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Image moment

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3019: 3112:
Note that the invariants detailed below are exactly invariant only in the continuous domain. In a discrete domain, neither scaling nor rotation are well defined: a discrete image transformed in such a way is generally an approximation, and the transformation is not reversible. These invariants
4899:
Zhang et al. applied Hu moment invariants to solve the Pathological Brain Detection (PBD) problem. Doerr and Florence used information of the object orientation related to the second order central moments to effectively extract translation- and rotation-invariant object cross-sections from
822: 2674: 2150: 4514: 2790: 3972: 229: 645: 4187: 4869: 3254: 1730: 1598: 2503: 1092: 4903:
D. A. Hoeltzel and Wei-Hua Chieng used Hu moment invariant to perform on a dimensionally-parameterized four bar mechanism which yielded 15 distinct coupler curve groups (patterns) from a total of 356 generated coupler curves.
2389: 2280: 3542: 3648: 1328: 1944: 1837: 664: 4560:
A general theory on deriving complete and independent sets of rotation moment invariants was proposed by J. Flusser. He showed that the traditional set of Hu moment invariants is neither independent nor complete.
3024:
and are proportional to the squared length of the eigenvector axes. The relative difference in magnitude of the eigenvalues are thus an indication of the eccentricity of the image, or how elongated it is. The
2688:
can thus be extracted from the angle of the eigenvector associated with the largest eigenvalue towards the axis closest to this eigenvector. It can be shown that this angle Θ is given by the following formula:
3430: 3084: 2863: 355: 4655: 2848: 1955: 937: 881: 1466: 1397: 2553: 4193: 3654: 426: 3342: 113: 1143: 533: 1221: 1182: 3978: 2695: 4663: 5016: 3161: 2545: 526: 1604: 1472: 4990: 964: 2395: 3436: 3548: 2286: 2177: 1227: 817:{\displaystyle \mu _{pq}=\int \limits _{-\infty }^{\infty }\int \limits _{-\infty }^{\infty }(x-{\bar {x}})^{p}(y-{\bar {y}})^{q}f(x,y)\,dx\,dy} 1843: 1736: 4557:, is reflection antisymmetric (changes sign under reflection), which enables it to distinguish mirror images of otherwise identical images. 3014:{\displaystyle \lambda _{i}={\frac {\mu '_{20}+\mu '_{02}}{2}}\pm {\frac {\sqrt {4{\mu '}_{11}^{2}+({\mu '}_{20}-{\mu '}_{02})^{2}}}{2}},} 3348: 3035: 52:) of the image pixels' intensities, or a function of such moments, usually chosen to have some attractive property or interpretation. 4966: 267: 5072:"A micro-XRT image analysis and machine learning methodology for the characterisation of multi-particulate capsule formulations" 2145:{\displaystyle \mu _{pq}=\sum _{m}^{p}\sum _{n}^{q}{p \choose m}{q \choose n}(-{\bar {x}})^{(p-m)}(-{\bar {y}})^{(q-n)}M_{mn}} 4991:
http://docs.opencv.org/modules/imgproc/doc/structural_analysis_and_shape_descriptors.html?highlight=cvmatchshapes#humoments
4571: 4919: 886: 830: 1403: 1334: 361: 4981:
M. K. Hu, "Visual Pattern Recognition by Moment Invariants", IRE Trans. Info. Theory, vol. IT-8, pp.179–187, 1962
2669:{\displaystyle \operatorname {cov} ={\begin{bmatrix}\mu '_{20}&\mu '_{11}\\\mu '_{11}&\mu '_{02}\end{bmatrix}}} 4509:{\displaystyle I_{7}=(3\eta _{21}-\eta _{03})(\eta _{30}+\eta _{12})-(\eta _{30}-3\eta _{12})(\eta _{21}+\eta _{03}).} 3109:
are invariants that are formed from moments, the only moments that are invariants themselves are the central moments.
3967:{\displaystyle I_{5}=(\eta _{30}-3\eta _{12})(\eta _{30}+\eta _{12})+(3\eta _{21}-\eta _{03})(\eta _{21}+\eta _{03})} 3026: 224:{\displaystyle M_{pq}=\int \limits _{-\infty }^{\infty }\int \limits _{-\infty }^{\infty }x^{p}y^{q}f(x,y)\,dx\,dy} 2167:
Information about image orientation can be derived by first using the second order central moments to construct a
374: 5174: 5169: 4913: 3294: 2801: 5164: 5159: 2156: 45: 4536:
around the image's centroid, where the pixels' intensities are analogous to physical density. The first six,
4550:, are reflection symmetric, i.e. they are unchanged if the image is changed to a mirror image. The last one, 3095: 640:{\displaystyle \{{\bar {x}},\ {\bar {y}}\}=\left\{{\frac {M_{10}}{M_{00}}},{\frac {M_{01}}{M_{00}}}\right\}} 1103: 3276: 3148: 3129: 655: 4182:{\displaystyle I_{6}=(\eta _{20}-\eta _{02})+4\eta _{11}(\eta _{30}+\eta _{12})(\eta _{21}+\eta _{03})} 2785:{\displaystyle \Theta ={\frac {1}{2}}\arctan \left({\frac {2\mu '_{11}}{\mu '_{20}-\mu '_{02}}}\right)} 4864:{\displaystyle I_{8}=\eta _{11}-(\eta _{20}-\eta _{02})(\eta _{30}+\eta _{12})(\eta _{03}+\eta _{21})} 3155:
can be constructed from central moments by dividing through a properly scaled zero-th central moment:
1188: 1149: 96: 49: 3094:
Moments are well-known for their application in image analysis, since they can be used to derive
56: 4937: 3249:{\displaystyle \eta _{ij}={\frac {\mu _{ij}}{\mu _{00}^{\left(1+{\frac {i+j}{2}}\right)}}}\,\!} 5103: 5052: 4962: 4891:
Later, J. Flusser and T. Suk specialized the theory for N-rotationally symmetric shapes case.
4533: 2509: 2168: 5134: 5093: 5083: 5042: 2515: 504: 33: 1725:{\displaystyle \mu _{12}=M_{12}-2{\bar {y}}M_{11}-{\bar {x}}M_{02}+2{\bar {y}}^{2}M_{10},} 1593:{\displaystyle \mu _{21}=M_{21}-2{\bar {x}}M_{11}-{\bar {y}}M_{20}+2{\bar {x}}^{2}M_{01},} 37: 4657:). In the original Hu's set there is a missing third order independent moment invariant: 3267:≥ 2. Note that translational invariance directly follows by only using central moments. 3113:
therefore are only approximately invariant when describing a shape in a discrete image.
5098: 5071: 1087:{\displaystyle \mu _{pq}=\sum _{x}\sum _{y}(x-{\bar {x}})^{p}(y-{\bar {y}})^{q}f(x,y)} 485:). In practice, the image is summarized with functions of a few lower order moments. 5153: 3280: 3152: 2684:
of this matrix correspond to the major and minor axes of the image intensity, so the
4925: 2498:{\displaystyle \mu '_{11}=\mu _{11}/\mu _{00}=M_{11}/M_{00}-{\bar {x}}{\bar {y}}} 5031:"Pathological Brain Detection based on wavelet entropy and Hu moment invariants" 5003: 2681: 5088: 3537:{\displaystyle I_{3}=(\eta _{30}-3\eta _{12})^{2}+(3\eta _{21}-\eta _{03})^{2}} 443:) is piecewise continuous and has nonzero values only in a finite part of the 4931: 2854: 4928:, Machine Perception and Computer Vision page (Matlab and Python source code) 3643:{\displaystyle I_{4}=(\eta _{30}+\eta _{12})^{2}+(\eta _{21}+\eta _{03})^{2}} 242:= 0,1,2,... Adapting this to scalar (grayscale) image with pixel intensities 17: 5107: 5056: 2384:{\displaystyle \mu '_{02}=\mu _{02}/\mu _{00}=M_{02}/M_{00}-{\bar {y}}^{2}} 2275:{\displaystyle \mu '_{20}=\mu _{20}/\mu _{00}=M_{20}/M_{00}-{\bar {x}}^{2}} 1323:{\displaystyle \mu _{11}=M_{11}-{\bar {x}}M_{01}=M_{11}-{\bar {y}}M_{10},} 5123:"Pattern Matching Synthesis as an Automated Approach to Mechanism Design" 3285: 1939:{\displaystyle \mu _{03}=M_{03}-3{\bar {y}}M_{02}+2{\bar {y}}^{2}M_{01}.} 1832:{\displaystyle \mu _{30}=M_{30}-3{\bar {x}}M_{20}+2{\bar {x}}^{2}M_{10},} 940: 68: 5047: 5030: 5139: 5122: 501:
Area (for binary images) or sum of grey level (for greytone images):
360:
In some cases, this may be calculated by considering the image as a
5019:", IEEE Trans. Image Proc., vol. 15, pp. 3784–3790, 2006. 3425:{\displaystyle I_{2}=(\eta _{20}-\eta _{02})^{2}+4\eta _{11}^{2}} 3079:{\displaystyle {\sqrt {1-{\frac {\lambda _{2}}{\lambda _{1}}}}}.} 5017:
Rotation Moment Invariants for Recognition of Symmetric Objects
3128:
of any order are, by construction, invariant with respect to
447:
plane, moments of all orders exist, and the moment sequence (
350:{\displaystyle M_{ij}=\sum _{x}\sum _{y}x^{i}y^{j}I(x,y)\,\!} 5006:", Pattern Recognition, vol. 33, pp. 1405–1410, 2000. 958:) is a digital image, then the previous equation becomes 3275:
As shown in the work of Hu, invariants with respect to
5127:
Transactions of the ASME, Journal of Mechanical Design
2595: 4666: 4650:{\displaystyle I_{3}=(I_{5}^{2}+I_{7}^{2})/I_{4}^{3}} 4574: 4568:
is not very useful as it is dependent on the others (
4196: 3981: 3657: 3551: 3439: 3351: 3297: 3164: 3038: 2866: 2804: 2698: 2556: 2518: 2398: 2289: 2180: 1958: 1846: 1739: 1607: 1475: 1406: 1337: 1230: 1191: 1152: 1106: 967: 889: 833: 667: 536: 507: 377: 270: 116: 67:
image moments include area (or total intensity), its
2857:of the covariance matrix can easily be shown to be 932:{\displaystyle {\bar {y}}={\frac {M_{01}}{M_{00}}}} 876:{\displaystyle {\bar {x}}={\frac {M_{10}}{M_{00}}}} 55:Image moments are useful to describe objects after 4863: 4649: 4508: 4181: 3966: 3642: 3536: 3424: 3336: 3248: 3078: 3013: 2842: 2784: 2668: 2539: 2497: 2383: 2274: 2144: 1938: 1831: 1724: 1592: 1461:{\displaystyle \mu _{02}=M_{02}-{\bar {y}}M_{01},} 1460: 1392:{\displaystyle \mu _{20}=M_{20}-{\bar {x}}M_{10},} 1391: 1322: 1215: 1176: 1137: 1086: 931: 875: 816: 639: 520: 420: 349: 223: 5004:On the Independence of Rotation Moment Invariants 3245: 3098:with respect to specific transformation classes. 2043: 2030: 2021: 2008: 1212: 1173: 1134: 417: 346: 27:Weighted average/moment of some pixel intensities 4940:Implementation of this page, jupyter and python. 3105:is often abused in this context. However, while 4957:Gonzalez, Rafael C.; Woods, Richard E. (2001). 8: 5070:Doerr, Frederik; Florence, Alastair (2020). 570: 537: 421:{\displaystyle \sum _{x}\sum _{y}I(x,y)\,\!} 3337:{\displaystyle I_{1}=\eta _{20}+\eta _{02}} 2843:{\displaystyle \mu '_{20}-\mu '_{02}\neq 0} 1097:The central moments of order up to 3 are: 431:A uniqueness theorem (Hu ) states that if 99:(sometimes called "raw moment") of order ( 5138: 5097: 5087: 5076:International Journal of Pharmaceutics: X 5046: 4852: 4839: 4823: 4810: 4794: 4781: 4762: 4752: 4739: 4723: 4713: 4700: 4684: 4671: 4665: 4641: 4636: 4627: 4618: 4613: 4600: 4595: 4579: 4573: 4494: 4484: 4471: 4455: 4445: 4432: 4410: 4397: 4381: 4365: 4346: 4336: 4323: 4304: 4294: 4281: 4262: 4249: 4233: 4220: 4201: 4195: 4170: 4157: 4141: 4128: 4115: 4096: 4086: 4073: 4057: 4047: 4034: 4015: 4002: 3986: 3980: 3955: 3945: 3932: 3916: 3906: 3893: 3871: 3858: 3842: 3829: 3807: 3797: 3784: 3765: 3755: 3742: 3723: 3710: 3694: 3678: 3662: 3656: 3634: 3624: 3611: 3595: 3585: 3572: 3556: 3550: 3528: 3518: 3505: 3486: 3476: 3460: 3444: 3438: 3416: 3411: 3395: 3385: 3372: 3356: 3350: 3328: 3315: 3302: 3296: 3244: 3217: 3205: 3200: 3187: 3181: 3169: 3163: 3063: 3053: 3047: 3039: 3037: 2996: 2986: 2976: 2966: 2956: 2943: 2938: 2928: 2921: 2903: 2887: 2880: 2871: 2865: 2825: 2809: 2803: 2766: 2750: 2735: 2725: 2705: 2697: 2649: 2634: 2617: 2602: 2590: 2555: 2517: 2484: 2483: 2472: 2471: 2462: 2453: 2447: 2434: 2425: 2419: 2403: 2397: 2375: 2364: 2363: 2353: 2344: 2338: 2325: 2316: 2310: 2294: 2288: 2266: 2255: 2254: 2244: 2235: 2229: 2216: 2207: 2201: 2185: 2179: 2133: 2111: 2096: 2095: 2071: 2056: 2055: 2042: 2029: 2027: 2020: 2007: 2005: 1999: 1994: 1984: 1979: 1963: 1957: 1927: 1917: 1906: 1905: 1892: 1877: 1876: 1864: 1851: 1845: 1820: 1810: 1799: 1798: 1785: 1770: 1769: 1757: 1744: 1738: 1713: 1703: 1692: 1691: 1678: 1663: 1662: 1653: 1638: 1637: 1625: 1612: 1606: 1581: 1571: 1560: 1559: 1546: 1531: 1530: 1521: 1506: 1505: 1493: 1480: 1474: 1449: 1434: 1433: 1424: 1411: 1405: 1380: 1365: 1364: 1355: 1342: 1336: 1311: 1296: 1295: 1286: 1273: 1258: 1257: 1248: 1235: 1229: 1211: 1196: 1190: 1172: 1157: 1151: 1133: 1124: 1111: 1105: 1060: 1045: 1044: 1029: 1014: 1013: 998: 988: 972: 966: 921: 911: 905: 891: 890: 888: 865: 855: 849: 835: 834: 832: 807: 800: 776: 761: 760: 745: 730: 729: 714: 706: 696: 688: 672: 666: 624: 614: 608: 597: 587: 581: 559: 558: 541: 540: 535: 512: 506: 416: 392: 382: 376: 345: 321: 311: 301: 291: 275: 269: 214: 207: 183: 173: 163: 155: 145: 137: 121: 115: 5121:Hoeltzel, D.A.; Chieng, Wei-Hua (1990). 4949: 5035:Bio-Medical Materials and Engineering 1138:{\displaystyle \mu _{00}=M_{00},\,\!} 7: 2795:The above formula holds as long as: 4900:micro-X-ray tomography image data. 4888:is also reflection antisymmetric. 2699: 2034: 2012: 715: 710: 697: 692: 164: 159: 146: 141: 25: 73:information about its orientation 1216:{\displaystyle \mu _{10}=0,\,\!} 1177:{\displaystyle \mu _{01}=0,\,\!} 493:Simple image properties derived 72: 4961:. Prentice Hall. p. 672. 4858: 4832: 4829: 4803: 4800: 4774: 4768: 4759: 4732: 4720: 4693: 4690: 4624: 4588: 4500: 4491: 4464: 4452: 4425: 4419: 4416: 4390: 4387: 4358: 4352: 4343: 4316: 4301: 4274: 4271: 4268: 4242: 4239: 4210: 4176: 4150: 4147: 4121: 4102: 4093: 4066: 4054: 4027: 4024: 4021: 3995: 3961: 3952: 3925: 3913: 3886: 3880: 3877: 3851: 3848: 3819: 3813: 3804: 3777: 3762: 3735: 3732: 3729: 3703: 3700: 3671: 3631: 3604: 3592: 3565: 3525: 3495: 3483: 3453: 3392: 3365: 2993: 2952: 2584: 2581: 2569: 2563: 2534: 2522: 2489: 2477: 2369: 2260: 2124: 2112: 2108: 2101: 2089: 2084: 2072: 2068: 2061: 2049: 1911: 1882: 1804: 1775: 1697: 1668: 1643: 1565: 1536: 1511: 1439: 1370: 1301: 1263: 1081: 1069: 1057: 1050: 1035: 1026: 1019: 1004: 896: 840: 797: 785: 773: 766: 751: 742: 735: 720: 564: 546: 413: 401: 342: 330: 204: 192: 61:Simple properties of the image 1: 4934:introductory video on YouTube 83:For a 2D continuous function 60: 454:) is uniquely determined by 362:probability density function 368:, by dividing the above by 5191: 5089:10.1016/j.ijpx.2020.100041 939:are the components of the 5015:J. Flusser and T. Suk, " 4993:Hu Moments' OpenCV method 4922:, University of Edinburgh 4916:, University of Edinburgh 4914:Analysis of Binary Images 4959:Digital Image Processing 4518:These are well-known as 44:is a certain particular 2157:translational invariant 40:and related fields, an 4865: 4651: 4532:, is analogous to the 4510: 4183: 3968: 3644: 3538: 3426: 3338: 3250: 3117:Translation invariants 3080: 3015: 2844: 2786: 2670: 2541: 2540:{\displaystyle I(x,y)} 2499: 2385: 2276: 2146: 2004: 1989: 1949:It can be shown that: 1940: 1833: 1726: 1594: 1462: 1393: 1324: 1217: 1178: 1139: 1088: 933: 877: 818: 719: 701: 641: 522: 521:{\displaystyle M_{00}} 473:) uniquely determines 422: 351: 225: 168: 150: 4866: 4652: 4511: 4184: 3969: 3645: 3539: 3427: 3339: 3251: 3147:with respect to both 3081: 3016: 2845: 2787: 2671: 2542: 2500: 2386: 2277: 2147: 1990: 1975: 1941: 1834: 1727: 1595: 1463: 1394: 1325: 1218: 1179: 1140: 1089: 934: 878: 819: 702: 684: 642: 523: 497:raw moments include: 423: 352: 254:), raw image moments 226: 151: 133: 4664: 4572: 4520:Hu moment invariants 4194: 3979: 3655: 3549: 3437: 3349: 3295: 3289:can be constructed: 3162: 3121:The central moments 3036: 2864: 2802: 2696: 2554: 2516: 2396: 2287: 2178: 2155:Central moments are 1956: 1844: 1737: 1605: 1473: 1404: 1335: 1228: 1189: 1150: 1104: 965: 887: 831: 665: 534: 505: 375: 268: 114: 4920:Statistical Moments 4646: 4623: 4605: 3421: 3271:Rotation invariants 3241: 2948: 2911: 2895: 2833: 2817: 2774: 2758: 2743: 2657: 2642: 2625: 2610: 2411: 2302: 2193: 5048:10.3233/BME-151426 5029:Zhang, Y. 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Index

Image moments
image processing
computer vision
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Simple properties of the image
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probability density function
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