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第八章纹理
概述




人类视觉系统的纹理分割模式
纹理描述


纹理描述的结构方法
概述
纹理的定义
尽管纹理在图象分类和图象分析中是很重要的特性,并且它几乎无所不在,从多光谱卫星图片到细胞组织的图象都可以看到纹理,但目前对纹理还没有精确的定义。,由人工产生的纹理。
人造和自然纹理图案
则是更为复杂的自然纹理。图象纹理可定性地用以下一种或几种描述来表征:粗的、细的、平滑的、颗粒状的、随机的、线划状的或斑驳杂色的、不规则的和波纹状的。,它的基本特征是移不变性(shift invariance),也即对纹理的视觉感知基本上与其在图象中的位置无关。移不变性可被描述成是确定性的,
(规则的或结构的)或是随机的(不规则的),但很可能存在着介于这两者之间的类别。确定性的图案通常是人造的,并且由线条、三角形、矩形、圆、多边形有规律的排列组成,而随机图象则通常是自然界产生的。
纹理的描述和分析方法
描述纹理图象的简单数学模型是:
(8-1)
其中是位移(或关系)规则,是象素的小区域,它构成了纹理基元(元素)。本身又是输入图象I(i, j)的函数。以下对纹理的研究也是从纹理基元和位移或关系规则这两方面进行的。由于纹理基元的重要性,下面我们将先对它进行单独讨论。
纹理分析方法主要有两类, 一类是统计的方法,另一类是结构分析的方法。统计的方法对纹理进行分析,并描述图案的特征。结构分析的方法则试图通过研究(8-1)式中的和的特性来揭示纹理的细节。这样做显然要困难得多,这也是为什么人们倾向于采用统计方法的原因。但是,如果和有明碓的定义或已知,那么用结构分析的方法就很简单。
按方程(8-1)的观点,可以从两个方面描述纹理。第一个方面用于描述组成纹理的基元;第二个方面用于描述纹理基元之间的空间联系或相互影响。第一个方面与纹理区域中的影调基本分布情况(称为影调基元)或局部特性有关。第二个方面与影调基元的空间组织有关。
纹理分析方法
影调基元是具有确定影调特性的区域,可以用诸如平均灰度,或区域中的最大和最小灰度这样的特性来描述。把具有给定影调特性的象素最大程度地连接起来就组成了影调基元,可以按它的面积和形状来评价影调基元。影调基元不但包括它的灰度而且包括它的影调的区域特性。
纹理可用纹理基元的数量和类型以及这些基元的空间组织或排列来描述。纹理的空间组织可能是随机的,也可能一个基元对相邻基元有成对的依赖关系,或者几个基元同时相互关联。这样的关联可能是结构的、概率的或是函数的。。
纹理基元与影调
一个纹理基元(不严格地说)是一个具有一定的不变特性的视觉基元。这些不变特性在给定区域内的不同位置上,以不同的变形和不同的方向重复出现。纹理基元最基本的不变特性之一是区域内象素的灰度分布,在更为复杂的情况下可能还有与形状有关的特性,而影调也是表示灰度的明暗分布。因此,我们认为影调和纹理不是独立的概念,它们之间的关系很象光波中的粒子性与波动性之间的关系。光在任何时候都有粒子性和波动性,但是根据具体
情况粒子性或是波动性可能占主导地位。相似地,在图象中总存在影调和纹理,只是有时一种特性相对于另一种特性占优势。在实际问题的处理中,为了简便,我们经常倾向于认为只有影调或只有纹理。因此,当我们定义影调和纹理时,我们不是定义两种概念,而是定义影调—纹理概念。
影调—纹理概念内部的基本关系如下所述:当在图象的一定面积区域中影调基元的变化很小时,这个区域的主导特性是影调。当在小面积区域中含大量不同的影调,这个区域占主导的特性是纹理。按这种区分方法,关键点是小面积区域的大小,影调基元的相对大小和类型以及可区分的影调数量的多少。事实上,当小面积区域小到只有一个分辨率单元大小,以至只有一种独立的特性时,表现出来的唯一特性就是简单的灰度影调。当小面积区域中可区分的影调基元数量增加时,纹理特性将占主导。当影调基元中的空间图案是随机的,以及基元之间的灰度影调的变化范围很广时,这就得到精细的纹理。当空间图案变得较为确定以及影调区域涉及较多的象素时,就得到粗糙的纹理。
图象表现出的影调—纹理特性与图象的分辨率密切相关。因为在纹理基元定义中的一个重要部分是基元要在给定区域中重复出现,问题是重复多少次?为了定性地回答这个问题,可以想象