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第3期 宋强等：基于结构谱的中厚板表面缺陷识别方法 .343 1,j)g(i-1,j+1),g(ij1),g(i,j),g(i,j+ y T.∈MAX 1),g(计1，j1),g(计1，j),g(+1,j+1)该 Pn 0,T MAX (2) 3×3区域的基本结构模板响应值定义为： 式中，MAX为值最大的四个T。所组成的集合 T.=.空之M(g(tj+ 结构模式能够反映图像3×3区域的主要结构 信息，灰度线性变化只影响基本结构模板的响应 式中，Mm为第n个基本结构模板，tn为相应模板的 值，却不会影响各响应值的相互关系，也就是说，灰 响应系数，其中八邻域点结构模板和波纹结构模板 度线性变化不会改变集合MAX的内容，因此也不 的响应系数为1/8，四邻域点结构模板的响应系数 改变图像3×3区域的结构模式，即结构模式具有灰 为1/4，线结构模板的响应系数为1/6，Tm越大，表 度线性不变性 明该3×3区域的结构与基本结构模板Mm越相似， 结构模式是一个八位二值模式，每种结构模式 ~1 都可用结构模式标识符NsP来表示： (3) 0 -1 N=之p.X2 n=0 (a) 6 (c) (d) 2.3结构谱 图像中所有结构模式的出现频率定义为结构谱 (structure spectrum): -1 -2 P(Nsp)=nN/n (4) (e) () (g) (h) 式中，nN为图像中标识符为Nsp的结构模式个数， 图3八个基本结构模板 n为图像中所有结构模式的个数 Fig.3 Eight essential structure masks 结构谱是一个包含256个特征值的一维特征向 2.2结构模式 量，其中第k个特征值表示第k种结构模式在整幅 为消除灰度线性变化对基本结构模板响应值的 图像中的出现频数，结构谱体现了各种结构模式的 影响，本文提出了结构模式的概念 整体分布，能够反映图像纹理的局部和全局特征，可 对于一个3×3区域，八个基本结构模板可得到 直接作为纹理特征用于纹理分析，不同的纹理图像 八个响应值T,将值最大的四个T。组成一个集 会具有不同的结构谱，如图4所示 合，用MAX表示，则该3×3区域的结构模 光照变化会引起图像局部的灰度线性变 式(structure pattern)定义为SP=ipo,p1,p2,p3, 化]，由于结构模式具有灰度线性不变性，因此结 p4,p5,p6,p7{,其中： 构谱具有较好的光照不变性，如图5所示 0.4 0.4 03 02 03 0.1 LLLLLL 4080120160200240 4080120160200240 结构模式 结构模式 (a) (b) 图4两幅纹理图像及其结构增 Fin.4 Two texture imanes and their structure snectra 0.6 0.6 0.4 04080120160200240 0 40 80120160200240 结构模式 结构模式 (a) (b) 图5不同光照下的纹理图像及其结构谱 Fig.5 Texture images under different illuminations and their structure spectra1j）g（ i—1j＋1）g（ ij—1）g（ ij）g（ ij＋ 1）g（ i＋1j—1）g（ i＋1j）g（ i＋1j＋1）．该 3×3区域的基本结构模板响应值定义为： T n＝t n ∑ 1 x＝－1∑ 1 y＝－1 Mn（ xy） g（ i＋ xj＋y） （1） 式中Mn 为第 n 个基本结构模板t n 为相应模板的 响应系数其中八邻域点结构模板和波纹结构模板 的响应系数为1／8四邻域点结构模板的响应系数 为1／4线结构模板的响应系数为1／6．T n 越大表 明该3×3区域的结构与基本结构模板 Mn 越相似． 图3 八个基本结构模板 Fig．3 Eight essential structure masks 2∙2 结构模式 为消除灰度线性变化对基本结构模板响应值的 影响本文提出了结构模式的概念． 对于一个3×3区域八个基本结构模板可得到 八个响应值 T n将值最大的四个 T n 组成一个集 合用 MAX 表 示 则 该3×3区 域 的 结 构 模 式（structure pattern）定义为 SP＝｛p0p1p2p3 p4p5p6p7｝其中： p n＝ 1 T n∈MAX 0 T n∈／MAX （2） 式中MAX 为值最大的四个 T n 所组成的集合． 结构模式能够反映图像3×3区域的主要结构 信息．灰度线性变化只影响基本结构模板的响应 值却不会影响各响应值的相互关系．也就是说灰 度线性变化不会改变集合 MAX 的内容因此也不 改变图像3×3区域的结构模式即结构模式具有灰 度线性不变性． 结构模式是一个八位二值模式每种结构模式 都可用结构模式标识符 NSP来表示： NSP＝ ∑ 7 n＝0 p n×2n （3） 2∙3 结构谱 图像中所有结构模式的出现频率定义为结构谱 （structure spectrum）： P（ NSP）＝ nNSP／n （4） 式中nNSP为图像中标识符为 NSP的结构模式个数 n 为图像中所有结构模式的个数． 结构谱是一个包含256个特征值的一维特征向 量其中第 k 个特征值表示第 k 种结构模式在整幅 图像中的出现频数．结构谱体现了各种结构模式的 整体分布能够反映图像纹理的局部和全局特征可 直接作为纹理特征用于纹理分析．不同的纹理图像 会具有不同的结构谱如图4所示． 光照 变 化 会 引 起 图 像 局 部 的 灰 度 线 性 变 化［5—6］由于结构模式具有灰度线性不变性因此结 构谱具有较好的光照不变性如图5所示． 图4 两幅纹理图像及其结构谱 Fig．4 Two texture images and their structure spectra 图5 不同光照下的纹理图像及其结构谱 Fig．5 Texture images under different illuminations and their structure spectra 第3期 宋 强等： 基于结构谱的中厚板表面缺陷识别方法 ·343·