[發明專利]基于灰度共生矩陣的紋理方向精細估算方法

有效

• 申請號: 201611063917.1
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106780584B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 鄭罡
• 申請（專利權）人: 自然資源部第二海洋研究所
• 主分類號: G06T7/45
• 分類號: G06T7/45
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所 33233
• 代理人: 郭小麗

1.基于灰度共生矩陣的紋理方向精細估算方法，包括如下步驟：

S1：選取圖像，將相對位置的方向和距離r分別進行等間隔劃分，方向以角度θ表示，角度劃分范圍為-90°到90°，計算這些等角度和等距離間隔的相對位置對應的GLCM；

這些GLCM可通過下述三種方法中的任一一種可計算圖像關于任意相對位置的GLCM計算方法得到：

方法一：

將圖像以-θ角度進行旋轉，再由公式(1)從旋轉后的圖像中計算得到相對位置(r,θ)對應的圖像的GLCM：

其中表示向下取整；G(m,n；r,θ)表示旋轉前的圖像的GLCM中第m行第n列的元素值；G′(m,n；r′,θ′)表示旋轉后的圖像或包含了旋轉后的圖像的矩形區域的GLCM中第m行第n列的元素值，它可以由公式(2)計算得到；

其中“card”表示集合中的元素數目；表示矩形區域中的像素集合；f(x,y)表示位置坐標為(x,y)處的灰度值，這里位置以矩形坐標系的坐標表示，該坐標系以旋轉前的圖像的水平方向和垂直方向作為坐標系的兩軸；

歸一化因子Q′(r′,θ′)為：

它表示矩形區域中能與相對位置(r′,θ′)重合上的像素對的數目；

在計算過程中，需要去除包含了旋轉后的圖像的矩形區域在圖像外的四個角；這可以通過如下標記來實現：假設圖像中的灰度范圍為1到N，令四個角區域的灰度值為N+1，然后通過公式(2)和(3)計算整個矩形區域的GLCM，那么旋轉后的圖像的GLCM即該GLCM的第1行到第N行第1列到第N列的矩陣塊；在所述紋理方向精細估算方法中，還可以將GLCM的參數“相對位置兩端的間距r”劃分為像素間距的整數倍，那么公式(1)可簡化為：

G(m,n；r,θ)＝G′(m,n；r,0°)公式(4)

方法二：在待計算的GLCM對應的相對位置(r,θ)的附近找到一些相對位置(r1,θ1),…,(rK,θK)，這些相對位置與圖像中的像素是可以重合的；如此，這些相對位置(r1,θ1),…,(rK,θK)對應的GLCM的矩陣元素，即G(m,n；r1,θ1),…,G(m,n；rK,θK)，便可以通過公式(5)和(6)計算得到，而待計算的GLCM的矩陣元素G(m,n；r,θ)則可由這些GLCM的矩陣元素插值得到；

其中G(m,n；rk,θk)表示相對位置(rk,θk)對應的圖像的GLCM中第m行第n列的元素值；“card”表示集合中的元素數目；表示圖像的像素集合；f(x,y)表示位置坐標為(x,y)處的灰度值，這里位置以矩形坐標系的坐標表示，該坐標系以圖的水平方向和垂直方向作為坐標系的兩軸；

歸一化因子Q(rk,θk)為：

方法三：相對位置(r,θ)對應的圖像的GLCM中第m行第n列的矩陣元素可由下述公式計算得到：

其中，G(m,n；r,θ)表示相對位置(r,θ)對應的GLCM中第m行第n列的元素值；“card”表示集合中的元素數目；表示圖像的像素集合；表示圖像所在區域；f(i,j)表示位置坐標為(i,j)處的像素灰度值，f(i+rcosθ,j+rsinθ)由(i+rcosθ,j+rsinθ)鄰近像素的灰度值插值和取整得到；這里位置以矩形坐標系的坐標表示，該坐標系以圖的水平方向和垂直方向作為坐標系的兩軸；

這里歸一化因子Q(r,θ)為

S2：假設圖像的灰度范圍為1到N；通過公式(9)或(10)計算這些等角度和等距離間隔的相對位置對應的GLCM的Z(r,θ)，得到該圖像的Z(r,θ)的等角度和等距離間隔的分布：

其中w(m,n)是關于GLCM的矩陣元素在矩陣中的位置和矩陣對角線之間距離的遞增函數；顯然，較大的矩陣元素越集中于GLCM的對角線附近，那么Z(r,θ)的值就越?。?/p>

如果采用(m-n)2作為w(m,n)，那么公式(9)就變為：

此即對比度；

S3：計算參數Z的積分Z′：通過公式(11)來計算Z′(θ)；

Z′(θ)＝∫Z(r,θ)dr公式(11)

S4：搜索Z′(θ)的極小值，確定紋理方向：

Z′(θ)的極小值所對應的方向即圖像中的紋理方向。