基于图像处理的木材表面纹理特征提取方法

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：所以，迄今为止关于木材表面纹理表达与分析的研究，基本上仍停留在定性描述为主，局部定量为辅的阶段。日本的仲村匡司采用计算机图形处理模拟制作了各种木材径切面纹理模型图片，并调查分析了“自然感”心理量与其他心理量以及纹理图形数字化参数之间的关系。其结果表明，“自然感”与“木纹相象感”和“喜好感”相关程度很高，可认为加强自然感是提高木纹仿制品视觉特性的有效途径之一。

基于木材科学与木质物理学的木材表面纹理分析方法，多从定性的角度开展，分析由树种、生长条件等因素引起的木材表面的规律性、周期性、方向性的变化，以及由此而引发的人的主观心理感受。所以，迄今为止关于木材表面纹理表达与分析的研究，基本上仍停留在定性描述为主，局部定量为辅的阶段。

日本的仲村匡司采用计算机图形处理模拟制作了各种木材径切面纹理模型图片，并调查分析了“自然感”心理量与其他心理量以及纹理图形数字化参数之间的关系。其结果表明，“自然感”与“木纹相象感”和“喜好感”相关程度很高，可认为加强自然感是提高木纹仿制品视觉特性的有效途径之一。增田稔基于“能给予人眼最明显刺激的图案是隐现相间出现的图案”的思想，进行了从隐现相间出现的图案中提取规律性成分的尝试。对木材的平行条纹、涡形条纹、放射状等条纹进行考察后，发现当完成了类似于一个周期的深浅变化后，以平均值横线分界的波形阴影总是能够全部或部分地重合，这种具有规律的性质可以作为将图案模型化和数量化的出发点。伏劲松引用电磁学中电位的概念，以线电荷的作用，推导出一个适合于木材表面纹理表现的体纹理函数，达到了共轴圆柱表示法与点电荷等电位面法的统一，克服了共轴圆柱法产生的纹理单调性，又解决了点电荷等电位面法中对纹理效果不易控制的缺陷，能够较为贴近地描绘自然界中木材表面纹理的特点。

20 世纪90年代初期，以刘一星为代表的我国学者开始木材视觉环境学特性的研究，取得了丰硕的研究成果。代表性的研究为：对国产110 个树种木材视觉物理量的定量化参数提取、测量，统计它们在颜色坐标空间、主成分空间的分布情况；分析视觉物理量与视觉心理量之间的相互作用关系，得出了由视觉物理量参数预测木材视觉心理量的回归方程。但只提取到木材表面纹理的色度学参数，未能够实现对木材表面纹理的定量化表征及特征参数提取，因而在分析时也忽略了纹理在其中所起的影响作用。白雪冰教授、于海鹏博士等在充分分析木材表面纹理的特点和变化规律的基础之上，采用图像处理技术对木材表面纹理进行了详细的研究，建立起一套木材表面纹理特征参数，使木材表面纹理的研究实现了定量化，尤其在木材表面纹理的空域统计分析上研究比较深入，有许多值得借鉴之处。(https://www.chuimin.cn)

纹理分析是指通过一定的图像处理技术，获取图像的纹理特征，从而获得纹理的定量或定性描述的处理过程。因此，纹理分析应包括两个方面的内容：①检测出纹理基元；②获得有关纹理基元排列分布方式的信息。对于纹理图像的分析通常包括纹理图像的预处理、特征获取以及对纹理图像分类、分割和理解。不管是纹理分类、分割或理解，纹理特征可以用模型参数表示，也可以按照人的视觉感知特性获取相应的有明确意义的特征度量，如粒度、对比度、方向性、线状程度、规则性、粗糙度等。按照获取和表示特征的方法，纹理分析方法可分为四大类：统计方法、结构方法、模型方法以及基于频谱分析的方法。在介绍各种纹理分析方法之前，我们先来看一下纹理的数学描述。

基于图像处理的木材表面纹理特征提取方法

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