纹理特征简介

纹理的定义：

纹理是一种反映图像中同质现象的视觉特征，它体现了物体表面的具有缓慢变化或者周期性变化的表面结构组织排列属性。纹理具有三大标志：某种局部序列性不断重复、非随机排列、纹理区域内大致为均匀的统一体。纹理不同于灰度、颜色等图像特征，它通过像素及其周围空间邻域的灰度分布来表现，即：局部纹理信息。局部纹理信息不同程度的重复性，即全局纹理信息。

 

纹理的分类：

纹理特征可以分为四种类型：

（1）统计型纹理特征：

基于像元及其邻域内的灰度属性，研究纹理区域中的统计特征，或者像元及其邻域内灰度的一阶、二阶或者高阶统计特征。

统计型纹理特征中以GLCM（灰度共生矩阵）为主，它是建立在估计图像的二阶组合条件概率密度基础上的一种方法。GLCM主要描述在theta方向上，相隔d个像元距离的一对像元分别具有灰度值i和j的出现的概率。尽管GLCM提取的纹理特征具有较好的鉴别能力，但是这个方法在计算上是昂贵的，尤其是对于像素级的纹理分类更具有局限性。并且，GLCM的计算较为耗时，好在不断有研究人员对其提出改进。

 

（2）模型型纹理特征：

假设纹理是以某种参数控制的分布模型方式形成的，从纹理图像的实现来估计计算模型参数，以参数为特征或采用某种策略进行图像分割，因此，模型参数的估计是这种方法的核心问题。

模型型纹理特征提取方法以随机场方法和分形方法为主。

随机场模型方法：试图以概率模型来描述纹理的随机过程，它们对随机数据或随机特征进行统计运算，进而估计纹理模型的参数，然后对一系列的模型参数进行聚类，形成和纹理类型数一致的模型参数。由估计的模型参数来对灰度图像进行逐点的最大后验概率估计，确定像素及其邻域情况下该像素点最可能归属的概率。随机场模型实际上描述了图像中像素对邻域像素的统计依赖关系。

分形模型方法：分数维作为分形的重要特征和度量，把图像的空间信息和灰度信息简单而又有机的结合起来，因而在图像处理中备受人们的关注。分数维在图像处理中的应用时以两点为基础：（a）自然界中不同种类的形态物质一般具有不同的分形维；（b）由于研究人员的假设，自然界中的分形与图像的灰度表示之间存在着一定的对应关系。研究表明，人类视觉系统对于粗糙度和凹凸性的感受与分形维数之间有着非常密切的联系。因此，可以用图像区域的分形维数来描述图像区域的纹理特征。分形维描述纹理的核心问题是如何准确地估计分形维。

 

 

（3）信号处理型纹理特征：

建立在时域、频域分析与多尺度分析基础之上，对纹理图像中某个区域内实行某种变换之后，再提取保持相对平稳的特征值，以此特征值作为特征表示区域内的一致性以及区域间的相异性。

信号处理类的纹理特征主要是利用某种线性变换、滤波器或者滤波器组将纹理转换到变换域，然后应用某种能量准则提取纹理特征。因此，基于信号处理的方法也称之为滤波方法。大多数信号处理方法的提出，都基于这样一个假设：频域的能量分布能够鉴别纹理。

 

（4）结构型纹理特征：

基于“纹理基元”分析纹理特征，着力找到纹理基元，认为纹理由许多纹理基元构成，不同类型的纹理基元、不同的方向及数目，决定了纹理的表现形式。

 

以上四种纹理特征提取方法中，信号处理型纹理特征主要从变换域提取纹理特征，其余三种纹理提取方法则直接从图像域提取纹理特征。各种类型的纹理特征提取方法之间既有区别又有联系。