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        如何提取高光譜顯微成像技術(shù)的圖像數(shù)據(jù)特征?

        2023-09-15

        高光譜顯微成像技術(shù)數(shù)據(jù)中除了光譜數(shù)據(jù)外還包括豐富的圖像數(shù)據(jù),圖像數(shù)據(jù)可以方便觀察樣本的空間結(jié)構(gòu),同時(shí)也包含待測(cè)樣本的特征,包括顏色特征和紋理特征等。那么,如何提取高光譜顯微成像技術(shù)的圖像數(shù)據(jù)特征呢?本文進(jìn)行了簡(jiǎn)單總結(jié)。


        HSV顏色空間示意圖

        顏色特征提取

        顏色作為圖像的主要特征,在圖像處理和圖像識(shí)別中應(yīng)用廣泛,且起到舉足輕重的作用。顏色特征是利用數(shù)字化的方式將圖像的顏色進(jìn)行描述,提取過(guò)程無(wú)需大量計(jì)算,復(fù)雜度低。

        1. 顏色矩

        1995年Stricker等人首次提出了圖像顏色距特征的概念。該特征以線性代數(shù)中“距”的概念描述顏色分布,其中一階距、二階矩和三階矩分別表示顏色平均值,方差和偏斜度。

        2. HSV顏色空間

        1978年Smith等人首次提出圖像的HSV顏色空間特征,該特征將RGB顏色空間對(duì)應(yīng)于倒立圓錐體內(nèi),可以更加直觀描述顏色。圖為HSV顏色空間示意圖,其中H表示色調(diào),S表示飽和度,V表示亮度。H利用角度表征,取值范圍0-360?,在圖中以S坐標(biāo)正方向沿逆時(shí)針?lè)较蛴^察,依次用0?表示紅色,120?表示綠色,240?表示藍(lán)色。S大小表征顏色純度,取值范圍為0-1,如圖在H和V相同的情況下,S越接近于0,對(duì)應(yīng)顏色越淺。V表征顏色明暗,取值范圍為0-1,當(dāng)V為0時(shí)表示黑色,V為1且S為0時(shí)表示白色。

        紋理特征提取

        1. 灰度共生矩陣

        1973年Haralick等人提出用于描述圖像紋理特征的灰度共生矩陣(GLCM)特征[53]。GLCM是根據(jù)像素點(diǎn)之間的分布關(guān)系反映圖像紋理信息,圖2.5展示GLCM特征的基本求解方法,首先假設(shè)圖像灰度值范圍為1-8,圖2.5(a)表示原始圖像,圖2.5(b)表示GLCM特征,(b)中位置坐標(biāo)為(i,j)的元素對(duì)應(yīng)于(a)中灰度為i的像素與灰度為j的像素相鄰的個(gè)數(shù)。例如,(b)中位置坐標(biāo)為(1,2)的元素值為2,表示在(a)中有兩對(duì)相鄰像素為1和2,對(duì)應(yīng)圖中紅色框框選部分。

        GLCM特征示意圖

        2. 局部二值模式

        1996年Ojala等人提出用于描述圖像紋理特征的算子——局部二值模式(LBP)。其原理如圖2.6所示,LBP算子的原始窗口大小為3?像素,位于該窗口的像素值如圖(b)所示,若四周像素灰度值大于中央像素灰度值,則將該點(diǎn)記為1,若小于中央像素灰度值,則為0,通過(guò)計(jì)算圖(b)中的像素可以寫為圖(c)所示,對(duì)圖(c)按照順時(shí)針記錄,得到圖(d)所示二進(jìn)制數(shù)組,并對(duì)其進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)化即可得到圖(e)即LBP特征。

        LBP特征描述

        3. 方向梯度直方圖

        2005年Dalal等人首次定義用于表征描述圖像的局部梯度方向和梯度強(qiáng)度分布方數(shù)據(jù)的算子方向梯度直方圖(HOG)特征。該算法假定圖像具體邊緣位置未知,通過(guò)邊緣方向的分布描述樣本外形輪廓。算法通過(guò)使用水平方向的一維卷積核[-1,0,1]和豎直方向的一維卷積核計(jì)算區(qū)塊中的梯度值[-1,0,1],在獲得區(qū)塊中的梯度值后在每個(gè)區(qū)塊中構(gòu)建一個(gè)直方圖,根據(jù)區(qū)塊中每個(gè)像素的方向,在直方圖中統(tǒng)計(jì)出不同方向的幅值。考慮到性能,還能進(jìn)一步劃分出大塊部分并通過(guò)歸一化操作處理其中的光照變化和梯度強(qiáng)度,接著結(jié)合每一個(gè)直方圖就得到了局部紋理特征。

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