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。

基于信息熵的二维局部二值模式静脉识别

基于现有LBP算法及其变体无法提取图像高维特征的问题,提出一种基于信息熵的二维局部二值模式识别算法。此方法首先利用统一局部二值模式(ULBP)对图像进行低维特征的提取,随后将图像信息熵与统一局部二值模式图谱进行结合获取熵值加权的统一局部二值模式图谱(EULBP),并利用滑动窗口实现对局部区域内模式间共现特征信息的统计,以其结果作为图像特征表达。并以直方图交叉距离为基础构建模式分类器,验证其识别性能。实验结果表明,在SDUMLA⁃HMT数据集以及马来西亚理工大学指静脉数据集(FV⁃USM)中,提出的算法能取得99.94%和98.84%的平均识别率。

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。

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。

基于多块局部二值模式特征和人眼定位的人脸检测

人脸检测是人脸识别和重构问题中最基本的任务,同样也是人脸识别问题中的一个关键环节,其结果直接关乎到人脸识别最终的效果。所以,构建一种稳健而优秀的检测算法是人脸检测的目的。本文提出了一种基于多块局部二值模式特征的adaboost算法和模板匹配的人眼定位方法,从而提高人脸检测的正确率和稳定率,减少了误差。通过MIT CBCL人脸数据库、生活、网络等渠道照片的实验验证,该方法提高了检测效率,降低误检率,兼具了实时性和鲁棒性。

时频图像局部二值模式特征在雷达信号分类识别中的应用

针对低信噪比下雷达辐射源信号的分类识别,提出了一种将时频分析与图像处理相结合的特征提取和识别方法。该方法首先对雷达信号进行时频变换,将得到的时频分布转化为灰度图像;然后运用图像处理方法对时频图像进行增强和去噪;最后提取局部二值模式纹理特征描述子作为信号的识别特征,并采用支持向量机分类器实现信号的分类识别。文中针对12种常见雷达信号进行了仿真,结果表明该方法在较低的信噪比下仍能获得较为满意的识别率,当SNR=0dB时,信号的平均识别率能达到95.35%。所提出方法能有效降低噪声对分类识别的影响,同时对于时频图像相近的信号也有较好的识别效果,表明了该方法的有效性。

面向语音情感识别的Gabor分块局部二值模式特征

谱特征在语音情感识别中起到了重要的作用,然而现有的谱特征仍未能充分表达谱图中的语音情感信息。为研究语音情感与谱图之间的联系,提出了一种面向语音情感识别的Gabor分块局部二值模式特征（GBLBP）。首先,获取情感语音的对数能量谱;然后,采用多尺度,多方向的Gabor小波对对数能量谱进行处理,得到Gabor谱图;再次,对每张Gabor谱图进行分块,采用局部二值模式提取每个块的局部能量分布信息;最后,将提取到的所有特征级联,得到GBLBP特征。EMO-DB库及中文语音库上的实验结果表明：GBLBP特征的平均加权召回率比MFCC高了9%~10%,识别性能显著优于众多谱特征,且与现有声学特征有较好的融合性。

一种局部二值模式图像特征点匹配算法

针对图像匹配问题进行了研究,提出了一种改进BRIEF算法的特征点匹配算法。该算法利用随机点与特征点之间的差分大小和差分幅值关系来生成特征点描述算子。针对BRIEF对噪声敏感问题,因为小的像素幅值差分更易受到噪声影响,为了抑制噪声,通过设置小像素差分阈值,差分在阈值内的设置为不确定位,然后通过其邻域均值来决定不确定位的值。特征点匹配使用描述算子之间的汉明距离进行比较来完成。实验将BRIEF和ORB算法进行了比较,证明该算子具有更高的判别性,计算简单且具有很好的噪声抑制性能,运行速度快,匹配准确率更高。

多尺度局部二值模式傅里叶直方图特征的表情识别

针对表情识别的简便快捷问题,提出一种多尺度局部二值模式傅里叶直方图(LBP-HF)和主动形状模型(ASM)相结合的人脸表情识别方法。该方法首先利用ASM检测并分割人脸区域,减少不相关区域的影响;然后提取多尺度LBP-HF特征形成识别向量;最后采用最近邻分类方法进行表情识别。通过提取不同尺度的LBP-HF特征,研究各个尺度LBP-HF特征对表情识别的影响,最终结合多尺度LBP-HF特征实现表情识别,获得更有效的表情特征。通过与Gabor特征的实验结果进行对比,验证该方法的简便可行性,最高平均识别率达到93.5%。实验结果表明,该方法可以用于人机交互中。

利用局部二值模式和方向梯度直方图融合特征对木材缺陷的支持向量机学习分类

根据木材缺陷类型及视觉特点的不同,将木材缺陷分为6类,加上正常无缺陷木材共分7类;实验将图像样本转化为灰度图后生成680个训练样本数据集和94个测试样本数据集。在分析单一方向梯度直方图(HOG)特征及局部二值模式(LBP)采用不同核函数对木材缺陷分类性能的基础上,提出局部二值模式和方向梯度直方图融合特征对木材缺陷分类。融合特征经主成分分析并降维,利用支持向量机的4种不同核函数分别验证局部二值模式和方向梯度直方图融合特征对木材缺陷分类的性能。结果表明:利用局部二值模式和方向梯度直方图融合特征比单一缺陷特征具有更高效的分类性能;采用线性核函数及高斯核函数对局部二值模式和方向梯度直方图融合特征进行支持向量机分类,分类准确率分别可达98.9%和97.8%,木材缺陷可实现自动检测分类。

基于AdaBoost局部二值模式特征的色织物纹理分类

针对织物纹理在人工视觉分类中存在的分类准确率不高,效率低的问题,给出一种基于AdaBoost算法的色织物纹理图像分类方法.该方法首先对采集的织物图像进行人工标记;然后,提取所有图像的局部二值模式(local binary pattern,LBP)特征建立训练集;最后,基于AdaBoost算法对提取的色织物特征学习分类模型实现纹理图像的分类.实验结果表明,选择LBP28算子和弱分类器的个数为30时,基于AdaBoost分类算法对复杂色织物的纹理分类具有较高的识别率,其中对于梭织类和斜纹类织物分类准确率可达到100%,证实此方法的有效性.

基于自适应局部二值模式的纹理特征提取方法

局部二值模式(local binary pattern, LBP)是一种简单有效的纹理特征描述符,但是存在对噪声缺乏鲁棒性以及编码过程中信息缺失的问题。针对该问题提出基于自适应阈值的带方向的完整局部二值模式(adaptation threshold complete local binary pattern with direction,DAT-CLBP)。提出一种自适应阈值选取方法和判别条件,通过判别条件,从自适应邻域像素中值和中心像素值中选取一种作为LBP编码时的阈值;计算邻域像素和阈值的差分的幅值,并以幅值最小点为起点,从小到大地计算局部邻域的二值模式。在通用纹理库上运行算法,统计两种阈值的发生率,证明了采取自适应阈值的必要性。以纹理库上添加了不同程度的椒盐噪声的纹理图像为样本实验,结果表明算法能更好地描述纹理,同时也对椒盐噪声具有鲁棒性。

基于Shearlet变换和均匀局部二值模式特征的协作表示人脸识别算法

为了获得人脸图像中更丰富的纹理特征以提高人脸识别率,提出了一种基于Shearlet变换和均匀局部二值模式(ULBP)算子提取特征(Shearlet_ULBP特征)的协作表示方法——Shearlet_ULBP CRC用于人脸识别。首先,人脸图像通过Shearlet变换分解,得到多尺度多方向的幅值域图谱,再经过简单的平均融合,获得融合后的幅值域图谱;然后,通过ULBP算子结合分块的方法获得该Shearlet变换后融合图像的直方图特征;最后,结合协作表示的方法来分类所提取到的特征。该方法可以提取到图像更丰富的边缘以及纹理信息,在ORL、Extended Yale B和AR人脸数据库上进行测试,在图像无遮挡的情况下识别率都达到了99%以上,在有遮挡情况下也都达到了91%以上的识别率。实验结果表明,所提方法不仅对于光照、姿态和表情变化具备较强的鲁棒性,同时能在一定程度上处理人脸图像中存在遮挡的情形。

基于高斯局部二值模式的纹理特征分类方法

纹理描述在图像分析和模式分类领域具有极为重要的意义。为提高特征描述的鲁棒性,提出了一种基于高斯局部二值模式的纹理特征提取方法。首先,采用加强预处理使高斯滤波获得不同尺度的图像,从而构建多尺度的图像金字塔;其次,为提升旋转不变性和抗噪声能力,提出具有主方向特征的二值模式;最后,在不同尺度上提取3种有效的局部二值模式联合构造纹理描述,并通过直方图降维。试验结果表明,该特征具有较好的可区分性和有效性,可以有效应用到视觉图像的纹理分类中。

融合子区域局部二值模式特征与深层聚合网络的人脸识别

针对深度网络对人脸噪声敏感,且学习过程容易忽视人脸结构信息的问题,提出融合子区域局部二值模式(local binary pattern,LBP)特征和深层聚合网络的人脸识别算法。将人脸图像划分为不同子区域,并采用局部二值模式对人脸进行预处理,获取子区域人脸的LBP特征。不同子区域LBP特征输入不同的稀疏自动编码器,实现深层特征提取;然后不同稀疏自动编码器的输出特征通过全连接方式实现特征聚合,获得人脸特征向量用于分类。通过大量实验获取了最优的聚合网络模型架构和网络参数取值,改善了人脸识别效果。

基于深度信息局部二值模式特征的室内场景边缘检测

针对室内场景深度图像,检测场景中的面片边缘信息并确定场景中的完整面信息是实现室内场景分析和理解的基础.基于深度信息局部二值模式特征,提出一种室内场景深度图像边缘检测的方法.首先对场景深度信息图分别求X方向和Y方向的梯度信息,结合2个梯度图找到深度信息图的基本边缘信息;然后计算基本边缘附近的局部二值模式特征信息,并计算深度图每个点的法线信息;最后利用深度信息局部二值模式特征和法线信息对边缘信息进行判断和矫正,以提取深度图像的面片边缘信息.实验结果表明,该方法能够高效、准确地检测室内场景深度图像的边缘信息,避免边缘信息的过检测和欠检测.

基于等距环局部二值模式的特征描述子

现有的描述子一般与主方向相关,当图像经过变换时,得到的描述子主方向会有误差,从而导致图像匹配效果不理想。针对上述问题,基于等距环局部二值模式,提出一种二进制描述子构造方法。在构造描述子与描述子匹配过程中分别使用了等距环局部二值采样模式与分组匹配策略,使得构造的描述子具有旋转不变性,解决主方向问题和加速匹配过程。实验结果表明,与BRIEF,BRISK等二进制描述子相比,该方法具有更快的速度及更高的准确率。