生成纹理算法

㈠ LBP算法以及实现

LBP算法，全称Local Binary Pattern，是一种能够描述图像纹理的算法，具有旋转不变性和灰度不变性等优点。本文将介绍最基本的LBP算法及其扩展。

最基本的LBP算法与处理图像的其他算法相似，通过定义一个基本算子，将该算子作用在整张图像上，通过滑动窗口提取图像的纹理。原始的LBP算子定义为3*3的窗口，将中心像素值作为阈值，邻域像素与阈值比较，若大于等于阈值则标记为1，否则标记为0。算法规定，从左上角起始，顺时针旋转与阈值比较，得到8位二进制数，将该数转化为十进制，与8位图像灰度值对应，保存为窗口中心点的像素值。遍历整张图像后，得到新纹理图。

算法示意图展示原始图像窗口内所有点像素值，取中心点作为阈值（如图所示），进行比较得到二进制数，转化为十进制保存。最后得到的纹理图如图所示，左图为原始图像，右图为纹理图。

需注意，LBP仅适用于灰度图。

改进算法：圆形LBP算法解决了窗口半径固定的问题，提供任意大小邻域，将正方形扩展为圆形，允许任意数量等间隔采样点。各种算子如图所示，左为半径1、采样点4的LBP算子，记作[公式]；右为半径2、采样点8的LBP算子，记作[公式]。算子的半径和采样点可任意设定。采样点计算公式如下，[公式]为第p个采样点坐标，中心坐标为[公式]，p为采样点编号，P为采样点总数，R为邻域半径。在使用圆形LBP时，需使用双线性插值法处理非整数坐标点。代码实现如下。

改进算法得到不同半径和采样点的纹理图，从上到下分别为半径1、2、3的算子，从左到右为采样点数8、16的算子。

LBP算法的旋转不变性意味着，使用LBP算子时，通过使每个采样点作为起始点顺时针计算，得到8个二进制数，转化为十进制取最小值，无论图片旋转，得到的LBP值保持不变。但需注意，LBP算法只具有旋转不变性，当图片进行镜像翻转时，得到的LBP值会发生变化。