一种基于方向滤波器的纹理图像方向场估计方法

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1、一种基于方向滤波器的纹理图像方向场估计方法宋亮，王引弟，石光明（电子工程学院，西安电子科技大学，西安710071）摘要：本文提出一种基于方向滤波器的纹理图像方向场估计方法。该方法通过设计一个具有较窄过渡带、较高阻带衰减和线性相位特性的原型楔形滤波器，经旋转（双立方插值）得到一组代表不同方向的方向滤波器，对纹理图像进行多方向分解。同时，借助于方向向量加权的方法，可用于纹理图像的精确方向场估计。本文设计方法简单，可实现具有任意方向分辨率的图像方向分解。实验结果表明了该方法对纹理图像具有准确的方向估计能力。关键词：纹理

2、图像；方向滤波器；方向图ADirectionalFilter-basedOrientationFieldEstimationMethodforTextureImagesSONGLiang,WANGYin-di,SHIGuang-ming(SchoolofElectronicEngineering,XidianUniv.Xi’an710071,China)Abstract:Inthispaper,wepresentanewdirectionalfilter-basedorientationfieldestimati

3、onmethodfortextureimages.Inourmethod,weonlyneedtodesignonewedge-shapedprototypedirectionalfilterwithnarrowbandwidth,highstopbandattenuationandlinearphaseproperty.Theremainingfilterscorrespondingtootherdirectionsareobtainedbyrotatingtheprototypefilterwithbicub

4、icinterpolation.Sowecanobtainarbitrarydirectionalresolutionwithlowdesigncomplexwhenanalysisthedirectionalinformationoftextureimage.Atthesametime,byemployingthedirectionalvector-weightedalgorithm,wecanestimatetheorientationfieldexactlytogetthedirectionalinform

5、ationofthetextureimages.Experimentalresultsillustratetheeffectivenessoftheproposedmethod.keywords:textureimages;directionalfilter;orientationmap1前言以JPEG2000为基础的基于自适应方向提升（ADL）结构小波变换[1]的图像压缩技术已被证实为一种更适合处理复杂纹理图像的压缩技术。该技术在进行提升变换之前先将图像分块，检测子块的纹理信息，确定相关性最大的方向，然后对各个

6、子块在相关性最大的方向进行预测和更新。因此，子块方向预测的精度对整个变换起着至关重要的作用。然而，ADL的方向选择范围具有较大的局限性。针对该方法存在的不足，C.Chang[2]等学者在ADL结构的基础上提出了Quincunx采样方向提升结构。但其差值策略比较粗略，所选的方向数目较少，导致方向预测的精度也不高。近年来，有学者提出一种用于图像压缩的曲线小波变换（curvedwavelettransform）技术[3]，其核心依然是对纹理图像的方向预测。本文通过设计一个提取图像垂直方向信息的原型楔形滤波器，采用双立方

7、插值法对该滤波器的系数矩阵进行插值以实现滤波器的旋转，从而得到一组方向滤波器并分别对图像进行方向滤波。之后，对各方向滤波器的输出进行方向判断和方向向量加权以提取图像中的方向信息。宋亮，男，1979年1月生，宁夏平罗县人，现为西安电子科技大学硕士研究生国家自然科学基金（批准号:60372047）和陕西省自然科学基金（批准号:2005F44和2005F10）资助项目2方向滤波器设计首先采用文献[4]方法设计原型楔形滤波器，如图1中（1）所示。这里，原型滤波器长度为99×3，阻带衰减A=−29.8dB。根据傅里叶变换性

8、质,当图像旋转θ度时,其频谱也相应旋转θ度。因此，s我们对图1（1）中的原型楔形滤波器的系数矩阵进行旋转（双立方插值操作），以实现代表任意方ooo向的方向滤波器。这里，我们将整个0~360频域平面划分为12等份，方向分辨率为θ=15。图10（1）～（12）给出了所得12个归一化方向滤波器谱支撑域。（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12