图像处理信息技术与信息化962008年第6期基于不变矩特征的图像识别ImageSearchingandRecognitionBasedonMomentInvariant杜庆海3于忠清张佳DUQing-haiYUZhong-qingZHANGJia摘要针对目标二维形状发生平移、旋转和尺度变换的情况,采用不变矩作为图像识别的特征量。图像灰度变化时,对应的直方图形状基本保持不变。将直方图的统计特征与不变矩相结合,提出了不变矩理论的图像识别方法。通过实验验证,这种方法对图像的亮度、对比度变化不敏感,可以有效地降低光照的影响,能够更准确地对图像进行识别。关键词不变矩直方图不变矩图像识别AbstractAimatthetargetwhichhasbeentranslated,rotatedandscaled,thepapergivesamethodwhichusesmomentinvariantsasthematchingfeatureoftheimagesearchingandrecognition.Whenthegrayleveloftheimgechanges,theshapeofhistogramwillnotchange.Withthestatisticalfeaturesoftheimagehistogramandtheinvariantmoments,amatchingalgorithmbasedonmomentinvariantsisgiven.Thismethodisnotsensitivetolu2minanceandcontrast,andcouldreducetheinfluenceofillumination.Itcanrecognizetheimagemoreaccurately.KeywordsMomentinvariantHistogrammomentinvariantImagerecognition3青岛大学信息工程学院山东青岛266071引言图像识别是指给定一个查询图像,需要从图像库中找到与之类似的图像。图像识别的方法很多,按图像像素值的匹配算法包括全局相关算法[1]、快速傅立叶算法[2]等等,这种算法简单,易于实现。按图像特征的匹配方法是指在原图像和变换后的图像中进行提取,对比例、缩放、旋转、灰度变换等具有不变性的特征进行匹配的方法。不变矩方法是一种经典的特征提取方法。单纯的中心矩或是原点矩尽管可以表征平面物体的几何形状,却都不具有不变性,但可从这些矩构造不变量。Hu[3,4]提出图像的7个不变矩具有平移、旋转、比例不变性,在目标识别、图像匹配、形状分析等领域得到了广泛的应用;JanFlusser和TomasSuk[5,6]又提出了另外一些不变量,并将之运用于字符和图像的识别,取得了不错的效果。图像灰度变化时,在感观上发生了很大的变化,但它所对应的直方图在形态上的变化却不会很大,可利用直方图所含有的相关信息量来描述图像信息。本文选取了3个不变矩,并且把图像的直方图不变矩及其统计特征量作为特征向量运用到图像识别中,两个图像之间的相似性程度可以用这些不变量的数值进行描述。1不变矩理论矩在统计学中用于表征随机量的分布,而在力学中用于表征物质的空间分布。若把二值图像或灰度图看作是二维密度分布函数,就可把矩技术应用于图像分析中[7]。对于任意非负整数p,q,二维图像模式f(x,y)在平面R2上的p+q阶矩定义为:mpq=∫∞∞∫∞∞xpyqf(x,y)dxdy,p,q=0,1,2,L(1)式中f(x,y)为图像的灰度(密度),仅在有限R2平面上分段连续。显然,mpq由f(x,y)唯一确定,反之亦然。由于mpq不具有平移不变性,因此定义p+q阶中心矩为:μpq=∫∞∞∫∞∞(x-x)p(y-y)qf(x,y)dxdy,p,q=0,1,1,L(2)归一化中心矩ηpq定义为:ηpq=μpq/μT00,r=(p+q+2)/2,p+q=2,3,L(3)2不变矩特征提取对于数字图像,积分用求和代替,对于一分辨率为M×N的数字图像f(x,y),在离散情况下,mpq定义为[7]:mpq=∑Mx=1∑Ny=1xpyqf(x,y),μpq=∑Mx=1∑Ny=1(x-x)p(y-y)qf(x,y)(4)其中,p,q=0,1,2,L;x,y是图像的重心坐标x=∑x∑yxf(x,y)/∑x∑yf(x,y),y=∑x∑yxf(x,y)/∑x∑yf(x,y)(5)JanFlusser和TomasSuk又提出了另外一些不变量,并将之运用于字符和图形的识别,取得了不错的效果。根据实验结果和计算量的大小,我们总结了3个不变量,公式如下:f1=η20+η02,f2(η20-η02)2+4η211,f3=η20η02-η2113直方图特征提取图像的直方图反映图像的统计特性,它表达了图像中取不同灰度值的面积或者像素数在整幅图像中所占的比例,通过直方图还可以求出一幅图像中所含的信息量。因此,当同一区域的成像条件发生改变时,虽然人眼看上去图像发生了很大的变化,但是信息技术与信息化图像处理2008年第6期97它所对应的直方图在形态上的变化却不会很大。所以,可以利用直方图所含有的信息量来定义图像的不变特征,从而找出图像之间的匹配点。设二维图像...
