從一個複雜的圖像中分割出物體之後,接著就要著重解決物體的度量問題,通過測量達到識別物體、理解物體性質的目的。
一、物體尺寸分析
首先,選用像素數量表示空間尺度,從灰度級計算光量度,然後對實際物體進行標定。數字化儀中的光量度校準曲線提供了一種將灰度級轉換為光量度單位的方法。通常,這是一個簡單的線性方程。對圖像進行的任何點運算也必須使用光量度校準。
(一)麵積和周長
麵積是物體總尺寸中一個比較方便的度量。麵積隻與該物體的邊界有關,而與其內部灰度級的變化無關。物體的周長在區別具有簡單或複雜形狀物體時特別有用,麵積和周長可以很容易地從已分割的圖像提取物體的過程中計算出來。
最簡單的麵積計算方法是統計邊界內部(也包括邊界上)的像素的數目。與這個定義相對應,周長就是圍繞所有這些像素的外邊界長度。通常測量這個距離時包含了許多90°的轉彎,從而誇大了周長值。
(1)多邊形的周長一個讓人更滿意的測量物體周長的方法是將物體邊界定義為以各邊界像素中心為頂點的多邊形,而相應的周長就是一係列橫豎向(Δp=1)和對角線方向(Δp=2)的間距之和。一個物體的周長可表示為
p=Ne+2No
其中Ne和No分別是邊界鏈碼中走偶步與走奇步的數目。周長也可以簡單地從物體分塊文件中通過計算邊界上相鄰像素的中心距的和得到。
(2)多邊形的麵積按像素中心定義的多邊形的麵積等於所有像素點的個數減去邊界像素點數目的一半加1,即A=Na-Nb2+1
Na和Nb分別是物體的邊界內像素數目和邊界上像素的數目。這種以像素點計數法表示麵積的修正方法是基於這樣的認識。在通常情況下,一個邊界像素的一半在物體內而另一半在物體外;而且,繞一個封閉曲線一周,由於物體總的說來是凸的,相當於一半像素的附加麵積是落在物體外的。換句話說,我們可以通過減去周長的一半來近似地修正這種由像素點計數導出的麵積。
1.計算麵積和周長
有一種簡單的計算方法,可在對多邊形的一次巡查中算出其麵積和周長。
dA=x2y1-12x1y1-12x2y2-12(x2-x1)(y2-y1)
展開並整理該式可簡化為
dA=12(x1y2-x2y1
A=12∑Nbi=1(xiyi+1-xi+1yi)
需注意的是,如果原點位於物體之外,任意一個特定的三角形都包含了一些不在多邊形內的麵積。還應注意一個特定三角形的麵積可以為正或負,它的符號是由巡查邊界的方向來決定的。當對邊界作了一次完整的巡查後,落在物體之外的麵積都已被減去。
相應的周長等於多邊形各邊長之和。如果該多邊形的所有邊界點都用作頂點,周長將成為前麵所得出的所有橫豎向和對角線方向測量值之和。
2.邊界平滑
通常,由於圖像噪聲和邊界點被限製在矩形采樣網格內,周長的測量值人為地偏高。因此,邊界需要進一步平滑。可以在隻用邊界像素的一個子集作為頂點來計算麵積和周長時實現,尤其是在曲率很小的區域上,可以簡單地跳過一些邊界像素。但是,過分使用這樣的處理會使物體的真實形狀受損而且會降低測量的精確性。
邊界平滑也可以用參數形式表示邊界的方式實現。如果物體凹陷不嚴重,邊界可以通過以物體內某點為極點的極坐標表示。在這種情況下,邊界可用ρ(θ)形式的函數表示,惟一的要求是對每個θ,ρ值必須惟一。
如果形狀過於複雜以至於這樣的極點不存在,邊界可以用更一般的複數邊界函數表示:
B(pi)=xi+jyi(2-33)
這裏pi是從邊界上任意一個起點到第i個邊界點的距離,i=1,2,…,Nb是邊界點的序號。
在這兩種情況中,參數邊界函數都是周期性的。它的一個周期可以在頻域中以下列步驟進行低通濾波:①傅裏葉變換;②乘以一個無相位(實的和偶的)低通傳遞函數;③傅裏葉逆變換。
(二)平均和綜合密度
綜合密度是物體所有像素的灰度級之和,
IOD=∫a0∫b0D(x,y)dxdy(2-34)
式中a、b——劃定圖像區域的邊界
IOD反映了物體的“質量”或“重量”,從數量上等價於麵積乘以物體內部的平均灰度級。平均密度等於IOD除以麵積。
(三)長度和寬度
當一個物體已從一幅圖像中提取出來後,計算它在水平和垂直方向的跨度是很容易的,隻需知道物體的最大和最小行列號就可計算。但對具有隨機走向的物體,水平和垂直並不一定是感興趣的方向。在這種情況下,有必要確定物體的主軸並測量與之有關的長度和寬度。
當物體的邊界已知時,有幾種方法可以確定一個物體的主軸:實踐中可以通過統計物體內部點獲得一條最佳擬合直線;主軸線也可以從矩的計算中獲得;第三種方法是應用物體的最小外接矩形(MER)。
應用MER技術,物體的邊界以3°左右的增量旋轉90°,每次旋轉一個增量後,用一個水平放置的MER來擬合其邊界。為了計算需要,隻需記錄下旋轉後邊界點的最大和最小x,y值。在某個旋轉角度,MER的麵積達到最小值。這時的MER的尺寸可以用來表示該物體的長度和寬度。 MER最小時的旋轉角度繪出了該物體的主軸方向,這種技術對於矩形形狀的物體特別有用,對於普通形狀的物體也能給出滿意的結果。