廣電視頻圖像人物識別技術(shù)與算法

花逢春

摘 ? 要：現(xiàn)代社會是信息化社會，廣電產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)逐步建成了以有線電視網(wǎng)絡(luò)為核心的廣電網(wǎng)絡(luò)，將有線、無線和衛(wèi)星通信三大行業(yè)交叉聯(lián)合構(gòu)建了新的數(shù)字化的體系，形成了以廣電網(wǎng)絡(luò)為核心的綜合性多媒體信息平臺。廣電網(wǎng)絡(luò)所具有的開放性、交融性也對廣電網(wǎng)絡(luò)的運行管理帶來了極大的挑戰(zhàn)。巨大的信息量需要投入更多的精力用以規(guī)范圖片、文字等的內(nèi)容，通過構(gòu)建以計算機圖形工作站為核心的監(jiān)控體系，加強圖像識別技術(shù)的研究與應(yīng)用，進一步提升圖像的識別與管控效率。

關(guān)鍵詞：計算機圖形工作站 ?圖像識別 ?算法

中圖分類號：T391.41 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0138-03

視頻圖像特征分析與管理難度大、任務(wù)重，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)管主要采用人工審核的方式，利用人工建立的數(shù)據(jù)庫及各種視頻屬性來進行查詢管理。傳統(tǒng)方式任務(wù)重、效率慢無法適應(yīng)當(dāng)今需求。圖像識別技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用將有助于提高對于圖像監(jiān)管的效率與效果。本文在分析圖像識別關(guān)鍵特征的基礎(chǔ)上對圖像識別技術(shù)的算法進行了分析介紹。

1 ?人物視頻圖像識別關(guān)鍵特征的識別與提取

1.1 人物圖像膚色特征識別

計算機所呈現(xiàn)出的視頻圖像是由眾多的像素點所組成的，圖像識別中關(guān)于像素顏色的識別需要借助于色度理論學(xué).根據(jù)色度理論學(xué)原理任何顏色都可由紅、綠、藍(lán)三基色按照一定的比例所混合而成。對于色度的表示常用的顏色空間主要有以下幾種：RGB（紅、綠、藍(lán)）、HIS（色度、飽和度、亮度）和YUV（亮度、色差）。人物圖像膚色識別特征主要是找出人體表層和人體真皮層所形成的不同反射光。其中，圖像中的人物膚色會由于表皮層黑色素含量的不同而呈現(xiàn)出一定的差異，其中人體表皮層的反射光起決定性因素。在圖像人物膚色檢測中并未有最優(yōu)的顏色空間，不同的顏色空間對應(yīng)著不同的檢測算法且各有優(yōu)異。

1.2 圖像人物輪廓、形狀等紋理特征

在圖像識別中，圖像輪廓、形狀等紋理特征能夠有效地實現(xiàn)人物圖像的識別。其中，基于小波變換的邊緣檢測技術(shù)在圖像人物識別中能夠取得良好的識別效果，借助于小波變換技術(shù)能夠在圖像人物膚色特征的基礎(chǔ)上更好地識別圖像。小波變換圖樣檢測能夠融合泛函分析、數(shù)值分析、樣條分析以及調(diào)和分析的特點完成對于圖像的小波分析用以更好的檢測圖像在輪廓、形狀等的紋理特征。

1.3 圖像人物皮膚形態(tài)過濾

在人物圖像識別中人物皮膚的幾何形狀信息也可作為人物識別的重要特征之一。在圖像識別技術(shù)中對于皮膚形態(tài)識別的一般算法主要采用的是先得到皮膚區(qū)域而后利用人物圖像的幾何形態(tài)對人物的四肢及軀干等部分進行識別.在這一過程中受人物完整度與噪聲等因素的影響致使一般圖像人物識別算法未能發(fā)揮出較為良好的識別效果。在圖像識別技術(shù)中需要應(yīng)用分形維計算法就圖像人物皮膚以零散破碎的幾何形狀進行計算描述，并將其作為圖像識別的重要特征。

1.4 以Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)進行圖像樣本選取

傳統(tǒng)的廣電圖像識別管理模式數(shù)據(jù)處理量大且復(fù)雜，為提高圖像識別處理速度可以利用Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成對于圖像數(shù)據(jù)的矢量化壓縮，通過對所需處理的圖像數(shù)據(jù)采取樣本提取和與分類的方式將能夠大幅降低圖像識別所需處理的數(shù)據(jù)量。Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自動聚類識別環(huán)境的特性，屬于自組織競爭型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。以Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)所編制的圖像人物識別算法能夠在圖像人物識別處理中通過對圖像人物樣本植與各神經(jīng)元權(quán)植進行對比并找出距離最小的神經(jīng)，并通過調(diào)整其與鄰近神經(jīng)元的權(quán)值獲取所需要的信息，完成圖像人物識別。

1.5 圖像人物識別前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

利用Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對所需處理的圖像數(shù)據(jù)進行篩選壓縮后，將極大地降低圖形人物處理的數(shù)據(jù)量，在這之后利用前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行識別訓(xùn)練將能夠有效地提升圖像人物識別的效率，利用前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行圖像人物識別是一種極為有效的圖像特征識別方法。應(yīng)用于圖像人物識別的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要由輸入層、輸出層、隱含層神經(jīng)元以及各層之間的互聯(lián)部分所組成，在進行圖像人物識別時通過對所輸入的信號進行跟蹤識別，將輸入信號在各神經(jīng)元之間相互傳，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成對于圖像人物特征的正向傳播學(xué)習(xí)，并根據(jù)正向傳播學(xué)習(xí)過程中所產(chǎn)生的誤差來修正偏差，通過多次的調(diào)整校正將圖像人物識別輸入信號的誤差降至最低。前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將原先的一組一種輸入到一種輸出的模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M輸出模式，通過前期的調(diào)整校正訓(xùn)練將能夠完成前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出模式的系統(tǒng)變換。前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法能夠在圖像人物識別得到良好的應(yīng)用，其核心在于將圖像人物識別轉(zhuǎn)化為輸入信號的正向傳播與識別信號誤差的反向傳播兩大不同的環(huán)節(jié)。在圖像人物信號的正向傳播識別中網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值保持穩(wěn)定，前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進行圖像人物識別中對于輸入信號僅僅在不同層級神經(jīng)元之間單向傳遞，而當(dāng)前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的輸出層的輸出結(jié)果與預(yù)期偏差較大時則前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法將把誤差轉(zhuǎn)入反向傳播。反向傳播時在輸出端反向傳播未達預(yù)期的正向傳播的信號誤差值，反向傳播信號在前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中將進入到輸入層，并根據(jù)誤差信號動態(tài)調(diào)整前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中的各神經(jīng)元層的連接權(quán)植，如此多次的正反向傳播調(diào)整校正將調(diào)整前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法使其能夠滿足圖像人物識別所需滿足的精度。三層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的結(jié)構(gòu)模型圖如圖1所示。

2 ?廣電圖像識別監(jiān)管系統(tǒng)

廣電圖像識別監(jiān)管系統(tǒng)其主要用于對廣電播送的內(nèi)容進行實時監(jiān)控，通過圖像識別將所播放內(nèi)容中不合格的部分篩選并按照相關(guān)規(guī)定進行處理。圖像人物識別關(guān)鍵是獲取視頻關(guān)鍵幀圖像，根據(jù)所篩選的圖像由廣電圖像識別監(jiān)管系統(tǒng)所判斷并采取相應(yīng)的處理措施。

2.1 圖像人物識別預(yù)處理

對于需要進行圖像人物識別的視頻資料，首先需要對視頻資料進行降噪處理，用以減少外界干擾在數(shù)字圖像數(shù)字化及傳輸過程中所產(chǎn)生的干擾噪聲，提高圖像人物識別的效率與效果。在完成降噪處理后對于所需要圖像人物識別的圖像進行場景增強，篩選并強化圖像中的關(guān)鍵特征信息，弱化圖像中的無關(guān)信息以使得處理后的圖像能夠獲得圖像視覺效果的強化。對于完成場景分析的圖像將根據(jù)需要進行區(qū)域劃分，將圖像劃分為若干有意義區(qū)域或部分處理圖像。圖像人物識別預(yù)處理通過降噪-場景分析-圖像處理-圖像分割-目標(biāo)提取等將待處理視頻圖像中的目標(biāo)圖像提取出來以待后續(xù)圖像人物識別操作。

2.2 人物圖像識別流程

完成圖像人物預(yù)處理后需要完成圖像人物識別操作。圖像人物識別過程中首先應(yīng)根據(jù)圖像人物識別算法演算所生成的模式向量來對比對應(yīng)的特征函數(shù)，并將圖像信號作為輸入信號輸入到所選定的特征參數(shù)中以此來計算圖像所具有的特征值，從而將圖像所具有的底層視覺信息轉(zhuǎn)化為語義信息便于后期查詢處理。

2.3 圖像人物識別的主要算法設(shè)計

為實現(xiàn)圖像人物識別需要多個算法相組合，其中包含有基于HIS顏色空間和R值的人體膚色檢測算法、小波降噪和多分辨率壓縮算法、分形維數(shù)形態(tài)過濾算法、Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等多個算法。

2.3.1 基于HIS顏色空間和R值的圖像人物膚色識別算法

為實現(xiàn)圖像人物膚色識別其關(guān)鍵在于以預(yù)先設(shè)定的閥值為基準(zhǔn)對比提取膚色的像素點，以此完成對于圖像人物膚色的選取。據(jù)研究人員表明，紅、綠、藍(lán)三基色中紅色在數(shù)字圖像中占據(jù)著較大的數(shù)值，在一般光照下人物圖像中紅色數(shù)值在200±20的區(qū)間范圍內(nèi)，而剩下的綠、藍(lán)原色則多在100以內(nèi)。而在非一般光照下紅、綠、藍(lán)三原色的值范圍則會有所擴大，在高光條件下三原色中的紅色數(shù)值最大可以達到250及以上，而在低光條件下三原色中的綠、藍(lán)兩色數(shù)值最低可低于50，因此在圖像人物膚色檢測中僅靠所設(shè)定的閥值較難完成對于圖像人物的膚色選取，而在圖像人物膚色識別中選用H空間算法則不受亮度、對比度的變化而影響，是一種較為穩(wěn)定的膚色提取方法。在圖像人物膚色識別算法中將主要利用HIS顏色空間中的分割闕值的方法來計算圖像人物中的膚色區(qū)域，由于人體膚色主要分為黃、白、黑、棕、紅，且各膚色之間差別較大，黃白色的皮膚膚色亮度較高，且SI對圖像人物膚色分割影響較大，在顏色空間的選擇上需要綜合考慮H、S、I、R四個方面以此來確定圖像中的人物提取區(qū)域?；趫D像人物膚色的初步提取主要利用像素點顏色特征來提取，為規(guī)避雜色像素點所帶來的影響，需要對人物圖像進行消噪處理，利用中值濾波法將能夠有效的消除雜色點所帶來的影響。中值濾波法其原理是利用一個含奇數(shù)個點的滑動窗口利用灰度排序法對滑動窗口內(nèi)的像素進行排序，并使用滑動窗口內(nèi)的中心像素的灰度值替代為中值。通過HIS顏色空間的處理數(shù)字可以將圖像人物中的非膚色區(qū)域進行良好的處理，利用工作站處理后的數(shù)字圖像非膚色區(qū)域經(jīng)過檢測后盡管還含有一些錯處理區(qū)域但是大部分的人物膚色區(qū)域還是得到了正確的定位標(biāo)識，針對過濾處理后所含有的一些錯標(biāo)識區(qū)域可以利用皮膚紋理過濾技術(shù)進行再次篩選過濾，以此得到所需要的圖像人物膚色區(qū)域信息特征。

2.3.2 小波多分辨率壓縮算法

小波多分辨率壓縮算法其核心在于將輸入的原始圖像經(jīng)過三層分割過濾，將原始圖像劃分為低頻部分和高頻部分，并將所過濾出的低頻部分按照上述方法再次進行高、低頻部分的過濾。經(jīng)過小波多分辨率壓縮算法過濾后的原始圖像其低頻圖像保持了原始圖像的主要輪廓，將原始圖像中的人物輪廓大致的表現(xiàn)了出來。而分解出的高頻圖則將原始圖像中的各個細(xì)節(jié)表現(xiàn)了出來。小波多分辨率壓縮算法能夠?qū)D像各個方向上的輪廓信息分解出來，經(jīng)過小波多分辨率壓縮算法處理后的圖像將能夠獲得到圖像人物輪廓的二值圖，在得到人物輪廓的二值圖后將能夠為下一步敏感部位的定位帶來方便。

2.3.3 分形維數(shù)形態(tài)過濾算法

在完成了小波多分辨率壓縮算法處理后的圖像將需要使用分形維數(shù)形態(tài)過濾算法進行后續(xù)處理，圖像經(jīng)過了顏色和紋理過濾后使用分形維數(shù)形態(tài)過濾算法將能夠有效的將圖像中雜物所引起的誤差剔除出去，講過上述處理后的圖像將在通過腐蝕、膨脹等處理后所形成的四聯(lián)通候選膚色塊中篩選掉區(qū)塊較小的膚色塊，并統(tǒng)計計算剩余區(qū)域中膚色塊的分形維數(shù)。分形維數(shù)形態(tài)過濾算法應(yīng)用中需要經(jīng)過多次對比并選用合理的分形維數(shù)闕值用以過濾誤差，以確保圖像人物識別取得良好的識別效果。分形維數(shù)闕值在1.15和1.23時將能有效的將圖像中的人物與背景中的沙灘、植物等進行有效的區(qū)分。

2.3.4 Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

對于圖像文件經(jīng)過上述算法的處理后將從原始圖像文件中提取出32*32像素的24位像素塊，各像素塊所占據(jù)的字節(jié)數(shù)為32*32*3=3072字節(jié)，這一數(shù)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般三層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理能力，為滿足一般三層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的處理需求，需要將原始的32*32圖像塊分解為16份的8*8圖像塊來作為前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的輸入數(shù)據(jù)，通過上述劃分將32*32*3的字節(jié)劃分為16個8*8*3=192字節(jié)的圖像塊，192字節(jié)能夠滿足前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的128-256字節(jié)的處理能力。Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法利用上述16個192字節(jié)的圖像塊來作為訓(xùn)練樣本進行訓(xùn)練，Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對上述訓(xùn)練樣本完成訓(xùn)練后將能夠得到一組代表聚類信息的權(quán)值矢量，權(quán)植矢量都為192字節(jié)并借助于Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識別功能與所訓(xùn)練的樣本權(quán)植進行逐一對比并歸類，通過Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法能夠?qū)?*8的矢量塊轉(zhuǎn)化為能夠識別的十進制編號，從而將原始的32*32圖像塊轉(zhuǎn)變?yōu)?6個十進制數(shù)元素組成的新矢量而一個字節(jié)的十進制數(shù)可以表示256類聚類，通過上述劃分將能夠有效的解決數(shù)據(jù)量多且難以處理的難題。前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是一種非線性優(yōu)化算法，針對前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法應(yīng)用過程中所出現(xiàn)的局部極小問題所帶來的算法不收斂問題需要在前期選擇合適的初始權(quán)值和闕值，以此來規(guī)避陷入局部極小點的問題。前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的收斂速度較慢，為提高圖像人物的識別效果，在應(yīng)用前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法時需要選擇好收斂闡述α。為提高圖像人物識別的可靠性與準(zhǔn)確性需要加強對于前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的訓(xùn)練， 前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的訓(xùn)練需要多種樣本。

前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的實現(xiàn)需要按照以下步驟進行：（1）首先就各層的權(quán)值Wij進行初始化，使得Wij變成一個較小的非零隨機變量。（2）選取輸入樣本X0和期望輸出Y0并計算出實際輸出Y1與期望輸出Y0之間的誤差。根據(jù)預(yù)設(shè)的誤差取值E判斷實際輸出誤差是否滿足使用要求，如果實際誤差值在預(yù)設(shè)誤差E的范圍內(nèi)則可以將實際輸出誤差作為一個樣本進行輸出。在對前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法訓(xùn)練時要求所有的樣本輸出誤差值都在預(yù)設(shè)誤差E的范圍內(nèi)。如輸出誤差超限且訓(xùn)練次數(shù)未達到闕值M，則執(zhí)行下列部分：

3 ?結(jié)語

圖像人物識別是廣電系統(tǒng)監(jiān)管中的重點及難點。本文在分析圖像人物識別技術(shù)難點的基礎(chǔ)上就如何基于圖形工作站開發(fā)應(yīng)用圖像人物識別技術(shù)進行了分析闡述。

參考文獻

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