最著名的方法是局部二值模式(LBP),它通过比较像素与周围邻域像素的灰度值大小来构造二进制编码,然后用这些编码来描述图像的纹理特征。
LBP具有旋转不变性和灰度不变性的特点,因此在人脸识别、纹理分类等领域取得了广泛应用。
2. 滤波纹理特征:滤波纹理特征是另一类常用的方法,它通过对图像进行一系列滤波操作,提取出与纹理相关的特征。
常用的滤波器包括高斯滤波器、拉普拉斯滤波器、小波变换等。
例如,Gabor滤波器是一种常用的纹理特征提取方法,它可以对图像进行多尺度、多方向的滤波操作,得到多个特征图像,然后将这些特征图像进行组合,得到最终的纹理特征表示。
滤波纹理特征具有较好的局部性和尺度不变性,因此在纹理分类、图像检索等任务中表现出较好的性能。
3. 频域纹理特征:频域纹理特征是一类基于频域分析的方法,它通过对图像进行傅里叶变换或小波变换等操作,将图像从空间域转换为频率域,然后提取出与纹理相关的特征。
其中最典型的方法是基于功率谱密度(PSD)的纹理特征提取方法。
PSD表示了图像在频域上的能量分布,它通常通过对图像的傅里叶变换进行幅度平方操作得到。
频域纹理特征具有较好的局部性和旋转不变性,因此在纹理分类、医学图像分割等领域具有广泛的应用前景。
4. 结构纹理特征:结构纹理特征是一类基于局部结构的方法,它通过对图像的像素之间的关系进行建模,提取出与纹理相关的特征。
其中最著名的方法是局部二阶统计纹理特征,它通过计算图像的局部协方差矩阵、局部相关矩阵等来描述图像的纹理特征。
matlab bwm算法Matlab BWM算法BWM(Binary Wavelet Matching)算法是一种用于图像检索和相似性匹配的算法,它结合了小波变换和二进制编码的特点,能够有效地提取和匹配图像的特征。
本文将介绍BWM算法的原理和应用。
一、BWM算法原理BWM算法的核心思想是将图像分解为不同尺度的小波系数,然后利用二进制编码来表示每个小波系数的正负值。
具体步骤如下:1. 小波变换:首先,将输入的图像进行小波变换,得到不同尺度的小波系数。
小波变换是一种多尺度分解的方法,它可以将图像分解为低频部分和高频部分。
2. 二进制编码:对于每个小波系数,通过比较其值与零的大小关系,将其编码为1或0。
如果小波系数大于零,则编码为1;如果小于零,则编码为0。
3. 特征提取:将编码后的小波系数按照一定的规则进行组合,得到图像的特征向量。
特征向量表示了图像在不同尺度上的特征信息。
4. 相似性匹配:对于待检索的图像,同样进行小波变换和二进制编码,得到其特征向量。
然后,通过计算特征向量之间的欧氏距离或相关系数,来衡量图像之间的相似度。
二、BWM算法应用BWM算法在图像检索和相似性匹配方面有广泛的应用。
下面列举了几个典型的应用场景:1. 图像检索:BWM算法可以通过比较图像的特征向量,快速准确地找到与给定图像相似的图像。
这在大规模图像数据库的检索中非常有用,可以帮助用户快速找到所需的图像。
2. 图像分类:BWM算法可以根据图像的特征向量将其分类到不同的类别中。
通过训练一组已知类别的图像,可以建立分类模型,并用于对新图像进行分类。
3. 目标识别:BWM算法可以用于在图像中检测和识别目标物体。
通过比较目标物体的特征向量与数据库中已知目标的特征向量,可以实现目标的快速准确识别。
4. 图像压缩:BWM算法可以通过保留图像的重要特征信息,将图像进行有效压缩。
在图像传输和存储方面,可以减少数据量和传输时间。
5. 图像鉴别:BWM算法可以用于判断图像的真实性和完整性。
基于小波变换的特征提取方法分析首先,从基本原理上讲,小波变换是一种将信号从时域转换到频域的方法。
与传统的傅里叶变换不同,小波变换不仅可以提供频域信息,还可以提供时域信息。
它通过对信号进行多尺度分析,将信号分解为不同频率的小波子项,再对每个小波子项进行进一步的分解,直到达到所需的尺度。
这样可以将信号的频域和时域特征同时提取出来。
小波变换具有一些特点和优势。
首先,小波变换具有局部性,即在时域上对信号的其中一局部进行分析。
这使得小波变换能够更准确地捕捉信号的瞬态特征。
其次,小波变换具有多尺度分辨率,可以适应不同频率的信号。
它能够精确地分解信号的不同频率成分,进而提取出更多的频域信息。
此外,小波变换还具有平移不变性,即对于信号的平移不敏感。
这使得小波变换具有较好的时移不变性,可以更好地应对信号中存在的时间偏移。
基于小波变换的特征提取方法主要有以下几种。
第一种是基于小波包变换的特征提取方法。
小波包变换是小波变换的一种扩展形式,能够将信号进一步分解为更小的子带。
通过对小波包系数的统计特征进行提取,如均值、方差等,可以获得一组反映信号频域特征的特征向量。
第二种是基于小波能量谱的特征提取方法。
通过计算不同尺度小波变换系数的能量,可以得到信号在不同尺度上的频域特征。
第三种是基于小波熵的特征提取方法。
小波熵是一种量化信号中的不确定性和复杂性的指标,可以反映信号的时域和频域特征。
通过计算小波熵和其它相关指标,可以提取出信号的时频特征。
基于小波变换的特征提取方法在各个领域都有广泛的应用。
例如,在语音信号处理中,可以利用小波变换提取语谱图,用于语音识别和语音合成。
在图像处理中,可以利用小波变换提取图像的纹理特征,用于图像分类和图像检索。
在生物医学信号处理中,可以利用小波变换提取脑电图和心电图的时频特征,用于疾病诊断和治疗。
综上所述,基于小波变换的特征提取方法是一种强大的信号处理工具,能够同时提取信号的频域和时域特征。
它具有局部性、多尺度分辨率和平移不变性等特点,适用于各种领域的特征提取和信号分析任务。
如何利用小波变换进行图像特征提取引言:图像特征提取是计算机视觉领域中的重要任务之一,它可以帮助我们从图像中提取出有用的信息。
小波变换作为一种强大的信号处理工具,被广泛应用于图像特征提取中。
本文将介绍小波变换的原理及其在图像特征提取中的应用。
一、小波变换的原理小波变换是一种时频分析方法,它可以将信号分解成不同尺度和频率的子信号。
小波变换的核心是小波函数,它具有时域和频域的双重特性。
通过对信号进行小波变换,我们可以得到信号在不同尺度和频率上的分量,从而实现对信号的分析和处理。
二、小波变换在图像特征提取中的应用1. 边缘检测边缘是图像中重要的特征之一,它可以帮助我们理解图像的结构和形状。
小波变换可以通过对图像进行高频分析,提取出图像中的边缘信息。
通过对小波变换的高频分量进行阈值处理,我们可以得到图像中的边缘信息。
2. 纹理分析纹理是图像中的一种重要特征,它可以帮助我们识别和分类不同的物体。
小波变换可以通过对图像进行多尺度分析,提取出图像中的纹理信息。
通过对小波变换的低频分量进行统计分析,我们可以得到图像中的纹理特征。
3. 物体识别物体识别是图像处理中的一项重要任务,它可以帮助我们识别和分类不同的物体。
小波变换可以通过对图像进行多尺度和多方向分析,提取出图像中的物体信息。
通过对小波变换的多尺度和多方向分量进行特征提取,我们可以得到图像中的物体特征。
三、小波变换的优势和挑战1. 优势小波变换具有多尺度和多方向分析的能力,可以提取出图像中的丰富信息。
同时,小波变换还具有良好的局部性和时频局部化特性,可以更好地适应图像的局部特征。
2. 挑战小波变换的计算复杂度较高,需要大量的计算资源和时间。
同时,小波变换对信号的平稳性和周期性有一定的要求,对于非平稳和非周期信号的处理效果可能较差。
结论:小波变换作为一种强大的信号处理工具,在图像特征提取中具有广泛的应用前景。
通过对图像进行小波变换,我们可以提取出图像中的边缘、纹理和物体等重要特征,从而实现对图像的分析和处理。
基于纹理特征的图像检索技术研究在当前数字化信息时代,图像信息的检索技术成为了热门研究领域之一。
随着数字图像的产生和存储方式不断更新,如何更加高效、精确地检索图像数据成为了研究者们所关注的问题。
其中,基于纹理特征的图像检索技术以其高效、快速、准确等优点而备受关注和研究,本文将对基于纹理特征的图像检索技术进行详细探讨。
一、图像纹理及其特点图像纹理是指图像中局部像素的自相似性,它不同于色彩、形状等概念,是一种感性的表现形式。
图像纹理具有以下基本特点:1. 局部性:图像纹理是指图像中局部区域的像素分布情况,这种局部性使得图像纹理分析成为了一种非常有效的图像特征提取方法。
2. 非线性:图像纹理是一种非线性结构,其内部的像素分布并不遵循线性规律,因此难以使用传统的线性方法进行处理。
3. 平移不变性:图像纹理对平移不变性具有较好的特性,即纹理在不同的图像区域中具有相同的表现形式。
4. 互异性:图像纹理在不同的图像中具有不同的表现形式,具有良好的互异性。
二、基于纹理特征的图像检索技术基于纹理特征的图像检索技术主要是通过提取图像纹理特征来表示图像数据,然后运用这些特征进行图像检索。
具体而言,它需要完成以下几个步骤:1. 图像采样:对目标图像进行采样,将图像划分为若干个小的区域,然后在每个小区域内进行图像信息提取。
2. 纹理特征提取:在每个小区域内,采用不同的特征提取算法对图像纹理进行分析和提取,得到可区分不同图像的特征向量。
3. 图像特征匹配:将待检索图像与数据库中的图像相匹配,采用不同的相似性度量方法(如欧氏距离、余弦相似度等)进行图像比对,并评估它们之间的相似性关系,找出与之最相似的图像。
经过以上步骤,基于纹理特征的图像检索技术便能够获得满足检索需求的图像数据。
三、基于纹理特征的图像检索技术的优缺点基于纹理特征的图像检索技术的优点主要有以下几点:1. 快速准确:基于纹理特征的图像检索技术能够在较快的时间内完成图像匹配,且匹配结果准确率较高。
图像纹理特征提取方法综述一、本文概述随着计算机视觉和图像处理技术的飞速发展,图像纹理特征提取已成为该领域的一个重要研究方向。
纹理作为图像的基本属性之一,反映了图像的局部模式和结构信息,对于图像识别、分类、分割等任务具有至关重要的作用。
本文旨在全面综述图像纹理特征提取方法的研究现状和发展趋势,以期为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示。
本文将首先介绍纹理特征提取的基本概念和研究意义,阐述其在图像处理和分析中的重要性。
随后,将详细综述经典的纹理特征提取方法,包括基于统计的方法、基于结构的方法、基于模型的方法和基于变换的方法等,分析它们的优缺点和适用范围。
在此基础上,本文将重点介绍近年来新兴的深度学习纹理特征提取方法,包括卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)等,探讨它们在纹理特征提取方面的优势和应用前景。
本文还将对纹理特征提取方法的应用领域进行简要介绍,包括图像分类、目标检测、图像分割等,并展望未来的研究方向和挑战。
通过本文的综述,我们希望能够为相关领域的研究人员提供全面的纹理特征提取方法知识,促进该领域的进一步发展。
二、纹理特征提取的基本概念和原理纹理是图像的一种重要属性,描述了图像局部区域的像素排列模式和重复结构。
纹理特征提取旨在从图像中识别并量化这些模式,以用于诸如图像分类、目标识别、场景理解等计算机视觉任务。
在进行纹理特征提取时,主要涉及到几个核心概念,包括滤波器、特征向量、统计量以及纹理模型。
滤波器:滤波器在纹理特征提取中扮演着关键角色,用于检测图像中的特定频率和方向信息。
常见的滤波器包括Gabor滤波器、小波变换滤波器、局部二值模式(LBP)滤波器等。
这些滤波器能够在不同尺度上提取图像的局部信息,从而捕获到纹理的精细结构。
特征向量:通过滤波器处理后的图像数据需要进一步转化为特征向量,以便进行后续的分析和比较。
特征向量通常是一组数值,用于量化图像中某一区域的纹理特征。
常见的特征向量包括灰度共生矩阵(GLCM)的统计量、傅里叶变换系数、小波变换系数等。
基于二进小波统计特征的纹理图像检索赵 平1,尚赵伟2(1. 北京交通大学理学院,北京100044;2. 重庆大学计算机学院,重庆400044)摘 要:二进小波变换利用模局部极大值来提取图像的多尺度边缘信息。
该文研究了二进小波系数的统计特性,提出并验证了二进小波系数直方图服从于指数分布。
分析了二进小波系数的一阶、二阶统计矩(共生矩阵)特性并将其应用于纹理特征提取。
理论分析和实验说明,采用Manjunath 方法和二阶统计矩方法的二进小波在纹理图像检索方面优于单小波。
关键词:二进小波变换;纹理;共生矩阵;统计特征;纹理分类Texture Image Retrieval Based on Statistical Characteristic ofDyadic Wavelet TransformZHAO Ping 1, SHANG Zhao-wei 2(1. School of Science, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044; 2. College of Computer Science, Chongqing University, Chongqing 400044)【Abstract 】The dyadic wavelet transform utilizes local modulus maximum of a wavelet transform to obtain multiscale edges information. This paper analyzes the statistical characteristics of the wavelet detail coefficients of the dyadic wavelet transform, and brings forward the wavelet coefficients histogram of nature texture image which can be modeled by a family of exponentials. It studies the ways to extract the texture features using the first-order and second-order (co-occurrence) based on the dyadic wavelet transform. Experimental results show that methods of Manjunath and second-order of the dyadic wavelet are better than that of scalar wavelet on texture image retrieval.【Key words 】dyadic wavelet transform; texture; co-occurrence matrix; statistical characterization; texture retrieval计 算 机 工 程Computer Engineering 第33卷 第20期Vol.33 No.20 2007年10月October 2007·人工智能及识别技术·文章编号:1000—3428(2007)20—0210—03文献标识码:A中图分类号:TP391.40纹理是图像的基本视觉特性之一,是一种不依赖于颜色和亮度的反映图像中同质现像的视觉特征。
因此,纹理特征在基于内容的图像检索中应用广泛。
目前,对纹理的分类主要基于多分辨或者多通道的分析理论上,例如Gabor 滤波器组和单小波变换。
利用Gabor 变换的主要缺点是:Gabor 滤波器组的输出不是完全正交的;在纹理特征之间明显存在着相关性。
另外,Gabor 变换是不可逆的[1],这就限制了在纹理合成等方面的应用。
因此,本文提出了基于二进小波统计特征的纹理图像检索方法。
1 二进小波变换若函数()x ψ具有性质()d 0x x ψ=∫,则该函数是小波函数。
在多分辩分析框架下,利用信号多尺度边缘分解和重构的二进小波[2]不但完备、稳定,而且是冗余的,并保留了时移不变性。
二进小波分解产生的不同尺度上的小波系数矩阵的大小是相同的,且可提取每个像素点在各个尺度上梯度矢量的模和该矢量在水平方向的幅角。
所以,二进小波变换可得到较多的表示图像性质的小波信息(见图1)。
图1 lena 图像的二进小波3级分解示意图图1中的信息按列从左到右分别为水平、垂直方向和低频信息。
2 二进小波的统计特性单小波在各个尺度的小波系数直方图服从于指数族[3]:(||/)()u h u Ke βα−= (1)其中,α表示直方图突出部分的宽度;β与直方图的突出部分衰减成反比;K 表示直方图的高度。
该模型已经应用到图像编码和纹理分类等方面。
文献[4]验证了小波系数直方图是一个单峰对称的图形(当β=2时,服从于高斯分布)。
本文对二进小波系数是否服从于指数分布进行了研究。
为了便于描述模型与实际数据的差异,本文定义了如下两个参数以说明两者之间的拟和程度:(1)对称性[4]max max 11(()())M i i i asm h u u h u u M ==−−+∑2(2) (2)拟和度11(()'())M i i i fitness h u h u M ==−∑2(3) 其中,'()h u 表示通过参数确定的模型;()h u 表示实际图形;M 表示直方图的个数。
文献[5]采用矩估计法对模型的参数进行估计。
文献[6]利用最大似然估计来估计模型的参数,以矩估计法的值作为初始值,然后通过运用Newton-Raphson 迭代法得到最大似然基金项目:赵 平(1965-),男,副教授、博士,主研方向:图像处理,小波分析,模式识别等;尚赵伟,讲师、博士 收稿日期:2006-10-24 E-mail :pingzhao@估计的参数模型。
本实验采用Brodatz 图像数据库中的112幅图像作为样本集,利用单小波和二进小波对每幅图像进行3次分解。
通过观察不同尺度上的小波系数直方图和分布函数的几何图形,发现二进小波与单小波十分相似:两者都是单峰对称的。
根据对单小波和二进小波分解在不同尺度上的小波系数直方图的统计,分别得到矩估计和最大似然估计模型的对称性和拟合度,统计结果见表1。
通过对照,发现二进小波的参数与单小波的参数具有较高的相似性。
因此,可以推断出二进小波的小波系数直方图也服从于指数族分布。
采用最大似然估计法得到的模型在对称性和拟和度方面均高于矩估计法。
表1 单小波和二进小波参数对照矩估计最大似然估计名称 单小波 二进小波 单小波 二进小波 均值 7.316 3e-006 1.136e-006 2.984 5e-006 1.121e-006 对称性 方差 2.979 6e-005 6.442e-006 1.189 1e-005 5.642e-006 均值 3.839 3e-005 0.002 3.487 8e-005 0.001 9 拟合度方差1.215 8e-0040.001 69.280 3e-0050.001 63 基于统计特征的纹理特征提取基于统计方法的纹理特征提取在纹理分割与合成、纹理检索等方面应用广泛。
常用的特征是一阶统计矩和二阶统计矩[4]。
一阶统计矩一般采用能量特征(式(4)、式(5))作为纹理特征。
1,11|(,)|Ni j m coef i j N ==∑ (4) 21/22,11((,))Ni j m coef i j N ==∑ (5)在文献[4]中提出利用小波系数直方图的参数α、参数β值作为纹理的特征。
由于在对小波系数直方图的参数做估计时,利用了小波系数的一阶统计矩,因此参数α、参数β也反映了一阶统计矩特性。
一阶统计矩视每个小波系数为独立变量分布,只考虑了整个小波系数的统计特性,不能区分小波系数的排列情况。
因此,一般方法采用高阶统计量以避免该问题,即使用二阶统计量对小波系数的分布进行统计。
该统计采用共生矩阵的方法以反映小波系数关于方向、相邻间隔、变换幅度的综合信息,是分析小波系数矩阵的局部模式和它们排列规则的基础。
在文献[1]中提出了基于共生矩阵的14种描述纹理特征的参数。
为了便于比较,本文只采用了其中的7个用于描述小波系数的纹理特征[4]。
共生矩阵的特征与方向信息密切相关,为了获得旋转不变性,对每个特征量于不同方向(0°,45°,90°,135°)地求均值和方差,从而抑制了方向分量,使得到的纹理特征与方向无关。
对纹理分类的计算采用常用的1l 距离,选取距离值最小的若干个图像作为相似图像。
4 实验结果和分析对所有的Brodatz 图像512×512按照4×4的格式进行不重叠分割,分割结果为128×128大小的1 792幅图像组成数据库。
由于来自于同一幅原图像的小图被认为是相互相关的,因此每张图像用于检索的小图都有15张相关的图像。
本实验采用检索性能评价方法来平均检索率K KRqqq q n N η===∑∑ (6)其中,q N 表示某个图像在大小为K 图像数据库中的比较相似的图像数目;q n 表示通过计算得到的正确的图像数目。
本实验采用的方法如下: (1)能量特征。
(2)小波系数直方图分布的参数(矩估计法)。
(3)小波系数直方图分布的参数(最大似然估计法)。
实验结果如表2所示。
表2 不同纹理特征提取方法的平均检索率方法单小波/(%)二进小波/(%)m 2 61.93 61.523α、β值(矩估计)62.859 57.27 α1、β1值(最大似然估计)63.33 58.94 通常,图像的能量主要集中在低频信息中,纹理的细节信息保留在高频,但上述方法只考虑了高频信息。
在二进小波中,基于一阶统计矩的特征提取方法的性能低于单小波,因为在利用小波系数直方图的分布模型来提取纹理特征时,该模型相对于单小波方法误差比较大造成的(见表1的对称性和拟合度对照表)。
在表2中,采用最大似然估计法提取的纹理特征的性能优于矩估计法,这是因为采用最大似然估计法得到的模型在对称性和拟和度方面均高于矩估计法。
其他结果与文献[6]的结论一致。
Manjunath [5]方法从能量角度出发,采用2l 距离进行相似计算,二进小波的检索率为72.04%,高于金字塔分解算法的检索率(69.84%)。
图2(a)是二进小波与金字塔分解算法db4的性能比较,根据纹理的视觉相似性将112幅图像分为32类[5],用于纹理的性能分析。