生成紋理演算法

㈠ LBP演算法以及實現

LBP演算法，全稱Local Binary Pattern，是一種能夠描述圖像紋理的演算法，具有旋轉不變性和灰度不變性等優點。本文將介紹最基本的LBP演算法及其擴展。

最基本的LBP演算法與處理圖像的其他演算法相似，通過定義一個基本運算元，將該運算元作用在整張圖像上，通過滑動窗口提取圖像的紋理。原始的LBP運算元定義為3*3的窗口，將中心像素值作為閾值，鄰域像素與閾值比較，若大於等於閾值則標記為1，否則標記為0。演算法規定，從左上角起始，順時針旋轉與閾值比較，得到8位二進制數，將該數轉化為十進制，與8點陣圖像灰度值對應，保存為窗口中心點的像素值。遍歷整張圖像後，得到新紋理圖。

演算法示意圖展示原始圖像窗口內所有點像素值，取中心點作為閾值（如圖所示），進行比較得到二進制數，轉化為十進制保存。最後得到的紋理圖如圖所示，左圖為原始圖像，右圖為紋理圖。

需注意，LBP僅適用於灰度圖。

改進演算法：圓形LBP演算法解決了窗口半徑固定的問題，提供任意大小鄰域，將正方形擴展為圓形，允許任意數量等間隔采樣點。各種運算元如圖所示，左為半徑1、采樣點4的LBP運算元，記作[公式]；右為半徑2、采樣點8的LBP運算元，記作[公式]。運算元的半徑和采樣點可任意設定。采樣點計算公式如下，[公式]為第p個采樣點坐標，中心坐標為[公式]，p為采樣點編號，P為采樣點總數，R為鄰域半徑。在使用圓形LBP時，需使用雙線性插值法處理非整數坐標點。代碼實現如下。

改進演算法得到不同半徑和采樣點的紋理圖，從上到下分別為半徑1、2、3的運算元，從左到右為采樣點數8、16的運算元。

LBP演算法的旋轉不變性意味著，使用LBP運算元時，通過使每個采樣點作為起始點順時針計算，得到8個二進制數，轉化為十進製取最小值，無論圖片旋轉，得到的LBP值保持不變。但需注意，LBP演算法只具有旋轉不變性，當圖片進行鏡像翻轉時，得到的LBP值會發生變化。