Введение

В области компьютерного зрения, анализа изображений и обработки сигналов понятие масштабного пространственного представления используется для обработки данных измерений в нескольких масштабах и, в частности, для усиления или подавления особенностей изображения в разных диапазонах масштаба (см. статью о масштабном пространстве). Специальный тип представления масштабного пространства обеспечивается гауссовым масштабным пространством, где данные изображения в N измерениях подвергаются сглаживанию гауссовым сгибом. Большая часть теории гауссовского масштаба пространства имеет дело с непрерывными изображениями, тогда как при реализации этой теории придется столкнуться с тем, что большинство измерительных данных дискретны. Следовательно, возникает теоретическая проблема, касающаяся того, как дискретизировать непрерывную теорию, сохраняя или хорошо приближая желательные теоретические свойства, которые приводят к выбору гауссового ядра (см. статью об аксиомах масштабного пространства). В этой статье описываются основные подходы к этому, которые были разработаны в литературе.

Рекурсивные фильтры

Поскольку вычислительная эффективность часто важна, рекурсивные фильтры низкого порядка часто используются для сглаживания масштабного пространства. Например, Янг и ван Влиет используют рекурсивный фильтр третьего порядка с одним реальным полюсом и парой сложных полюсов, применяемых вперед и назад, чтобы сделать симметричное приближение шестого порядка к гауссовому с низкой вычислительной сложностью для любой шкалы сглаживания. Расслабляя некоторые аксиомы, Линдеберг Тан и др. Анализировали и сравнили некоторые из этих подходов и указали, что фильтры Янга и ван Влиэта являются каскадом (множением) фильтров вперед и назад, в то время как Дериче и Джин и др. фильтры - это сумма фильтров вперед и назад. При тонких масштабах рекурсивный подход фильтрации, а также другие отделяемые подходы не гарантируют наилучшего приближения к ротационной симметрии, поэтому неразделимые реализации для 2D-образов могут рассматриваться в качестве альтернативы. При вычислении нескольких производных в N-джете одновременно, дискретное сглаживание пространства масштаба с дискретным аналогом гауссовского ядра или с рекурсивным фильтром приближения, за которым следуют операторы малой разницы поддержки, может быть быстрее и точнее, чем вычисление рекурсивных приближений каждого производного оператора.

Реализация в режиме реального времени в рамках пирамид и дискретная аппроксимация деривативов, нормированных по масштабу

Что касается темы автоматического выбора шкалы на основе нормализованных производных, то пирамидальные приближения часто используются для получения производительности в реальном времени. Соответствие приближения масштабных пространственных операций в пирамиде происходит от того, что повторное каскадное сглаживание с обобщенными биномиальными ядрами приводит к эквивалентным ядрам сглаживания, которые при разумных условиях приближаются к гауссовым. Кроме того, можно показать, что биномиальные ядра (или более широко класс обобщенных биномиальных ядров) представляют собой уникальный класс конечных поддерживающих ядров, которые гарантируют не создание локальных экстремальных или нулевых пересечений с увеличением масштаба (см. статью о многомасштабных подходах для подробностей). Однако, возможно, потребуется особое внимание, чтобы избежать артефактов дискреции.

Другие многомасштабные подходы

Для одномерных ядра существует хорошо развитая теория многомасштабных подходов, касающаяся фильтров, которые не создают новые локальные крайности или новые нулевые пересечения с увеличением масштабов. Для непрерывных сигналов фильтры с реальными полюсами в плоскости s относятся к этому классу, в то время как для дискретных сигналов вышеописанные рекурсивные и FIR фильтры удовлетворяют этим критериям. В сочетании со строгим требованием непрерывной структуры полугрупп непрерывный гауссов и дискретный гауссов представляют собой уникальный выбор для непрерывных и дискретных сигналов. Существует много других многомасштабных технологий обработки сигналов, обработки изображений и сжатия данных, использующих волновые и различные другие ядра, которые не используют или не требуют тех же требований, что и описания масштабного пространства; то есть они не зависят от более грубого масштаба, не генерирующего новую крайнюю точку, которая не присутствовала в более тонком масштабе (в 1D) или не улучшает локальную крайнюю точку между соседними уровнями масштаба (в любом количестве измерений).