基于層次分析的人機交互界面視覺傳達方法研究

游貞娜

(集美大學(xué) 誠毅學(xué)院，福建 廈門 361021)

隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，大量的軟件需要人機交互界面實現(xiàn)信息交互，特別是在移動APP終端中，需要通過開發(fā)人機交互界面，實現(xiàn)智能信息提取，提高信息交互和視覺傳達能力，研究人機交互界面的視覺傳達優(yōu)化技術(shù)，提高軟件的視覺傳達和信息表達能力，從而提高軟件的吸引度[1].在進行人機交互界面設(shè)計中，視覺傳達的優(yōu)化設(shè)計是建立在圖像分塊布局和邊緣特征定位基礎(chǔ)上，采用分塊特征匹配自適應(yīng)尋優(yōu)方法進行人機交互界面的塊分割和模板匹配，結(jié)合色彩漸變和色彩融合性檢測方法，進行人機交互界面的視覺傳達開發(fā)設(shè)計[2].筆者提出一種基于層次分析的人機交互界面視覺傳達方法.構(gòu)建人機交互界面視覺傳達的圖像處理模型，采用邊緣輪廓特征提取方法提取人機交互界面的邊界信息特征，實現(xiàn)對人機交互界面的區(qū)域分塊布局和視覺傳達優(yōu)化設(shè)計.

1 人機交互界面的視覺傳達信息采集和特征提取

1.1 人機交互界面的視覺傳達信息采集

為了實現(xiàn)基于層次分析的人機交互界面視覺傳達設(shè)計，采用一個4×4的分塊組合模型進行人機交互界面的視覺特征采樣，采用幀掃描技術(shù)進行人機交互界面圖像采集和二維特征重構(gòu)[3]，構(gòu)建目標模板匹配矩陣 {w1,w2,…,wdi}表示人機交互界面視覺傳達圖像提取的向量加權(quán)，利用自適應(yīng)的層次分析方法計算人機交互界面的邊緣輪廓特征集.假設(shè)人機交互界面視覺傳達圖像的位置信息關(guān)聯(lián)分布長度為L=xmax-xmin，人機交互界面的寬度為W=ymax-ymin，人機交互界面的聯(lián)合稀疏特征表示為H=zmax-zmin，采用三維空間重構(gòu)方法，得到人機交互界面視覺傳達圖像重構(gòu)的拓撲結(jié)構(gòu)用如下4個參考模板向量x1，x2，x3和x4表示為：

(1)

(2)

其中，L(η)表示傅里葉逆變換獲得一組預(yù)濾波圖像，通過二值化處理進行人機交互界面視覺傳達圖像的邊緣分割，充分利用圖像的局部頻譜特征進行視覺傳達優(yōu)化[4]，得到圖像的頻域增強特征分布為：

E[f(θ,k)]=0,?θ∈[-π,π],?k∈Z

在傅里葉頻域下基于曲面融合進行模板匹配，得到人機交互界面視覺傳達圖像的邊緣紋理結(jié)構(gòu)特征量s(X,Y)及模板差異值表示為：

(3)

其中，assoc(A,V)是人機交互界面視覺傳達圖像的像素點子集A中的灰度像素特征，assoc(B,V)也是類似的定義，把像素點(i,j)作為初始聚類中心，初始化平行曲線的中點，得到輸出局部脊線為：

ICD:γf(θ,l)=γf(θ)δ(l),γf(θ)=γf(θ,0)

FCD:γf(θ,l)=γf(θ),?l∈Z

(4)

根據(jù)上述處理，從中心點出發(fā)進行人機交互界面的視覺傳達特征檢索，實現(xiàn)了人機交互界面視覺傳達圖像的三維重建[5].

1.2 人機交互界面視覺傳達特征提取

對人機交互界面視覺傳達特征圖像在每個局部區(qū)域做一次傅里葉變換，得到人機交互界面視覺傳達圖像的邊緣像素集表示為：

Iif(x,y)=I*G(x,y,σi)

(5)

Iiv(x,y)=I*stdfilt(x,y,wi)

(6)

Sgif(x,y)=-log(Pif(x,y))

(7)

其中，G(x,y,σi)表示人機交互界面視覺傳達圖像在4×4子網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的高頻分量集，根據(jù)圖像重建結(jié)果進行人機交互界面視覺傳達圖像的實時融合跟蹤識別，對于多分辨多尺度的人機交互界面視覺傳達圖像J，構(gòu)建非平緩區(qū)域的頻譜圖，人機交互界面的曲面區(qū)域視覺傳達跟蹤紋理集如圖1所示.

圖1 交互界面的曲面區(qū)域視覺傳達跟蹤紋理集

確定人機交互界面的重要濾波紋理系數(shù)，得到人機交互界面的曲面區(qū)域的點跟蹤的軌跡分量為：

(8)

其中，t0表示多分辨多尺度的人機交互界面視覺傳達圖像的曲面區(qū)域特征量，在像素擴展的4×4子區(qū)域內(nèi)，在非平緩區(qū)域使用曲面變換得到人機交互界面視覺傳達圖像邊緣輪廓信息分量為：

L=

(9)

在頻譜能量集中區(qū)域進行人機交互界面視覺傳達圖像的特征重組，在非平緩區(qū)域執(zhí)行曲面變換，實現(xiàn)信息加權(quán)，得到加權(quán)權(quán)重為0w(i,j)1及假定人機交互界面視覺傳達圖像的特征融合向量集服從高斯分布，即其中為噪聲的方差，沿濾波方向選擇豎直方向作為平緩區(qū)域，得到：

(10)

g(x,y)=f(x,y)+ε(x,y)

(11)

其中,f(x,y),g(x,y),ε(x,y)分別代表人機交互界面視覺傳達圖像的像素強度，結(jié)合交叉性信息融合技術(shù)實現(xiàn)人機交互界面的視覺傳達信息增強處理，構(gòu)建人機交互界面視覺傳達圖像的邊緣包絡(luò)特征，提高人機交互界面的視覺傳達能力[6].

2 人機交互界面視覺傳達優(yōu)化

2.1 信息增強

在上述構(gòu)建人機交互界面視覺傳達的圖像處理模型中，在采用邊緣輪廓特征提取方法提取人機交互界面的邊界信息特征構(gòu)建人機交互界面視覺傳達圖像的邊緣包絡(luò)特征的基礎(chǔ)上，進行人機交互界面視覺傳達的優(yōu)化設(shè)計[7].本文提出一種基于層次分析的視覺傳達優(yōu)化方法，對人機交互界面的視覺傳達層次模糊聚類表達式為：

(12)

(13)

其中，Ic(y)為圖像的塊效應(yīng)分布像素集，Ac表示圖像的尺度信息.若窗口為非平緩區(qū)域，采用LBG向量量化方法進行人機交互界面層次融合增強，圖像增強的信息矩陣描述為：

(14)

(15)

高分辨人機交互界面視覺傳達的子集分量為：

(16)

建立復(fù)合窗口模板的內(nèi)層窗口，在單幀分布區(qū)域生成人機交互界面視覺傳達圖像的邊緣輪廓特征點，利用向量量化方法進行人機交互界面視覺傳達圖像的信息增強處理，采用多分辨的層次分析方法進行人機交互界面視覺傳達過程的特征分解，實現(xiàn)信息增強處理.

2.2 視覺傳達輸出

在整體主觀視覺效果約束下，根據(jù)場景點光線的直接衰減項進行視覺傳達過程中的衰減抑制[8]，得到人機交互界面視覺傳達圖像的邊緣輪廓特征解為：

s(k)=φ·s(k-1)+w(k)

(17)

其中：

(18)

采用一個4×4的分塊組合模型進行人機交互界面的紋理分割，在全局尋優(yōu)控制下，通過模板匹配結(jié)果進行人機交互界面的自適應(yīng)像素融合[9]，得到人機交互界面特征點匹配函數(shù)為：

s(k|k-1)=φ·s(k-1|k-1)

(19)

對人機交互界面視覺傳達圖像進行量化融合，求得相應(yīng)時刻的子塊內(nèi)的人機交互界面視覺傳達圖像角點(x,y)的像素空間特征軌跡，因s(k)=[θ(k),Δx(k),Δy(k)]，對人機交互界面視覺傳達圖像灰度化輸出特征量進行模板匹配[10]，得到人機交互界面視覺傳達圖像量化融合的迭代過程描述為：

(20)

(21)

其中，Ic(y)為人機交互界面視覺傳達圖像角點的關(guān)聯(lián)特征值，A為視覺傳達的特征分布幅值，對人機交互界面S'在紋理信息融合區(qū)域(x',y')處進行梯度分解，得到圖像的灰度像素集為：

r(t)=αAcos(2π(f0+fd)(t-d))+w(t)

(22)

采用RGB分解方法進行人機交互界面的顏色特征分解，得到人機交互界面的視覺傳達成像的特征表達式為：

(23)

(24)

其中，ejθF(k1,k2)和ejθG(k1,k2)為高、低分辨率圖像塊的分量，采用向量量化方法進行人機交互界面視覺傳達圖像信息融合處理，通過二維函數(shù)擬合得到向量空間中人機交互界面視覺傳達圖像信息增強的圖譜特征分量表示為：

(25)

其中，‖sj‖表示sj中人機交互界面視覺傳達圖像的相似度，人機交互界面的分塊區(qū)域分割控制參數(shù)βi選擇如下：

(26)

式中，xi和xj分別為人機交互界面標記特征點(i,j)的統(tǒng)計特征量，綜上算法設(shè)計，實現(xiàn)人機交互界面視覺傳達優(yōu)化，實現(xiàn)流程如圖2所示.

圖2 算法的實現(xiàn)流程

3 仿真實驗分析

在Matlab Simulink和VC環(huán)境下進行人機交互界面的視覺傳達優(yōu)化設(shè)計，給出人機交互界面視覺傳達圖像樣本大小為1 200，人機交互界面的視覺傳達特征信息掃描頻率為24 kHz，界面元素的空間分布位置參數(shù)見表1.

表1 參數(shù)描述

根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定，構(gòu)建人機交互界面視覺傳達模型，以某電動車充電系統(tǒng)的人機交互界面為測試對象，得到視覺元素采集結(jié)果如圖3所示.

圖3 視覺元素采集結(jié)果

以圖3的視覺元素為測試集，進行人機交互界面的視覺傳達設(shè)計，得到設(shè)計結(jié)果如圖4所示.

圖4 人機交互界面的視覺傳達設(shè)計結(jié)果

分析圖4得知，本文方法能有效實現(xiàn)對人機交互界面視覺傳達優(yōu)化設(shè)計，測試輸出像素增強結(jié)果，如圖5所示.

圖5 輸出像素增強結(jié)果

分析圖5得知，該方法能提高人機交互界面視覺傳達的保真度，界面輸出的分辨能力較好.

4 結(jié)束語

通過開發(fā)人機交互界面，實現(xiàn)智能信息提取，提高信息交互和視覺傳達能力.采用分塊特征匹配自適應(yīng)尋優(yōu)方法進行人機交互界面的塊分割和模板匹配，結(jié)合色彩漸變和色彩融合性檢測方法，進行人機交互界面的視覺傳達開發(fā)設(shè)計.構(gòu)建非平緩區(qū)域的頻譜圖，構(gòu)建交互界面的曲面區(qū)域視覺傳達跟蹤紋理集，結(jié)合交叉性信息融合技術(shù)實現(xiàn)人機交互界面的視覺傳達信息增強處理，提取人機交互界面視覺傳達圖像的空間多分辨特征量，實現(xiàn)人機交互界面視覺傳達優(yōu)化設(shè)計.研究得知，本文方法進行人機交互界面設(shè)計的視覺傳達效果較好.