如何识别图像边缘？

╰半夏微凉° 2022-06-17 14:07 169阅读 0赞

图像识别（image recognition）是现在的热门技术。  
文字识别、车牌识别、人脸识别都是它的应用。但是，这些都算初级应用，现在的技术已经发展到了这样一种地步：计算机可以识别出，这是一张狗的照片，那是一张猫的照片。

![Center][]

这是怎么做到的？

![Center 1][]

让我们从人眼说起，学者发现，人的视觉细胞对物体的边缘特别敏感。也就是说，我们先看到物体的轮廓，然后才判断这到底是什么东西。  
计算机科学家受到启发，第一步也是先识别图像的边缘。

![Center 2][]

加州大学的学生 Adit Deshpande 写了一篇文章《A Beginner's Guide To Understanding Convolutional Neural Networks》，介绍了一种最简单的算法，非常具有启发性，体现了图像识别的基本思路。

![Center 3][]

首先，我们要明白，人看到的是图像，计算机看到的是一个数字矩阵。所谓"图像识别"，就是从一大堆数字中找出规律。  
怎样将图像转为数字呢？一般来说，为了过滤掉干扰信息，可以把图像缩小（比如缩小到 49 x 49 像素），并且把每个像素点的色彩信息转为灰度值，这样就得到了一个 49 x 49 的矩阵。  
然后，从左上角开始，依次取出一个小区块，进行计算。

![Center 4][]

上图是取出一个 5 x 5 的区块。下面的计算以 7 x 7 的区块为例。  
接着，需要有一些现成的边缘模式，比如垂直、直角、圆、锐角等等。

![Center 5][]

上图右边是一个圆角模式，左边是它对应的 7 x 7 灰度矩阵。可以看到，圆角所在的边缘灰度值比较高，其他地方都是0。  
现在，就可以进行边缘识别了。下面是一张卡通老鼠的图片。

![Center 6][]

取出左上角的区块。

![Center 7][]

取样矩阵与模式矩阵对应位置的值相乘，进行累加，得到6600。这个值相当大，它说明什么呢？

![Center 8][]

取样矩阵移到老鼠头部，与模式矩阵相乘，得到的值是0。  
乘积越大就说明越匹配，可以断定区块里的图像形状是圆角。通常会预置几十种模式，每个区块计算出最匹配的模式，然后再对整张图进行判断。

[Center]: /images/20220617/b2cf176f59024e85acb31e22b632b502.png
[Center 1]: /images/20220617/0970778f96d145c68e989aa0efd28084.png
[Center 2]: /images/20220617/2a53947156534530a32adb2ed96b3d89.png
[Center 3]: /images/20220617/055953cfc7744de991b24a873fa13b52.png
[Center 4]: /images/20220617/c054a360ad1c4198a52a4db3bd77a6fb.png
[Center 5]: /images/20220617/415540ccf6794b71ba8f2cabb6f62105.png
[Center 6]: /images/20220617/682bb21e2922459b9baf9968ecc99912.png
[Center 7]: /images/20220617/30bc028436ea441db7b578255d95af64.png
[Center 8]: /images/20220617/f37511c7c17a46ddbd53b756db83d921.png