區(qū)域和輪廓只包含對(duì)分割結(jié)果的原始描述，在實(shí)際應(yīng)用中我們還需要從區(qū)域或輪廓中確定一個(gè)或多個(gè)特征量。這些確定的特征量被稱為特征。

確定特征的過程被稱為圖像特征提取。??

一、概述

1.圖像特征的分類

（1）圖像的視覺特征

邊緣、輪廓、形狀、紋理和區(qū)域等。

（2）圖像的統(tǒng)計(jì)特征

灰度直方圖特征、矩特征，其中矩特征包括均值、方差、峰度及熵特征等。

（3）圖像變換系數(shù)特征

傅立葉變換、離散余弦變換、小波變換等。

（4）圖像代數(shù)特征

矩陣的奇異值

2.? 特征提取與特征選擇

（1）特征選擇

從一組特征中挑選出一些最有效的特征，以達(dá)到降低特征空間維數(shù)的目的。

（2）特征提取

對(duì)原始特征進(jìn)行變換得到的這些有利于分類、更本質(zhì)、更少的新特征的過程。

二、興趣點(diǎn)提取

1.什么是興趣點(diǎn)

興趣點(diǎn)是指圖像信號(hào)在二維空間上發(fā)生變化的區(qū)域，通常情況下包括拐角點(diǎn)、交點(diǎn)和紋理等顯著變化區(qū)域。

2.興趣點(diǎn)標(biāo)定的方法

（1）基于輪廓線的方法

輪廓線具有曲率變化的特征，可歸類為結(jié)點(diǎn)，端點(diǎn)等類型。如在圖像中尋找脊和谷的方法對(duì)興趣點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定。?

（2）基于圖像強(qiáng)度的方法

信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)檢測(cè)特征點(diǎn)，灰度值的差大于某個(gè)門限時(shí)即認(rèn)為該點(diǎn)是興趣點(diǎn)。?

（3）基于參數(shù)模型的方法

使用高斯卷積模型對(duì)拐角進(jìn)行識(shí)別，? 使用最小化方法，使得模板與觀測(cè)信號(hào)最佳匹配。

3.興趣點(diǎn)的表達(dá)方法

（1）尺度不變特征變換（Scale-invariant feature transform，SIFT）

使用了128維的向量對(duì)興趣點(diǎn)特征進(jìn)行表達(dá)，該向量通過Lowe建立的碼表形成。該方法可以做到縮放不變、亮度不變的特性。?

（2）可控濾波器和梯度不變方法

使用高斯濾波器的方法求圖像的梯度，具有長(zhǎng)度為13的維數(shù)。?

（3）區(qū)域矩不變特性

通過改變統(tǒng)計(jì)矩的組合，適用于圖像的多種不變特性的應(yīng)用。

（4）頻域分析法

通過Gabor濾波器來捕捉圖像在頻率和方向上的細(xì)微變化，描述的維度很高。

三、Harris角點(diǎn)算法

1.概述

當(dāng)滑動(dòng)窗口處于一個(gè)興趣點(diǎn)發(fā)生的地方，無論從哪個(gè)方向移動(dòng)該窗口，都會(huì)發(fā)生圖像強(qiáng)度（灰度值）的劇烈變化。

基于圖像灰度的方法通過計(jì)算點(diǎn)的曲率及梯度來檢測(cè)角點(diǎn)，避免了第一類方法存在的缺陷，此類方法主要有Moravec算子、Forstner算子、Harris算子、SUSAN算子等。

2.原理

圖像窗口滑動(dòng)后灰度值變化計(jì)算：

小距離窗口滑動(dòng)近似計(jì)算：

首先采用Sobel算子計(jì)算出梯度Ix和Iy，再逐點(diǎn)計(jì)算其乘積，最后使用高斯窗對(duì)該乘積圖像的所有像素點(diǎn)進(jìn)行卷積即可。

3.MATLAB編程實(shí)現(xiàn)

img=imread('F:lena.png');imshow(img);img = rgb2gray(img); ? ?
? ?%轉(zhuǎn)換為灰度圖像img =double(img);[m n]=size(img); ? ? ? ? ? ?
? ?%獲取圖像尺寸tmp=zeros(m+2,n+2); ?
? ? ?%創(chuàng)建空矩陣tmptmp(2:m+1,2:n+1)=img; ?
?%將img賦值給tmp矩陣Ix=zeros(m+2,n+2);Iy=zeros(m+2,n+2);E=zeros(m+2,n+2); ? ? ? ?
? ? %創(chuàng)建空矩陣Ix,Iy,EIx(:,2:n)=tmp(:,3:n+1)-tmp(:,1:n-1);
? ?%求橫向梯度Iy(2:m,:)=tmp(3:m+1,:)-tmp(1:m-1,:); %求縱向梯度 Ix2=Ix(2:m+1,2:n+1).^2; ? ? ? ? ? ?
? ? ? %求梯度方向乘積Iy2=Iy(2:m+1,2:n+1).^2;Ixy=Ix(2:m+1,2:n+1).*Iy(2:m+1,2:n+1);
? h=fspecial(‘gaussian’,[7 7],2); ? ?
? ? %使用高斯核進(jìn)行加權(quán)Ix2=filter2(h,Ix2);Iy2=filter2(h,Iy2);Ixy=filter2(h,Ixy);Rmax=0;R=zeros(m,n);for i=1:m ?
?for j=1:n ? ?
? ?M=[Ix2(i,j) Ixy(i,j);Ixy(i,j) Iy2(i,j)]; ? ?
? ?R(i,j)=det(M)-0.06*(trace(M))^2; ? ? ? ? ?
? ?%計(jì)算角點(diǎn)量 ? ?
? ?if R(i,j)>Rmax ? ? ?
? ? ?Rmax=R(i,j); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
%閾值判斷 ? ?
? ?end ?
?endend ?
? ?re=zeros(m+2,n+2);tmp(2:m+1,2:n+1)=R;img_re=zeros(m+2,n+2);img_re(2:m+1,2:n+1)=img;for i=2:m+1 ?
?for j=2:n+1 ? ?
? ?if tmp(i,j)>0.02*Rmax &&... ? ?
? ? ? tmp(i,j)>tmp(i-1,j-1) && tmp(i,j)>tmp(i-1,j) && tmp(i,j)>tmp(i-1,j+1) &&... ? ? ? ?
? tmp(i,j)>tmp(i,j-1) && tmp(i,j)>tmp(i,j+1) &&... ?
? ? ? ? tmp(i,j)>tmp(i+1,j-1) && tmp(i,j)>tmp(i+1,j) && tmp(i,j)>tmp(i+1,j+1) ? ? ? ? ? ? ? ?
img_re(i,j)=255; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? %標(biāo)記角點(diǎn) ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ?end ? ?
?endendimg_re=mat2gray(img_re(2:m+1,2:n+1));figure,imshow(img_re); ?
? %恢復(fù)并顯示圖像

四、直線提取

1.Hough變換原理

在圖像空間XY里，設(shè)所有過點(diǎn)（x,y）的直線都滿足方程：

式中，p為直線的斜率，q為直線的截距。也可以寫成：

式中表示參數(shù)空間PQ中過點(diǎn)（p,q）的一條直線。圖像空間到參數(shù)空間之間的轉(zhuǎn)換可以用圖表示：

2.直線提取原理

開始時(shí)，置數(shù)組A為零，然后對(duì)每一個(gè)圖像空間中的給定點(diǎn)，讓?duì)热”閰^(qū)間上所有可能的值，并根據(jù)直線公式算出對(duì)應(yīng)的ρ，再根據(jù)和的值（設(shè)都已經(jīng)取整）對(duì)A累加：

對(duì)圖像遍歷后，上式的值就是在點(diǎn)（θ，ρ）處共線點(diǎn)的個(gè)數(shù)。值（θ，ρ）也給出了直線方程的參數(shù)，這樣就得到了點(diǎn)所在的線。?

3.MATLAB編程實(shí)現(xiàn)

img = imread(rg.bmp');figure(1),subplot(1,2,1);imshow(img); ?title('原始圖像');img=rgb2gray(img); ? ? ?
% 灰度圖像subplot(1,2,2);imshow(img); ?title('灰度圖像'); thresh=[0.01,0.10]; ? ?
? ? %敏感度閾值sigma=3; ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ? ? %定義高斯參數(shù) f = edge(double(img),'canny',thresh,sigma); ?%邊緣檢測(cè)figure(2),imshow(f); ?title('canny 邊緣檢測(cè)'); % 檢測(cè)函數(shù)；[H, theta, rho]= hough(f,'Theta', 20:0.1:75); ?
? %0-1% H->累計(jì)數(shù)組 ， thetaH:對(duì)應(yīng)的θ，實(shí)際上H的大小就是Rho×Theta% Rho：H對(duì)應(yīng)的ρ peak=houghpeaks(H,1); ? ? ? ? ? ? ?
? ? ?%峰值提取hold on ?%保留當(dāng)前的圖和特定的坐標(biāo)軸屬性，以便后續(xù)的繪圖命令添加到現(xiàn)有的圖表。lines=houghlines(f,theta,rho,peak); ?
%得到線段信息 figure(3);imshow(f,[]);title('霍夫變換檢測(cè)結(jié)果');hold on ?;for k=1:length(lines) ? ? ? ?
? xy=[lines(k).point1;lines(k).point2]; ? ? ? ? ?
? ? ? plot(xy(:,1),xy(:,2),'LineWidth',4,'Color',[.6 .6 .6]); ?end ?

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編輯：黃飛

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