Кіріспе

Сурет мазмұны туралы ақпарат. Компьютерлік көру және кескіндерді өңдеуде ерекшелік – сурет мазмұны туралы ақпараттың бір бөлігі; әдетте суреттің белгілі бір аймағында нақты қасиеттердің болуы туралы. Ерекшеліктер суреттегі нүктелер, шеттер немесе нысандар сияқты нақты құрылымдар болуы мүмкін. Сондай-ақ, ерекшеліктер суретке қолданылған жалпы аймақтық операцияның немесе ерекшеліктерді анықтаудың нәтижесі болуы мүмкін. Басқа мысалдарға кескіндер тізбегіндегі қозғалысқа қатысты немесе әртүрлі кескіндер аймақтары арасындағы қисық сызықтар немесе шекаралар арқылы анықталған пішіндер жатады. Көп мағыналы түрде, ерекшелік – нақты қолданбаға байланысты есептеу міндетін шешу үшін маңызды кез келген ақпарат. Бұл машиналық оқыту және үлгіні танудағы ерекшелік ұғымымен үйлеседі, бірақ кескіндерді өңдеуде ерекшеліктердің өте кең жиынтығы бар. Ерекшелік ұғымы өте жалпы, ал нақты компьютерлік көру жүйесіндегі ерекшеліктерді таңдау қолдағы нақты мәселеге тікелей байланысты болуы мүмкін.

Анықтама

Қасиеттің жалпыға бірдей немесе нақты анықтамасы жоқ, және нақты анықтама көбінесе проблемаға немесе қолданылу түріне байланысты. Дегенмен, қасиет әдетте суреттің "қызықты" бөлігі ретінде анықталады және қасиеттер көптеген компьютерлік көру алгоритмдерінің бастапқы нүктесі ретінде қолданылады. Қасиеттер келесі алгоритмдер үшін бастапқы нүкте және негізгі элементтер ретінде пайдаланылатындықтан, жалпы алгоритм көбінесе оның қасиетті анықтағышы сияқты жақсы болады. Сәйкесінше, қасиетті анықтағыштың қажетті қасиеті – қайталанатындық: бір көріністің екі немесе одан да көп түрлі суретінде бірдей қасиет анықталады ма, жоқ па. Қасиетті анықтау – төмен деңгейдегі кескін өңдеу операциясы. Яғни, бұл әдетте суреттегі алғашқы операция ретінде орындалады және әрбір пикселде сол пикселде қасиет бар ма, жоқ па, соны тексеру үшін қаралады. Егер бұл үлкен алгоритмнің бөлігі болса, онда алгоритм әдетте суретті тек қасиеттердің аймағында тексереді. Қасиеттерді анықтау үшін қажетті алғышарт ретінде кіріс суреті әдетте Гаусс ядросымен масштабтық кеңістікте тегістеледі және бір немесе бірнеше қасиеттік суреттер есептеледі, көбінесе жергілікті сурет туындылары арқылы өрнектеледі. Кейде, қасиетті анықтау есептеу жағынан қымбат болғанда және уақыт шектеулері болғанда, қасиетті анықтау сатысын басқару үшін жоғары деңгейдегі алгоритм қолданылуы мүмкін, сондықтан суреттің белгілі бір бөліктері ғана қасиеттерді іздеу үшін пайдаланылады. Бастапқы қадам ретінде қасиетті анықтауды қолданатын көптеген компьютерлік көру алгоритмдері бар, сондықтан нәтижесінде қасиетті анықтағыштардың өте көп саны жасалды. Бұл анықталған қасиеттердің түрлері, есептеу күрделілігі және қайталанатындығы бойынша кеңінен өзгереді. Суретте қолданылатын жергілікті көршілік операциялары тұрғысынан қасиеттер анықталған кезде, әдетте қасиеттерді алу деп аталатын процедура, белгілі бір сурет нүктесінде берілген типтегі қасиет бар ма, жоқ па, жергілікті шешімдерді шығаратын қасиетті анықтау тәсілдерін және нәтижесінде бинарлық емес деректерді шығаратындарды ажырата алады. Бұл айырмашылық, анықталған қасиеттер салыстырмалы түрде сирек кездескен кезде маңызды болады. Жергілікті шешімдер қабылдануға қарамастан, қасиетті анықтау кезеңінің нәтижесі екілік сурет болуы міндетті емес. Нәтиже жиі сурет нүктелерінің (байланысты немесе байланысы жоқ) координаттарының жиынтығы ретінде бейнеленеді, кейде субпикселдік дәлдікпен анықталады. Қасиеттерді алу жергілікті шешім қабылдамай жасалса, нәтиже көбінесе қасиеттік сурет деп аталады. Сәйкесінше, қасиеттік суретті бастапқы сурет сияқты бірдей кеңістіктік (немесе уақытша) айнымалылардың функциясы ретінде қарастыруға болады, бірақ пиксельдердегі мәндер интенсивтілік немесе түс орнына сурет қасиеттері туралы ақпаратты қамтиды. Бұл бейнелеу суретін бейне сенсордан алынған қарапайым сурет сияқты ұқсас тәсілмен өңдеуге болады дегенді білдіреді. Қасиеттік суреттер жиі қасиеттерді анықтау алгоритмдерінің интеграцияланған қадамы ретінде есептеледі.

Фигура векторлары мен фигура кеңістіктері

Кейбір қолданбаларда сурет деректерінен қажетті ақпаратты алу үшін бір ғана ерекшелік түрін іздеу жеткіліксіз. Оның орнына екі немесе одан көп түрлі ерекшеліктер ізделеді, нәтижесінде әр сурет нүктесі үшін екі немесе одан көп ерекшелік сипаттамалары пайда болады. Көпте қолданылатын тәсіл – барлық осы сипаттамалар ұсынған ақпаратты бір вектордың элементтері ретінде ұйымдастыру, бұл әдетте ерекшелік векторы деп аталады. Мүмкін болатын барлық ерекшелік векторларының жиынтығы ерекшелік кеңістігін құрайды. Ерекшелік векторларының кең таралған мысалы – әр сурет нүктесінің белгілі бір сыныпқа жататыны анықталатын жағдайларда кездеседі. Егер әр сурет нүктесіне сәйкес ерекшеліктер жиынтығына негізделген ерекшелік векторы болса, яғни әр сынып сәйкес ерекшелік кеңістігінде жақсы бөлінген болса, онда әр сурет нүктесін стандартты сыныптау әдісімен жіктеуге болады. Тағы бір, осыған байланысты мысал – нейрондық желілерге негізделген өңдеу суреттерге қолданылғанда туындайды. Нейрондық желіге берілетін кіріс деректері көбінесе әр сурет нүктесінен ерекшелік векторы түрінде ұсынылады, мұнда вектор сурет деректерінен ізделінген бірнеше түрлі ерекшеліктерден құралады. Оқу кезеңінде желі қолдағы мәселені шешу үшін түрлі ерекшеліктердің қай комбинациялары пайдалы екенін өзі анықтай алады.

Қалқалар

Шеттер – екі кескін аймағының арасындағы шекара (немесе жиек) болатын нүктелер. Жалпы алғанда, шет кез келген пішінде болуы мүмкін және түйісулерді де қамтуы мүмкін. Іс жүзінде, шеттер әдетте кескіндегі күшті градиент шамасына ие нүктелер жиынтығы ретінде анықталады. Сонымен қатар, кейбір алгоритмдер жоғары градиентті нүктелерді тізбектеп, шеттің толыққанды сипаттамасын құрастырады. Бұл алгоритмдер шеттің пішіні, тегістігі және градиент мәні сияқты қасиеттеріне белгілі бір шектеулер қояды. Жергілікті жағдайда, шеттер бір өлшемді құрылымға ие.

Бұрыштар / қызығушылықтар

Бұрыштар мен қызығушылық нүктелері терминдері көбінесе бірін-бірі алмастырып қолданылады және кескіндегі жергілікті екі өлшемді құрылымы бар, нүкте тәрізді ерекшеліктерді білдіреді. "Бұрыш" атауы алғашқы алгоритмдер шеттерді анықтап, содан кейін бағыттың күрт өзгеруін табу үшін оларды талдаған кезде пайда болды (бұрыштар). Кейін бұл алгоритмдер дамытылды, сондықтан шеттерді анықтап шығу қажет болмай қалды, мысалы, кескін градиентіндегі жоғары қисықтық деңгейін іздеу арқылы. Содан кейін, дәстүрлі мағынада бұрыштар емес кескін бөліктерінде де осы "бұрыштар" анықталатыны байқалды (мысалы, қараңғы фондағы шағын жарқын нүкте анықталуы мүмкін). Бұл нүктелер көбінесе қызығушылық нүктелері деп аталады, бірақ дәстүр бойынша "бұрыш" термині қолданылады.

Қызығушылық туғызатын бөліктер / аймақтар

Блобтар сурет құрылымдарын аймақтар тұрғысынан сипаттайды, бұрыштар нүктелерге ұқсас болса, блобтар одан өзгеше. Дегенмен, блоб дескрипторларында жиі басым нүкте (оператор жауабының жергілікті максимумы немесе ауырлық орталығы) болады, сондықтан көптеген блоб детекторларын қызығушылық нүктесі операторлары деп қарастыруға болады. Блоб детекторлары бұрыштық детекторлармен анықтау қиын, тым тегіс аймақтарды анықтай алады. Мысалы, суретті кішірейтіп, содан кейін бұрыштарды анықтауға тырысыңыз. Детектор кішірейтілген суретте өткір нүктелерге, ал түпнұсқа суретте тегіс нүктелерге жауап береді. Осы тұста бұрыштық және блоб детекторлары арасындағы шекара шамалы нашарлайды. Бұл айырмашылықты дұрыс масштабты ескере отырып түзетуге болады. Дегенмен, әртүрлі масштабтағы әртүрлі сурет құрылымдарына жауап беру қасиеттеріне байланысты LoG және DoH блоб детекторлары бұрыштарды анықтау туралы мақалада да талқыланады.

Қалқалар

Ұзынша заттар үшін қырқалар тұжырымдамасы табиғи құрал болып табылады. Сұр деңгейлі кескіндерден есептелген қырқа дескрипторы медиальді осьтің жалпылауы ретінде қарастырылуы мүмкін. Практикалық тұрғыдан алғанда, қырқа – симметрия осын көрсететін бір өлшемді қисық, және әрбір қырқа нүктесімен байланысты жергілікті қырқа енінің қасиетіне ие. Алайда, өкінішке орай, қырқа ерекшеліктерін сұр деңгейлі кескіндердің жалпы сыныптарынан шығару, шеттерге, бұрыштарға немесе дақтарға қарағанда алгоритмдік тұрғыдан қиынырақ. Дегенмен, қырқа дескрипторлары әуе суреттерінен жолдарды анықтау және медициналық суреттерде қан тамырларын бөліп алу үшін жиі қолданылады – қырқаны анықтауға қараңыз.

Экстракциялау

Белгілер анықталғаннан кейін, белгінің айналасындағы жергілікті кескін бөлігін алуға болады. Мұндай алуға айтарлықтай бейне өңдеу қажет болуы мүмкін. Нәтижесі – белгі сипаттамасы немесе белгі векторы деп аталады. Белгіні сипаттау үшін қолданылатын тәсілдердің ішінде N-сәулелер және жергілікті гистограммаларды атауға болады (жергілікті гистограмма сипаттамасының бір мысалы үшін масштабқа тәуелсіз ерекшелік түрлендіруін қараңыз). Мұндай қасиеттік ақпараттан басқа, белгіні анықтау кезеңінің өзі, шеттік анықтаудағы шеттік бағыты мен градиент мөлшері, ал бұршақтарды анықтаудағы бұршақтың полярлығы мен күші сияқты қосымша қасиеттерді де ұсынуы мүмкін.

Иілгіш

Шеттік бағыт, қарқындылығының өзгеруі, автокорреляция.

Кескін қозғалысы

Қозғалыс анықтау. Аймақ негізіндегі, ерекшелену тәсілі. Оптикалық ағын.

Өкілдік

Белгілі бір кескін ерекшелігі, кескін деректеріндегі белгілі бір құрылым тұрғысынан анықталғанда, көбінесе әртүрлі тәсілдермен бейнеленуі мүмкін. Мысалы, шет, сол нүктеде бар-жоғын көрсететін, әрбір кескін нүктесіндегі логикалық айнымалы ретінде бейнеленуі мүмкін. Балама ретінде, шептің болуын нақты айтудың орнына, оның болуына сенімділік деңгейін көрсететін бейнелеуді пайдалануға болады және бұл ақпаратты шептің бағыты туралы мәліметтермен біріктіруге болады. Сол сияқты, белгілі бір аймақтың түсі орташа түс (үш скаляр) немесе түс гистограммасы (үш функция) арқылы бейнеленуі мүмкін. Компьютерлік көру жүйесі немесе алгоритмі құрылғанда, ерекшеліктерді бейнелеуді таңдау өте маңызды мәселе болуы мүмкін. Кейбір жағдайларда, мәселені шешу үшін ерекшеліктің толық сипаттамасы қажет болуы мүмкін, бірақ бұл көбірек деректерді және күшті өңдеуді талап етеді. Төменде, тиімді бейнелеуді таңдауға қатысты факторлар талқыланады. Осы талқылауда ерекшелік бейнелеуінің бір мысалы ерекшелік дескрипторы немесе жай ғана дескриптор деп аталады.

Қауіпсіздік немесе сенім

Сурет ерекшеліктерінің екі мысалы – сурет тізбегіндегі жергілікті жиектің бағыты және жергілікті жылдамдық. Бағыт жағдайында, егер тиісті аймақта бірнеше жиек болса, бұл ерекшеліктің мәні анықталмауы мүмкін. Жергілікті жылдамдық, егер тиісті сурет аймағында кеңістіктік өзгерістер болмаса, анықталмайды. Осы байқаудың салдарынан, ерекшелік мәні туралы мәлімдемеге қатысты сенімділік немесе нақтылық өлшемін қамтитын ерекшелік бейнелеуін пайдалану маңызды болуы мүмкін. Әйтпесе, бір сипаттамашы төмен сенімділікке және нөлге жақын ерекшелік мәндерін бейнелеу үшін қолданылуы мүмкін, бұл осы сипаттамашыны түсіндірудегі екіұштылыққа әкеледі. Қолданысқа байланысты, мұндай екіұштылық қабылдануы немесе қабылдануы мүмкін емес. Атап айтқанда, егер ерекшеленген сурет келесі өңдеулерде қолданылатын болса, сенімділік немесе нақтылық туралы ақпаратты қамтитын ерекшелік бейнелеуін пайдалану орынды болуы мүмкін. Бұл бірнеше сипаттамашылардан жаңа ерекшелік сипаттамасын есептеуге мүмкіндік береді, мысалы, бір сурет нүктесінде, бірақ әртүрлі масштабтарда немесе әртүрлі, бірақ жақын орналасқан нүктелерден, салмақты орташа есептеу арқылы, мұнда салмақтар тиісті сенімділіктерден алынады. Ең қарапайым жағдайда, тиісті есептеуді ерекшеленген сурет үшін төмен өткізгіш сүзгі ретінде жүзеге асыруға болады. Нәтижесінде алынған сурет, әдетте, шуға төзімді болады.

Орташалау

Өңдеуге нақтылық өлшемдері қосылғаннан бөлек, сәйкес белгілердің мәндерін бейнелеу орташалау операциясына жарамды болуы немесе болмауы мүмкін. Көптеген белгілерді тәжірибеде орташалауға болады, бірақ нәтижедегі дескрипторға белгінің мәні тұрғысынан дұрыс түсіндіруді тек белгілі бір жағдайларда ғана беруге болады. Мұндай бейнелеулер орташаланатын деп аталады. Мысалы, егер жиектің бағыты бұрыш арқылы көрсетілсе, онда бұрыш ең жоғары мәнінен ең төменгі мәніне дейін өтетін үзіліс болуы керек. Осының салдарынан, екі ұқсас бағыт бастапқы бұрыштардың ешқайсысына жақын емес орташа бұрышпен бейнеленуі мүмкін, сондықтан бұл бейнелеу орташаланбайды. Жиектің бағытын бейнелейтін басқа да тәсілдер бар, мысалы, құрылымдық тензор, олар орташаланады. Тағы бір мысал – қозғалыс, кейбір жағдайларда тек кейбір жиектерге қатысты нормальды жылдамдық ғана анықталады. Егер екі мұндай белгі анықталса және олар нақты бір жылдамдыққа сілтеме жасайды деп есептелсе, онда бұл жылдамдық нормальды жылдамдық векторларының орташасы ретінде берілмейді. Сондықтан, нормальды жылдамдық векторлары орташаланбайды. Оның орнына, қозғалысты бейнелейтін матрицалар немесе тензорлар бар, олар нормальды жылдамдық дескрипторларының орташалау операциясы арқылы нақты жылдамдықты береді.

Сәйкестікті анықтау

Әрбір суретте анықталған ерекшеліктер бірнеше суретте сәйкес ерекшеліктерді, мысалы, сәйкес нүктелерді табу үшін салыстырылуы мүмкін. Алгоритм эталондық сурет пен мақсатты сурет арасындағы нүктелік сәйкестіктерді салыстыру және талдау негізінде жұмыс істейді. Егер шатасқан көріністің кез келген бөлігі шекті мәннен жоғары сәйкестіктерді көрсетсе, шатасқан көрініс суретінің сол бөлігі мақсатты деп есептеліп, онда эталондық объектінің бар екені анықталады.