基于局部二值模式及其变形的场景分类综合实验设计与实践

以学生为中心,兴趣为导向,解决问题为目标,采取基于问题的教学方法,以基于局部二值模式及其变形特征的场景分类为例,设计与教学大纲紧密结合、有效支撑课程目标的综合实验。在教师的主导下,学生以团队协作方式完成综合实验,串联计算机视觉与图像处理课程的重点知识,训练分析问题、解决问题的能力,切身感受解决问题的过程,提升实践与创业创新能力。

增强型局部二值模式及其图像纹理特征提取

局部二值模式(Local binary pattern, LBP)是一种非常有效的图像纹理描述算子。为了提取更丰富的人脸特征,提出了局部二值模式和环式二值模式(Ring Local binary pattern, RLBP)特征融合的增强局部二值模式算法。先用LBP算法对图像进行特征提取并转化为特征向量,再将其与使用RLBP算法生成的特征向量相融合。最后使用直方图交叉距离计算特征向量的相似度得到在数据集中的识别率。实验数据集选用ORL、ExtendYaleB人脸数据库以及掌纹数据库,实验结果表明,相对于LBP算法和其它融合算法提取到的图像特征而言,融合算法提取的特征更具有鉴别力,获得了更高的识别率。另外还在不同的噪声环境下进行了相关实验分析,证明了所提融合算法对噪声更具有鲁棒性。

面向虹膜识别的多方向中心对称局部二值模式

为了提升虹膜纹理的表征效果,获得稳定的局部纹理信息表达,提出基于多方向中心对称局部二值模式的虹膜识别算法.首先通过眼睑边缘快速定位生成掩膜,抑制眼睑区域噪声;然后在多方向的基础上,提出多方向中心对称的局部二值模式完成虹膜纹理特征的表征;最后利用汉明距离判定虹膜是否匹配.针对由于类内与类间匹配次数失衡导致评价指标正确识别率存在的不足,提出修正的正确识别率.在CASIA.V1,CASIA.V3-Interval,JUL6.0和CASIA.V4-Lamp虹膜库上的实验结果表明,所提算法的修正的正确识别率分别为99.857%,99.940%,99.640%和97.973%,等错误率下降0.03%~5.96%;该算法能够有效地表征虹膜纹理信息,具有良好的识别性能和鲁棒性.

基于中心对称局部二值模式的合成伪装语音检测方法

针对基于局部二值模式的伪装语音检测方法的合成语音检测准确度较低的情况,提出了一种基于中心对称局部二值模式的伪装语音检测方法。该方法通过短时傅里叶变换得到语音信号的语谱图,再利用中心对称局部二值模式提取语谱图的纹理特征,并用该纹理特征训练随机森林分类器,从而实现真伪语音的判别。该方法综合考虑语谱图中像素点的数值大小和位置关系,包含了更加全面的纹理信息,并将特征维度降低至16维,有利于减少计算量。实验结果表明,在ASVspoof 2019数据集上,与传统的基于局部二值模式的伪装语音检测方法相比,所提方法将合成伪装语音的串联检测代价函数(t-DCF)降低了16.98%,检测速度提高了89.73%。

基于改进局部二值模式及特征融合的人脸表情识别

局部特征描述算子在表情识别领域有着广泛的使用。通过对现有表情识别算法的的研究,针对传统局部二值模式(LBP)算法只考虑领域像素和中心像素点的关系,而忽略了领域像素之间的相互影响。而中心对称局部二值模式(CS-LBP)只考虑了中心对称像素之间的影响。结合LBP和CS-LBP特点出了一种改进的LBP算法,实验结果表明改进的LBP算子利用像素点更充分,能更好的表达特征。针对单一特征很难准确描述原始图片的信息,又提取了图像的Gabor特征,分别与提取LBP特征和改进的LBP特征进行特征融合,使提取的特征更加丰富详细。分类算法中考虑到SVM具有强大的非线性分类能力,将提取的特征与SVM分类器进行结合,在公开表情数据集CK+上采用留出法进行验证,准确率达到95.77%,实验结果表明该方法优于传统的表情识别算法。

基于自适应学习局部二值模式的苹果叶部病斑分割与检测

为了准确、快速地检测作物叶部病害,提出一种基于自适应学习局部二值模式(adaptive learning local binary pattern,简称ALLBP)的苹果叶部病斑分割与检测方法。首先利用ALLBP获取正常叶片图像和病害叶片图像的特征差异,并确定病斑判断阈值,然后将待识别的叶片图像分割为大小相同的子块,再提取同样的特征与阈值进行比较,以判定各子块中是否有病斑。结果表明,该方法能够有效检测苹果病斑的分布特性,与局部二值模式(local binary pattern,简称LBP)和中心对称局部二值模式(center-symmetric local binary pattern,简称CS-LBP)相比,该方法具有更少的特征维数和更高的正确识别率。

基于增强方向局部二值模式的纹理分类

针对方向局部二值模式特征维数高且易受噪声影响的问题,提出了增强方法。首先,在方向局部二值模式的基础上,通过将局部邻域划分为多个8-正交邻域的策略,以降低方向局部二值模式的特征维数;其次,在方向局部模式中引入局部三值模式的思想,以减少噪声的影响。采用CURet、UIUC及Outex三个纹理图像库进行实验,结果证明了该方法以较低的特征维数取得了更好的分类性能。

基于体积语义局部二值模式的行为识别

基于视觉的行为识别是人体运动分析的重要组成,也是该领域一个富有挑战性的研究方向,因此获得广泛的关注.该文将视频中的人体行为看成由每帧轮廓图像沿时间轴堆叠而成的三维空-时体积,提出一种新颖的局部二值模式,即体积语义局部二值模式(VSLBP),用于提取空-时体积中的有效低维特征,通过计算测试序列与已标记的行为训练集特征间的最近卡方距离得到其所属行为类别.在行为库"Weizmann"上实验结果表明,该文提出方法的识别准确率略高于现有最新方法,且能容忍各种复杂的条件,如遮挡、拍摄角度、行为者外观穿着及行为方式等.

基于网格纵横局部二值模式的三维人脸识别

提出一种基于网格纵横局部二值模式的三维人脸识别方法。为了充分体现人脸表面的细节差异,有效表示出由表情引起的局部形状变化,本文首先在人脸网格表面的半刚性区域内检测关键点集,并且由关键点确定中心面片,由中心面片及其周围有序环确定关键点邻域;其次将网格上中心面片及其周围有序环看成一个整体,从纵向(相邻环上对应面片之间)和横向(同一环上相邻标号面片之间)分别提取网格纵向局部二值模式描述符和网格横向局部二值模式描述符;然后对这两者进行特征融合得到网格纵横局部二值模式描述符;最后利用LC-KSVD2字典学习算法在Bosphorus数据库和FRGC v2.0数据库上完成识别实验。在Bosphorus数据库上各表情的平均Rank-1识别率为97.6%,在FRGC v2.0数据库上的Rank-1识别率为97.9%,该实验结果充分表明本文所提算法具有较高的识别精度,并且对表情变化具有一定的鲁棒性。

基于统计特征中心对称局部二值模式的虹膜识别

由于中心对称局部二值模式(CS-LBP)的虹膜识别具有特征维数高、对噪声敏感等缺点,提出了基于统计特征中心对称局部二值模式(SCCS-LBP)的虹膜识别方法。首先,根据虹膜纹理的分布特性,用CS-LBP对归一化的虹膜图像进行编码;为了进一步降低特征维数,对编码后的图像进行特征统计。然后,根据统计结果的分布,提取出有效的二值特征图像。最后,用Hamming距离进行虹膜识别。对CASIA1.0、CASIA2.0、CASIA3.0-Interval、MMU1图像库进行了识别,最高正确识别率分别为99.955%、99.848%、99.989%、99.916%。实验结果表明:该方法有效地利用了虹膜纹理分布特性,与LBP和CS-LBP方法相比,具有更少的特征维数、更高的正确识别率和更好的鲁棒性。

基于多尺度局部二值模式的人脸识别

提出了一种基于多尺度局部二值模式的人脸识别方法。局部二值模式已经被证明是人脸表示的一种有效算子,不过由于其太小以至于鲁棒性不高。在多尺度局部二值模式中,计算是基于块子区域的平均值,而不是基于单个像素值进行的。人脸图像首先被分成小的子区域,具有不同权值的BLBP算子抽取每一子区域的直方图,然后把它们连接起来,组成一个空域增强的特征直方图。在χ2统计量作为不相似度量计算的特征空间里,采用最近邻分类器完成分类识别。实验表明,该方法优于其它的基于LBP的人脸识别算法。

语谱图改进完全局部二值模式的语音情感识别

提出一种改进完全局部二值模式和幂指数加权融合方法的语音情感识别方法。首先,将原始语音样本转化为语谱图,再使用5尺度、8方向的Log-Gabor滤波器对语谱图做处理,放大语谱图的细节信息;然后提取语谱图均匀完全局部二值模式符号特征和改进完全局部二值模式幅值特征的分块直方图特征,之后串联两种特征作为新的融合特征改进完全局部二值模式符号幅值特征。最后,基于支持向量机对3种特征进行决策级幂指数加权融合完成语音情感识别。实验表明,改进完全局部二值模式幅值特征和融合特征可以在降低直方图特征维度的同时提高系统的识别性能;幂指数加权融合方法,扩大分类器间的差距,并使分类性能较好的分类器获得较大的权重,最终有效的提升了语音情感识别系统的性能。与其他算法相对比,验证了算法的有效性。

基于多尺度细胞局部二值模式的人体检测

细胞局部二值模式(cell structured Local Binary Pattern)不能将人体图像的局部信息与全局信息相结合。针对这一不足,在细胞局部二值模式特征的基础上,提出多尺度细胞局部二值模式(Multi-scale cell structured Local Binary Pattern,MLBP)特征描述子,联合局部与全局信息,增加检测特征的信息量;另外,在MLBP的基础上进一步提出一个控制因子调节的新算子—可调多尺度细胞局部二值模式(Adjustable Multi-scale cell structured Local Binary Pattern,AMLBP),利用控制因子选择MLBP的最佳表征,提高人体检测的准确率。实验结果表明所提出的两个新特征较前人提出的特征更有效。

基于中心对称局部二值模式的背景建模方法研究

针对利用局部二元模式(LBP)进行背景建模存在模型维数过高、对噪声敏感等缺点,提出一种基于中心对称局部二值模式(CSLBP)的背景建模方法,并应用于运动目标检测.与传统LBP特征相比,使用CSLBP特征进行背景建模,可大幅度降低背景描述的维数,因而大幅度降低处理时间;并且由于其对称性,CSLBP相比LBP具有更强的抗噪能力.实验结果表明,利用CSLBP进行背景建模能有效解决LBP建模带来的维数灾难和噪声敏感问题,无论在检测效果和计算速度上都有较大的提高,能够满足实际应用的要求.

一种方向性的局部二值模式在人脸表情识别中的应用

传统局部二值模式(LBP)算法应用在人脸表情识别中,不能准确描述眼睛、嘴巴、额头等表情特征区域在不同方向上的灰度变化趋势,识别效果不理想。本文改进传统局部二值模式的灰度比较关系,分别从水平、垂直以及对角3个方向对邻域像素的灰度变化进行二值编码,融合3个方向的特征,得到一种基于方向性的局部二值模式(DLBP)。在JAFFE数据库和Cohn-Kanade数据库上的实验结果均表明,DLBP算子相比LBP算子、Gabor算子能更准确描述人脸基本表情,识别率平均分别提高了5%和1%;相比LBP算子对椒盐噪声和高斯白噪声具有更强的鲁棒性;且与LDP算子相比,识别率基本不变,但特征提取时间缩减近50%。由此可见,DLBP算子是一种快速有效的人脸表情描述子。

HOG结合傅立叶局部二值模式特征的行人检测

针对局部二值模式(Local binary patterns,LBP)和梯度方向直方图(Histogram of Gradients,HOG)的联合特征,在行人检测中易受行人肢体偏转影响的问题,本文将傅立叶局部二值模式算子(Local binary patterns-HF,LBPHF)与HOG算子联合对行人进行特征描述。在每个滑动窗口中,分别计算HOG特征与LBPHF特征,将两者结合,构成联合特征。利用线性支持向量机训练分类器,通过自举法不断更新优化分类器,获得最优判别模型。将提取所得的联合特征输入分类器中进行判别,采用非极大值抑制的融合方法对重叠检测窗口进行融合。实验结果表明,LBPHF算子与HOG相结合的方法检出率高,计算复杂度低,抗行人肢体偏转干扰能力强。

基于方向局部二值模式的虹膜识别方法

虹膜识别技术作为最简单最精确的人体生物识别技术,越来越受人们的重视.目前,CS-LBP算子由于它的高效性和灰度不变性,在虹膜识别领域取得了较好的识别效果.但它忽略了中心像素对虹膜纹理的影响,因此提出了基于D-LBP的虹膜识别方法.它将周围邻近的像素和中心像素进行比较,重新定义了特征描述码的计算方法.该方法在降低特征维数的同时,很好的解决了CS-LBP算法中心像素丢失的问题.实验结果表明:与LBP和CS-LBP方法相比,提出的方法具有更好的识别效果.

判别性完全局部二值模式人脸表情识别

针对完全局部二值模式(CLBP)存在直方图维数过高和特征冗余,会导致识别速度降低和识别率低的问题,提出基于有判别力的完全局部二值模式(Discriminative completed LBP,dis CLBP)的人脸表情识别算法。首先,对人脸表情图像进行预处理获得表情子区域;然后提取表情子区域和整幅图像的dis CLBP特征,针对不同的表情筛选出不同的表情特征,再将筛选出的表情子区域特征直方图融合;最后用最近邻分类器进行分类识别。该算法在CK人脸表情库上进行实验的平均识别率为97.3%。

用于纹理特征提取的改进的成对旋转不变共生局部二值模式算法

针对用于纹理特征提取的成对旋转不变共生局部二值模式(PRICoLBP)算法计算特征维度大、旋转不变性较差、对光照变化敏感的问题,提出一种融合局部纹理信息的改进PRICoLBP算法。首先,分别最大化和最小化图像像素点的二值序列,得到两个邻域像素点的坐标,由中心像素点坐标和得到的邻域像素点坐标计算出共生点对的坐标;其次,利用完备二值模式(CLBP)算法提取图像的每个像素点的纹理信息。在相同分类器下,对Brodatz、Outex(TC10,TC12)、Outex(TC14)、CURe T和KTH_TIPS数据库的分类实验中,所提算法的识别率比PRICoLBP算法分别提高了0.17、0.24、2.65、2.39和2.04个百分点。实验结果表明,所提算法在处理纹理旋转变化、光照条件多样的图像时具有较好的识别效果。

局部二值模式方法研究与展望

针对当前局部二值模式(Local binary pattern,LBP)方法表现出的理论和实际应用价值,系统综述了在纹理分析和分类、人脸分析和识别以及其他检测与应用中的各种LBP方法.首先,简要概述了LBP方法的原理,主要分析了LBP方法中的阈值操作并介绍了统一模式和旋转不变性模式.其次,分别对纹理分析和分类中的LBP方法、人脸分析和识别中的LBP方法以及其他检测与应用中的LBP方法等三个方面进行了详细的梳理和评述.最后,分析了LBP方法在应用中依旧存在的重要问题并指出了未来的研究方向.