紋理是圖像處理諸要素的特征之一,，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)和工程中的應(yīng)用更是如此，檢測(cè)或識(shí)別通過(guò)紋理來(lái)進(jìn)行區(qū)分的目標(biāo)時(shí)必須選擇根據(jù)紋理的特性來(lái)進(jìn)行圖像的獲取和算法方法的選擇,。
1,、紋理的認(rèn)知
紋理泛指物體面上的花紋或線條，是物體上呈現(xiàn)的線形紋路,。紋理圖像,，意思就是帶有花紋的圖像。
紋理圖像一般指圖像紋理,圖像紋理是一種反映圖像中同質(zhì)現(xiàn)象的視覺(jué)特征,，它體現(xiàn)了物體表面的具有緩慢變化或者周期性變化的表面結(jié)構(gòu)組織排列屬性,。
紋理的標(biāo)志是某種局部序列性不斷重復(fù)、非隨機(jī)排列,、紋理區(qū)域內(nèi)大致為均勻的統(tǒng)一體,。
紋理不同于灰度、顏色等圖像特征,，紋理通過(guò)像素及其周圍空間鄰域的灰度分布來(lái)表現(xiàn),，即局部紋理信息。另外,，局部紋理信息不同程度上的重復(fù)性,，就是全局紋理信息。紋理特征體現(xiàn)全局特征的性質(zhì)的同時(shí),，它也描述了圖像或圖像區(qū)域所對(duì)應(yīng)景物的表面性質(zhì),。但由于紋理只是一種物體表面的特性，并不能完全反映出物體的本質(zhì)屬性,，所以僅僅利用紋理特征是無(wú)法獲得高層次圖像內(nèi)容的,。
與顏色特征不同，紋理特征不是基于像素點(diǎn)的特征,，它需要在包含多個(gè)像素點(diǎn)的區(qū)域中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算,。在模式匹配中，這種區(qū)域性的特征具有較大的優(yōu)越性,，不會(huì)由于局部的偏差而無(wú)法匹配成功,。在檢索具有粗細(xì)、疏密等方面有較大差別的紋理圖像時(shí),，利用紋理特征是一種有效的方法,。但當(dāng)紋理之間的粗細(xì)、疏密等易于分辨的信息之間相差不大的時(shí)候,，通常的紋理特征很難準(zhǔn)確地反映出人對(duì)不同紋理的視覺(jué)差別,。
紋理圖像分類廣泛應(yīng)用于視覺(jué)導(dǎo)航、場(chǎng)景分類,、物體識(shí)別,、人臉識(shí)別、智能視頻分析,、基于內(nèi)容的圖像和視頻檢索,、遙感圖像分析、工業(yè)檢測(cè),、醫(yī)學(xué)圖像分析和文本分類等,。
2、紋理技術(shù)
紋理技術(shù)是機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的重要組成部分,，它對(duì)于表現(xiàn)物體的色彩,、質(zhì)感有著關(guān)鍵性的作用。根據(jù)生成方法的不同可以把紋理分成表面紋理和實(shí)體紋理兩種,。
表面紋理是通過(guò)紋理映射的方法生成的,，從數(shù)學(xué)上講，它是一種從二維圖像到空間曲面的映射,，即把帶有材質(zhì)紋路特點(diǎn)的平面圖像“包裹”到三維物體表面上,。紋理映射技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，但是它存在幾個(gè)難以克服的困難：一是紋理拼接問(wèn)題,，在邊界處難以處理,；二是由于平面圖像的離散性，放縮時(shí)有馬賽克現(xiàn)象,，需要單獨(dú)處理,。
實(shí)體紋理的概念最早是由Darwyn R Peachey 和Ken Pelin 提出的。它的思路是定義一個(gè)三維紋理空間,，在其中對(duì)每種紋理直接建模,，空間任意曲面的紋理就可以通過(guò)計(jì)算它在紋理空間的顏色來(lái)得到，就像雕刻家一樣從紋理空間中雕刻出需要的任意形狀,。為了增強(qiáng)真實(shí)性,，還用噪聲方法對(duì)紋理空間進(jìn)行了擾動(dòng)，使得紋理更為自然,。與表面紋理不同,，實(shí)體紋理中的紋路不是從平面圖像中得到的，而是直接由算法生成的,，因此也被稱為過(guò)程性紋理,。
隨著實(shí)體紋理技術(shù)的發(fā)展，新的模型函數(shù)越來(lái)越多,，技巧也越來(lái)越復(fù)雜,，做出的物體的紋路和質(zhì)感栩栩如生,，幾乎使人難以相信是計(jì)算機(jī)畫(huà)出來(lái)的。實(shí)體紋理的原理雖然簡(jiǎn)單,，但要實(shí)現(xiàn)一個(gè)效果豐富,、易于擴(kuò)展和編程的實(shí)體紋理一般采用光線追蹤算法，現(xiàn)有的系統(tǒng)有的非常龐大,，實(shí)現(xiàn)了許多實(shí)體紋理以外的許多復(fù)雜的功能,；有的采用描述場(chǎng)景的腳本語(yǔ)言作為輸入，沒(méi)有采用所見(jiàn)即所得的交互方式,，使用很不方便,；有的系統(tǒng)雖然簡(jiǎn)單，但功能相對(duì)弱小,。
3,、紋理圖像的獲取
根據(jù)不同紋理的不同性質(zhì)，選擇合適的方式通過(guò)工業(yè)相機(jī)和光源的不同組合獲取紋理特征明顯,，具有數(shù)學(xué)意義的一致性較好的圖像,，這是算法的物理基礎(chǔ)。
比如：平面紋理常常采用不同角度的光源來(lái)獲取平面圖像,，三維紋理有時(shí)也可以通過(guò)二維映射的方法獲取紋理信息,。
三維測(cè)量的各類方法也常常用于三維紋理圖像的獲取。
選擇什么樣的方式來(lái)獲取圖像,，需要較深的技術(shù)研究背景和技術(shù)積淀,，更需要豐富的工程技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
4,、計(jì)算方法的選擇
紋理圖像在局部區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)了不規(guī)則性,，而在整體上表現(xiàn)出某種規(guī)律性。紋理基元的排列可能是隨機(jī)的,，也可能是相互之間互相依賴,，這種依賴性可能是有結(jié)構(gòu)的，也可能是按某種概率分布排列的,，也可能是某種函數(shù)形式,。圖像紋理可以用許多定性的語(yǔ)言來(lái)描述，如粗糙,、精細(xì),、光滑、方向性和規(guī)則性,、粒度等,。
早期的紋理分析使用統(tǒng)計(jì)或結(jié)構(gòu)的方法提取特征，這些方法大都集中在對(duì)紋理的分析上，其中常用的經(jīng)典方法有頻譜法,、灰度共生矩陣法,、灰度級(jí)行程法、紋理描述模型,、紋理句法模型等等,。
近年來(lái)，隨著模糊數(shù)學(xué),、小波、分形等理論的發(fā)展,，技術(shù)人員又提出了多種紋理分析方法,。主要算法有模糊聚類概念的分類模型、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類模型,、基于小波分析和小波變換的分類模型,、基于分形理論的分類模型、基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的分類模型等等,。
如同幾何形態(tài),、顏色一樣，紋理也是物體的特征之一,，在解決工業(yè)和工程具體技術(shù)問(wèn)題中,，需要深入研究具體問(wèn)題，結(jié)合機(jī)器視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)及積淀,，準(zhǔn)確選擇合適的技術(shù)方向和技術(shù)路線,，較快速地可靠地較為經(jīng)濟(jì)地解決具體技術(shù)問(wèn)題。
（本文由玖瑞科技技術(shù)部視覺(jué)與測(cè)控實(shí)驗(yàn)室整理）
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