图像处理中的"能量"是什么？

Question

我已经阅读了几本图像处理书籍和网站,但我仍然不确定图像处理中"能量"一词的真正定义.我找到了几个定义,但有时它们只是不匹配.所以要确定......

当我们在图像处理中说"能量"时,我们暗示什么？

Answer 1

它取决于上下文,但通常,在信号处理中,"能量"对应于信号的均方值(通常相对于全局平均值测量).这个概念通常与Parseval定理相关联,它允许我们将总能量视为沿"频率"分布(因此可以说,例如,图像的大部分能量集中在低频中).

另一个相关用途是图像变换:例如,DCT变换(JPEG压缩方法的基础)将像素块(8×8图像)变换为变换系数矩阵; 对于典型的图像,结果是,虽然原始8x8图像的能量均匀分布在64个像素中,但是变换后的图像的能量集中在左上"像素"中(再次对应于"低频",在一些类似的意义上).

Answer 2

能量是图像局部变化的量度。

能量有很多不同的名称和许多不同的上下文，但往往指的是同一件事。它是局部区域上像素的颜色/亮度/量级的变化率。对于图像内部事物的边缘尤其如此，并且由于压缩的性质，这些区域最难压缩，因此可以肯定地说，这些区域更重要，它们通常是边缘或快速渐变。这些是不同的上下文，但是它们指的是同一件事。

接缝雕刻算法使用能量确定（使用梯度幅度）来找出最不明显的（如果去除）。JPEG表示相对于第一个像素的能量的局部像素簇。Snake算法使用它来查找图像中事物的局部轮廓边缘。因此，有很多不同的定义，但它们都指的是图像的感觉。无论是绝对亮度平方的本地像素之和，还是jpeg中要压缩的硬比特，还是Canny Edge检测中的边缘或梯度幅度：

重要的一点是，能源才是最重要的。

图像的能量更广泛地是某些位置的像素之间某种质量的距离。

我们可以在适当加权的2d高斯核中取LABdE2000颜色距离的总和。这里的距离相加在一起，局部性是由高斯核定义的，质量是颜色，距离是2000年以来的LAB Delta公式（勘误表：以前声称的E代表欧几里得，而标准差E的距离是欧几里得但94和00公式并非严格地是欧几里得公式，“ E”代表Empfindung；德语代表“感觉”。我们还可以将亮度局部差异或亮度平方等的局部3x3核加起来。我们需要测量图像的局部变化。

在此示例中，局部定义为2d高斯核，色距定义为LabDE2000算法。

如果您拍摄图像并移动了所有像素并出于某种原因按颜色对它们进行了排序。您将减少图像的能量。您可以收集50％的黑色像素和50％的白色像素，并将它们布置为随机噪声以获得最大能量，或者将它们布置为图像的两侧以获得最小能量。同样，如果您有100％白色像素，则无论您如何排列它们，能量都将为0。

Answer 3

能量是一个相当宽松的术语,用于描述任何用户定义的函数(在图像域中).

使用术语"能量"的动机是典型的物体检测/分割任务被视为能量最小化问题.我们定义能量来捕获我们想要的解决方案并执行梯度下降来计算其最低值,从而为图像分割提供解决方案.

Answer 4

图像处理中“能量”的定义不止一种，因此它取决于使用它的上下文。

在概率框架下制定操作时，能量用于描述“信息”的度量，例如结合马尔可夫随机场的 MAP（最大先验）估计。有时，能量可以是要最小化的负测量，有时它是要最大化的正测量。