影像特徵差異與編碼距離

普遍所見的影像特徵不外乎以顏色或紋理的型態呈現^,其中 ^,在使用上顏色描述又 以 RGB 最為廣泛; 而紋理之中 , LBP 也是近年來經常被用於影像處理的特徵表示方 式 。下方將針對此兩種特徵進行分析^,說明特徵差異與編碼距離的關係 。

3.1 RGB 特徵距離

特徵的編碼距離計算 ^,是可以用來分別特徵差異性的一種手段 。 一般而言^,較大的 距離^,用以表示較大的特徵差異^, 反之則否 。 基本的灰階色彩便擁有這樣的特色^,圖_3.1

呈現一個_{8 bit}灰階色彩的實例^,以做初步的說明 。 圖例中呈現數個灰階色彩^,顏色下方

的數字代表各個顏色的灰階值 。 其中 ^,灰階的黑色(0)與白色₍₂₅₅₎為差異最極端的兩種 顏色^,兩者距離為_{255 ,}確實能對應劇烈差異的顏色表現 ;而深灰色 ₍₃₀₎ 之於黑色 _{(0) ,} 如同淺灰色 ₍₂₃₀₎ 之於白色 _{(255) ,} 此為顏色相近的兩組顏色 ^,也呈現較接近的編碼距 離 。_RGB 色彩作為特徵便如同灰階一般 ^,特徵差異能對應至編碼距離 。 對 RGB 特徵 而言^,距離的計算便是把此三維的特徵想像成位於三軸上的一點^,透過歐幾里德距離的 方式^,進行特徵距離計算 。

DisRGB = q

(Ri− Rj)²+ (Gi− Gj)²+ (Bi− Bj)² (3.1)

圖 _3.2所示^,便是一個由_{24 bit} 的 _RGB 色彩^,所構成的範例 。 圖中呈現紅 、 橘 、 綠三 色^,並於顏色下方列出其所屬的 _RGB 特徵 。紅色與橘色人類對視覺感官而言是較為相 近的顏色;相對的綠色與前兩者的差異性就較為明顯 。 再從 _RGB 的顏色特徵的編碼觀

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圖_3.1: 灰階特徵的距離與顏色差異關係

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圖_{3.2: RGB} 特徵的距離與顏色差異關係

之^,範例中紅色的_RGB特徵為(246, 5, 22)、 橘色為(246, 124, 5)、 綠色為(21, 190, 17) , 經由計算過後^, 紅色與橘色的距離為_{120.21 ,}綠色與紅色 、 橘色的距離則各自為_291.33 、

234.79。 結果顯示紅色與橘色的距離是接近的;而綠色是遠離這兩種顏色 。 相似的顏色

將具有相近的 _RGB編碼距離 ^,兩者之間存在正相關的對應 。

3.2 LBP 特徵距離

由章節2.2可知 , LBP 編碼倚賴事先制定好的權重配置 ^,不同的權重將決定截然不

同的編碼結果 。 下方圖 3.3的範例將針對 LBP 此編碼特性^,顯示不同權重的編碼方式^, 對於編碼距離的影響 。 而_LBP 的編碼距離計算概念同於 _{RGB ,}是以代表紋理的圖樣編 碼^,計算歐幾里德距離 。

DisLBP =q

(LBPi− LBPj) (3.2)

圖例之中^,圖樣周遭全為暗點_(LBP=0)與全為亮點_(LBP=255)的差異極高^,編碼距離 表現出最大值_{255 ,}是相當合理的結果 。 而下方三個存在₇個亮點的圖樣 ^,因為編碼權重 的不同而有不一樣的編碼 ^,編碼距離的合理性也有所不同 。 若在暗點對應到權重為₁的情

形下_{, LBP} 編碼為254 , 距離計算的結果甚為適當;但是當暗點對應到的權重為₆₄甚至

128 , LBP 的編碼將變為₁₉₁與_{127 ,}顯然地失去以距離表現圖樣差異的特性 。 圖 3.4則 呈現在一個選定的權重配置下 ^, 三種LBP圖樣與編碼距離的對應關係的例子 。 當中LBP 編碼130 、₁₂₉ 、 以及3這三種圖樣 ^,在視覺上彼此間是相當的類似 ^,可是三者之間的特 徵距離卻並非如此, LBP 編碼₃與₁₃₀距離為_{127 ,}與₁₂₉的距離為_{126 ,}此兩個距離是 相近的 ;但LBP 編碼130與129距離卻僅有1 , 與前兩個距離落差很大,並沒有三者呈現 一致的相似程度 。 可見傳統_LBP編碼在某些情況下 ^,編碼距離是不能正確表達圖樣的差 異 。

由先前兩小節的範例可知 ^,與顏色相關的特徵如 :灰階 、_{RGB ,}擁有特徵差異與編 碼距離呈現連續性及一致性的特質 。 這樣的特質可以很有效地讓特徵被分群演算法以距 離為依據適當分群 ^,後續的應用如影像分群等 ^, 也才能正確地達成目標 。 而 _LBP 紋理

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圖_3.3: 同權重對於 _LBP 編碼距離之影響

紋理特徵則缺乏此種特質^, 原因在於_LBP的編碼方式受限於權重的影響頗高^,尤其是權 重愈高的點愈容易對編碼產生劇烈的變化 ^,也間接地影響了編碼距離的計算結果 。 使得 在某些情況下_{, LBP} 的編碼距離與圖樣差異的對應是有所落差^,無法同 _RGB 一般相當 完善 。 這是_LBP編碼的一個缺陷^,同時也顯示出編碼的方式稍有不同^,便能夠深深地影 響距離的表現 。 顯然地若要滿足距離計算的合理性^, 對LBP以其他方式重新給予適當的 編碼是必要的 。

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