Реферат: Морфологический анализ цветных (спектрозональных) изображений
Реферат: Морфологический анализ цветных (спектрозональных) изображений
Пытьев Ю.П.
Московский государственный университет, Москва, Россия
1. Введение
Хорошо известно, что изображения одной и той же сцены, полученные при различных условиях освещения и(или) измененных[1] оптических свойствах объектов могут отличаться радикально. Это обстоятельство порождает значительные трудности в прикладных задачах анализа и интерпретации изображений реальных сцен, в которых решение должно не зависеть от условий регистрации изображений. Речь идет, например, о задачах выделения неизвестного объекта на фоне известной местности, известного объекта на произвольном фоне при неконтролируемых условиях освещения, о задаче совмещения изображенний одной и той же сцены, полученных в различных спектральных диапазонах и т.д.
Методы морфологического анализа, разработанные более десяти лет тому назад, [1-5], для решения перечисленных задач, были в основном ориентированы для применения к черно-белым изображениям[2] и оказались достаточно эффективными, [5-11].
Между тем, по меньшей мере два обстоятельства указывают на целесообразность разработки морфологических методов анализа цветных изображений. Во-первых, в задаче обнаружения и выделения объекта последний, как правило, прежде всего цветом отличается от фона. Во-вторых, описание формы изображения в терминах цвета позволит практически устранить эффект теней и влияние неопределенности в пространственном распределении интенсивности спектрально однородного освещения.
2. Цвет и яркость спектозонального изображения.
Рассмотрим
некоторые аспекты теории цвета так называемых многоспектральных
(спектрозональных, [13]) изображений, аналогичной классической колориметрии
[12]. Будем считать заданными n детекторов излучения со спектральными
чувствительностями j=1,2,...,n,
где l(0,¥) - длина волны излучения. Их выходные сигналы, отвечающие потоку
излучения со спектральной плотностью e(l)0, lÎ(0,¥), далее называемой излучением, образуют вектор
, w(×)=
. Определим суммарную
спектральную чувствительность детекторов
,
lÎ(0,¥), и соответствующий суммарный сигнал
назовем
яркостью излучения e(×). Вектор
назовем цветом излучения
e(×). Если
цвет e(×) и само
излучение назовем черным. Поскольку равенства
и
эквивалентны, равенство
имеет смысл и для черного
цвета, причем в этом случае
-
произвольный вектор, яркость оторого равна единице. Излучение e(×) назовем
белым и его цвет обозначим
если
отвечающие ему выходные сигналы всех детекторов одинаковы:
.
Векторы , и
,
, удобно считать элементами n-мерного
линейного пространства
. Векторы fe,
соответствующие различным излучениям e(×), содержатся в
конусе
.
Концы векторов
содержатся в
множестве
, где Ï -
гиперплоскость
.
Далее предполагается, что всякое
излучение , где E - выпуклый конус
излучений, содержащий вместе с любыми излучениями
все
их выпуклые комбинации (смеси)
Поэтому
векторы
в
образуют выпуклый конус
, а векторы
.
Если то и их аддитивная смесь
. Для нее
. (1)
Отсюда следует
Лемма 1. Яркость fe и цвет je любой аддитивной смеси e(×) излучений e1(×),...,em(×), m=1,2,... определяются яркостями и цветами слагаемых.
Подчеркнем,
что равенство , означающее
факт совпадения яркости и цвета излучений e(×) и
, как правило, содержит
сравнительно небольшую информацию об их относительном спектральном составе.
Однако замена e(×) на
в любой
аддитивной смеси излучений не изменит ни цвета, ни яркости последней.
Далее
предполагается, что вектор w(×) таков, что в E можно указать базовые
излучения , для которых векторы
, j=1,...,n,
линейно независимы. Поскольку цвет таких излучений непременно отличен от
черного, их яркости будем считать единичными,
, j=1,...,n. В
таком случае излучение
характеризуется
лишь цветом
, j=1,...,n.
Для всякого излучения e(×) можно записать разложение
, (1*)
в котором -
координаты
в базисе
,
или, в виде выходных
сигналов детекторов излучения, - , где
,
, - выходной сигнал i-го
детектора, отвечающий j-ому излучению ej(×), i, j=1,...,n. Матрица
- стохастическая, поскольку
ее матричные элементы как яркости базовых излучений
неотрицательны
и
, j=1,...,n.
При этом яркость
и вектор цвета
,
, j=1,...,n,
(конец которого лежит в Ï) определяются координатами aj и цветами излучений
, j=1,...,n,
и не зависят непосредственно от спектрального состава излучения e(×).
В ряде
случаев белое излучение естественно определять исходя из базовых излучений, а
не из выходных сигналов детекторов, считая белым всякое излучение, которому в
(1*) отвечают равные координаты: .
Заметим,
что слагаемые в (1*), у которых aj<0,[3]
физически интерпретируются как соответствующие излучениям,
"помещенным" в левую часть равенства (1*) с коэффициентами -aj>0: . В такой
форме равенство (1*) представляет “баланс излучений”.
Определим
в скалярное произведение
и векторы
, биортогонально сопряженные
с
:
, i,j=1,...,n.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12