平码五不中公式规律
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一种基于人脸显著性的图像压缩方法.pdf

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一种 基于 显著 图像 压缩 方法
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摘要
申请专利号:

CN201611225706.3

申请日:

2016.12.27

公开号:

CN106682613A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G06K 9/00申请日:20161227|||公开
IPC分类号: G06K9/00; G06T9/00 主分类号: G06K9/00
申请人: ?#26412;?#33322;空航天大学
发明人: 徐迈; 任芸; 付旸; 王祖林
地址: 100191 ?#26412;?#24066;海淀区学院路37号
优先权:
专利代理机构: ?#26412;?#27704;创?#29575;?#19987;利事务所 11121 代理人: 赵文颖
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611225706.3

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种基于学习混合高斯模型和不同人脸大小的权重的显著性检测方法,包括步骤一、建立数据库。步骤二、根据所建立的数据库以及对数据的分析,建立并训练显著度检测模型。步骤三、基于本发明提出的显著性检测方法设计一种图像压缩方法。本发明建立了一个庞大的视觉显著性数据库,为后续研究提供帮助。本发明可以根据显著性改变比特率,有效地减小压缩图像的比特率,同时提高压缩图像的质量。

权利要求书

1.一种基于人脸显著性的图像压缩方法,包括以下几个步骤:
步骤一、建立数据库,具体步骤如下:
步骤101、通过眼球追踪实验,记录观测者在自由观看模式下对人脸图片的关注点,建
立对人脸图像的视觉关注点分布的数据库;
步骤102、通过分析在人脸以及脸部特征的视觉关注度,建立关注度与人脸、脸部特征
之间的关系;
步骤二、建立并训练显著度检测模型,具体步骤如下:
步骤201、对人脸区域关注点进?#24615;?#22788;理;
步骤202、用预处理后的关注点数据,基于训练图片,训练并学习混合高斯模型;
步骤203、利用得到的混合高斯模型,基于测试图片,分别预测图像的各个特征通道的
显著性;
步骤204、得到五个通道不同的显著性图谱后,通过学习关注点数据,得到每个通道的
显著性的最佳权重ωC,ωI,ωO,ωF,ωG;
步骤205、利用步骤202至步骤204得到的每个通道的显著性图谱以及关于最佳权重系
数的函数,计算得到最终的显著性图谱;
步骤三、进行图像压缩;
在编码之前,采用步骤一、步骤二对输入图像进?#24615;?#22788;理,得到输入图像的显著性图
谱,然后输入图像通过低通滤波器,低通滤波器的截止频率通过显著性图谱决定,低通滤波
器为:
<mrow> <msubsup> <mi>d</mi> <mi>n</mi> <mo>*</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>d</mi> <mi>n</mi> </msub> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mi>j</mi> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mi>j</mi> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中,(i,j)为输入图片进行离散余弦变换后对应的坐标,Tn是设置的截止频率,dn是该
坐标原来的频率;
输入图片分割成8×8像素的相互不重合的块,即每个小图块的预处理表示
为:

最后将低通滤波器处理后的图片,经过国际图像压缩标准编码,进行JPEG压缩。
2.根据权利要求1所述的一种基于人脸显著性的图像压缩方法,所述的步骤二中201具
体包括以下步骤:
步骤(1)、建立固定坐标系,通过坐标变换,对?#31354;?#22270;像中的关注点进行校正;
设右脸的第一个特征点为坐标原点,将每个关注点的(x,y),按式(1)进行坐标变换,实
现对关注点的校正;
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mi>x</mi> <mo>*</mo> </msup> <mo>=</mo> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <mi>x</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mi>y</mi> <mo>*</mo> </msup> <mo>=</mo> <mi>y</mi> <mo>-</mo> <mi>y</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中:(x,y)是关注点的坐标,(x*,y*)是校正后的坐标;
步骤(2)、利用式(2),对关注点进行归一化处理;
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mi>x</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <msup> <mi>x</mi> <mo>*</mo> </msup> <mi>l</mi> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mi>y</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <msup> <mi>y</mi> <mo>*</mo> </msup> <mi>l</mi> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中:l为两点之间的欧式距离,即两点之间的横向距离,(x′,y′)是归一化处理后的坐
标。
3.根据权利要求1所述的一种基于人脸显著性的图像压缩方法,所述的步骤二中202具
体包括以下步骤:
步骤(1)、建立GMM模型;
假设经过校正和归一化的关注点的坐标为x=(x′,y′),建立GMM模型:
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>K</mi> </munderover> <msub> <mi>&pi;</mi> <mi>k</mi> </msub> <msub> <mi>N</mi> <mi>k</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&mu;</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mo>&Sigma;</mo> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>k</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>exp</mi> <mo>{</mo> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>x</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mi>&mu;</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> <msubsup> <mo>&Sigma;</mo> <mi>k</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msup> <mi>x</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mi>&mu;</mi> <mi>k</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mo>}</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
其中:πk,μk,∑k分别为第k个高斯分量的混合比例、均值以及方差,K为混合高斯模型中
分量的个数;
步骤(2)、通过最大期望算法,学习得到脸部特征通道关注点与人脸通道的混合高斯模
型分布;
设k=4,4个GMM分量分别对应左眼、?#24050;邸?#40763;子、嘴巴四个脸部特征,假设均值为脸部特
征的中心点,经过学习得到的各项参数数值,如下表1所示;
表1 GMM各项参数数值,其中K的不同取值对应不同的五官区域

4.根据权利要求1所述的一种基于人脸显著性的图像压缩方法,所述的步骤二中的203
具体包括:
步骤(1)、通过混合高斯模型,利用训练图片学习高斯分布的参数,得到两个top-down
显著图,人脸和脸部特征;其中,通过步骤202,得到测试图像的人脸及脸部特征两个通道的
显著性图谱,记做
步骤(2)、通过Itti的模型,得到颜色、对比度、方向三个bottom-up的显著性图谱;
利用Itts的模型,构造颜色(C),对比度(I),方向性(O)三个显著性图谱,分别记为
同时构造最终显著性图谱的模型:

5.根据权利要求1所述的一种基于人脸显著性的图像压缩方法,所述的步骤二中204具
体包括以下步骤:
步骤(1)、通过求解方程(6)学习得到每个通道的权重系数:
<mrow> <munder> <mi>argmin</mi> <mi>w</mi> </munder> <mo>|</mo> <mo>|</mo> <mi>V</mi> <mi>w</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>m</mi> <mi>h</mi> </msub> <mo>|</mo> <msub> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中,V为矩阵,矩阵的列是通道的显著图,w=(ωc,ωI,ωO,ωF,ωG),mh为向量化的每
幅图像的关注点图,使用凸线性回归求解方程,得到?#31354;?#22270;片的最佳权重;
步骤(2)得到每个通道最佳权重ωC,ωI,ωO,ωF,ωG后,采用高阶多项式拟合方法建立
人脸尺寸大小和最佳权重系数的函数关系;
采用多项式拟合得到ωF,ωG与人脸大小的关系:
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&omega;</mi> <mi>F</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mi>I</mi> </munderover> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <msup> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </msup> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&omega;</mi> <mi>G</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mi>I</mi> </munderover> <msub> <mi>b</mi> <mi>i</mi> </msub> <msup> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </msup> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
其中:s为人脸大小尺度,即人脸区域像素占图片总像素的比例,为拟合
ωF,ωG的多项式的系数;
采用4次多项式进行拟合,多项式系数如下表2所示
表2多项式系数a,b数值

i=4
i=3
i=2
i=1
i=0
ai
6345.8
-2931.2
491.0
-36.4
1.1
bi
-6474.3
3146.4
-545.1
38.6
-0.1.
在得到ωF,ωG之后,将权重ωC,ωI,ωO在所有图像中做平均,得到它们之间的比例关
系ωC∶ωI∶ωO=8∶3∶30,再由||ω||I=1,求解得到ωC,ωI,ωO。

说明书

一种基于人脸显著性的图像压缩方法

?#38469;?#39046;域

本发明属于数字图像处理领域,具体设计一种通过学习来预测人脸图像显著性的
方法,并基于检测到的人脸显著性,提出了一种图像压缩方法。

背景?#38469;?br />

基于对人类视觉系统的研究,人们发现当人看一个场景时,关注点往往会集中于
一小块区域,我们称之为ROI(?#34892;?#36259;区域),而更少的关注于其他的区域,我们称之为边缘
区域,正因如此研究视觉显著性可以帮助理解人是如何感知这个世界的。显著性的检测是
一种通过计算图像和视频的特征,有效预测人类视觉会被不同场景中的那些区域所吸引的
方法。同时,显著性检测的结果也可以运用到物体检测、模式识别、图像质量评估、图像的压
缩?#38469;?#31561;多个领域。

现有的显著性检测方法可以大致分为两类:bottom-up(自底向上)和top-down(自
顶向下)。一种典型的bottom-up的方法是来自Itti的模型,他包含了颜色、对比度、方向等
多个核心特征。?#29575;?#19978;,top-down的视觉特征在决定一个场景的显著度?#20064;?#28436;着更主要的
角色,而且对于这种方法的研究显示脸部是吸引注意力的重要特征。基于这个发现,又有很
多种显著性检测方法在近?#25913;?#34987;提出。最近,一种对有多个人脸场景的显著性检测的方法
被提出,多核学习应用于这种方法,它有助于学习多脸场景中显著区域与非显著区域的不
同。尽管现有的方法已经在显著性检测中,考虑到了多脸,也取得一定的成功,但关注点在
人脸上是如何的分布,人们并不十分清楚,目前已有的研究假设的简单同向高斯模型对于
显著性的预测有着一定的局限。对于一些人脸较小的图片,非同向的高斯模型往往更加准
确。然而,对于人脸较大的图,单一的高斯模型又并不是很有效。因此,对于显著性分布来
说,一个从关注点分布所学习得到的一个混合高斯模型?#36879;?#20026;必要。具体来说,一个非同向
高斯分?#21152;?#35813;应用于小脸图像中,而多个非同向高斯分布的组合可以用于大脸图像?#23567;?br />

发明内容

本发明针对目前并不完善的显著性检测方法以及显著性分布不准确的问题,提出
了一种基于学习混合高斯模型和不同人脸大小的权重的显著性检测方法,提出了一个显著
性检测的图像压缩方法。

具体步骤如下:

步骤一、建立数据库。

步骤101、通过眼球追踪实验,记录观测者在自由观看模式下对人脸图片的关注
点,建立对人脸图像的视觉关注点分布的数据库。

步骤102、通过分析在人脸以及脸部特征的视觉关注度,建立关注度与人脸、脸部
特征之间的关系;

步骤(1)、运用已有算法自动检测我们数据库中人脸图像的人脸及脸部特征(五
官)。

步骤(2)、通过分析若干张图片,建立关注度与人脸之间的关系。

步骤(3)、通过分析若干张图片,建立关注度与脸部特征之间的关系。

步骤二、根据所建立的数据库以及对数据的分析,建立并训练显著度检测模型。

步骤201、通过对人脸区域关注点的预处理,为下面对混合高斯模型的学习做准备

步骤(1)、为解决?#31354;?#22270;片中人脸位置的不同所带来的差异,建立以人脸右脸第一
个特征点为原点的固定的坐标系,通过坐标变换,对?#31354;?#22270;像中的关注点进行校正。

步骤(2)、为了解决人脸大小不同的问题,基于人脸的宽度来对关注点进行归一
化。通过校正和归一化,就可以将所有图像的关注点的位置集?#24615;?#21516;一个坐标系?#23567;?br />

步骤202、用预处理后的关注点数据,基于训练图片,训练并学习混合高斯模型。

步骤(1)、定义混合高斯模型,即多个高斯分量的混合叠加

步骤(2)、通过最大期望算法,学习得到脸部特征通道关注点与人脸通道(两个
top-down通道)的混合高斯模型显著性分布。

步骤203、利用得到的混合高斯模型,对图像的各个特征通道的显著性进?#24615;?#27979;

步骤(1)、通过混合高斯模型,利用训练图片学习得到的高斯参数,生成两个top-
down显著图,人脸和脸部特征。

步骤(2)、通过Itti的模型,得到颜色、对比度、方向三个bottom-up通道的显著性
图谱

步骤(3)、定义五通道的显著性预测模型,即人脸、脸部特征、颜色、对比度、方向。

步骤204、通过得到的五个显著性图谱,并学习训练图片的关注点数据,得到每个
通道的显著图选择最佳权重,以取得最佳的结果。

步骤(1)、通过求解方程argminw||Vw-mh||2,学习得到每个通道的权重系数,方程
中V是一个矩阵,这个矩阵的每一列是一个通道的显著图,mh为向量化的每幅图像的关注点
图。

步骤(2)、利用学习得到的最佳权重ωC,ωI,ωO,ωF,ωG,采用多项式拟合方法,建
立人脸尺度大小(即人脸占整张图片的像素比例)和最佳权重的关系。

步骤205、利用之前得到的五个通道的显著性图谱以及关于最佳权重函数,计算得
到最终的显著性图谱。

步骤三、基于本发明提出的显著性检测方法设计一种图像压缩方法。

步骤301、利用本发明所得到的图片显著性对JPGE图像压缩方法进行改进。

步骤302、对本发明所提出的图片压缩方法的结果进行检验与评估。

本发明的优点在于:

(1)一种基于人脸显著性的图片压缩方法,建立了一个庞大的视觉显著性数据库,
为后续研究提供帮助。

(2)一种基于人脸显著性的图片压缩方法,提出了一种检测人脸图像显著性的模
型。

(3)一种基于人脸显著性的图片压缩方法,可以根据显著性改变比特率,有效地减
小压缩图像的比特率,同时提高压缩图像的质量。

附图说明

图1为基于显著性的图片压缩的方法流程图;

图2为本发明建立数据库的方法流程图;

图3为本发明提出的人脸图像显著性检测的方法流程图;

图4为关注点坐标的校正与归一化示意图;

图5为不同分量个数学习得到的GMM分布;

图6为本发明显著性检测方法模型;

图7为由实验结果绘制出的ROC曲线;

图8为由本发明提出的显著性检测方法所得的显著性图谱;

图9为本发明的基于显著性的图像压缩的方法流程图;

图10为本发明的图像压缩方法的结果图示。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种基于人脸显著性的图片压缩方法,包括视觉显著性数据库的建立与分析、建
立显著性检测模型、通过实验对本发明的有效性进行检验、基于所检测到的人脸显著性,建
立本发明的图片压缩方法。

首先,通过眼球追踪实验,建立一个对人脸图像的视觉关注点分布的数据库,并自
动检测图像中的人脸以及脸部特征。然后,由实验所得到的关注点的数据,通过对这些数据
的分析得到人脸与关注点分布的关系,以及脸部特这与关注点分布的关系。

接着,根据对数据的分析,建立显著性检测模型,由5个通道构成:人脸、脸部特征、
颜色、对比度、方向。其中人脸与脸部特征,通过最大期望算法学习混合高斯分布得到,而其
余三个由Itti的模型得到。每个通达的权重,则通过训练数据库中的关注点分布得到。同
时,用本发明建立的数据库和其它公开数据库,对显著性检测的结果进行评估与分析。

最后,利用得到的图像显著性,对传统的JPGE编码之前加入预处理步骤,使得不同
显著性区域有不同的比特率,达到保持图像质量不下降的同时减小比特率。

具体步骤如下,如图1所示:

步骤一、建立本发明所要用的数据库,并对数据进行必要的分析

具体步骤如下,如图2所示:

步骤101、通过眼球追踪实验,记录观测者在自由观看模式下对人脸图片的关注
点,建立对人脸图像的视觉关注点分布的数据库。

数据库中的510张图片按以下原则随机挑选出来:(1)?#31354;?#22270;片的大小为1920×
1080(2)所有图片只包含一个人的正脸(3)510张图片中的人脸尺度(人脸区域所占像素占
图片总像素的比例)大小变化区间为0.0016~0.3018。共有24人参与到眼球跟踪实验中,其
中2位实验者有相关背景知识,?#31354;?#22270;片大致可以得到300个关注点。利用point
distribution model(PDM,点分布模型)得到66个特征点,来提取?#31354;?#22270;片中的人脸及脸部
特征。

步骤102、通过分析在人脸以及脸部特征的视觉关注度,建立关注度与人脸、脸部
特征之间的关系,本发明可以采用以下方法但不限于以下方法。

通过?#31354;?#22270;像的关注点分布计算并绘制了图片中人脸和背景部分的关注点分布
图,得到结论—人脸相比背景更够吸引人的关注。接着,绘制人脸大小与关注点分布的散点
图并拟合曲线,得到结论—人脸越大越能吸引人的关注。其次,按照相似的方法,拟合人脸
大小与?#24050;?#20013;分布点、左眼中分布点、鼻子中分布点和嘴巴分布点的关系曲线,得到结论—
随着人脸增大,人脸特征中的眼睛和嘴?#36879;?#33021;吸引人的关注。

步骤二、根据所建立的数据库以及对数据的分析,建立并训练此发明所提出的显
著度检测模型。

具体步骤如下,如图3所示。

步骤201、通过对人脸区域关注点的预处理,为下面对混合高斯模型的学习做准备

步骤(1)、为解决人脸尺寸的不同带来的差异,建立固定的坐标系,通过坐标变换,
对?#31354;?#22270;像中的关注点进行校正。

由于?#31354;?#22270;片中人脸的位置不一样,为了能够将所有图片人脸区域关注点等同考
虑,规定PDM图中的右脸的第一个特征点记做坐标原点,将每个关注点的(x,y),按式(1)进
行坐标变换,实现对关注点的校正.


其中:(xA,yA)是图4中A点的坐标,(x*,y*)是校正后的坐标。

步骤(2)、为了解决人脸大小不同的问题,基于人脸的宽度来对关注点进行归一
化。

为了解决人脸大小不同所带来的差异,利用式(2),对关注点进行归一化处理。


其中:l为两点之间的欧式距离,即两点之间的横向距离,(x’,y’)是归一化处理后
的坐标。

通过校正和归一化,就可以将所有图像的关注点的位置集?#24615;?#21516;一个坐标系中,
如图4所示。

步骤202、用预处理后的关注点数据,基于训练图片,训练并学习混合高斯模型,本
发明可以采用以下方法但不限于以下方法。

步骤(1)、定义混合高斯模型,即多个高斯分量的混合叠加

通过之前的分析,人脸与脸部特征和显著性有很大关系,因此用GMM来建立这两个
通道的模型。

假设经过校正和归一化的关注点的坐标为x=(x′,y′),建立如下GMM模型:


其中:πk,μk,∑k分别为第k个高斯分量的混合比例、均值以及方差,K为混合高斯模
型中分量的个数。

步骤(2)、通过最大期望算法,学习得到脸部特征通道关注点与人脸通道(两个
top-down通道)的混合高斯模型分布。

对于脸部特征通?#35272;?#35828;,首先需要确定GMM分量的个数,可以绘制不同分量个数的
GMM分布,如图5所示。从图中可以发现,分量个数大于3时的轮廓都比较相似,因此选定4个
GMM分量,分别对应左眼、?#24050;邸?#40763;子、嘴巴四个脸部特征。此时假设均值为脸部特征的中心
点。经过学习得到的各项参数数值,如下表1所示。

表1 GMM各项参数数值



步骤203、利用得到的混合高斯模型,基于测试图片,分别预测图像的各个特征通
道的显著性,本发明可以采用以下方法但不限于以下方法。

步骤(1)、通过混合高斯模型,利用训练图片学习高斯分布的参数,得到两个top-
down显著图,人脸和脸部特征。

通过步骤202,得到测试图像的人脸及脸部特征两个通道的显著性图谱,记做
如图5所示

步骤(2)、通过Itti的模型,得到颜色、对比度、方向三个bottom-up的显著性图谱。

利用Itts的模型,构造颜色(C),对比度(I),方向性(O)三个显著性图谱,分别记为
同时构造最终显著性图谱的模型,如图6所示,即


步骤204、得到五个通道不同的显著性图谱后,通过学习关注点数据,得到每个通
道的显著性的最佳权重ωC,ωI,ωO,ωF,ωG,以取得最佳结果。

步骤(1)、通过求解方程(6)学习得到每个通道的权重系数,


方程中V是一个矩阵,这个矩阵的每一列是一个通道的显著图,w=(ωc,ωI,ωO,
ωF,ωG),mh为向量化的每幅图像的关注点图。使用凸线性回归来求解方程,这样就得到每
张图片的最佳权重。

步骤(2)再得到每个通道最佳权重ωC,ωI,ωO,ωF,ωG后,采用高阶多项式拟合方
法建立人脸尺寸大小和最佳权重系数的函数关系。

通过之前对数据的分析,已经发现人脸与脸部特征?#21152;?#20154;脸的大小有关,因此十
分有必要?#19994;濺谾,ωG与人脸大小的关系。采用多项式拟合得到这个关系:


其中s为人脸大小尺度,即人脸区域像素占图片总像素的比例,为拟
合ωF,ωG的多项式的系数。Pearson’s correlation coefficient(PCC)用来评估拟合效
果,如图7所示。可以发现在3?#25991;?#21512;之后,PCC系数基本收敛,因此采用4次多项式进行拟合。
多项式系数如下表2所示

表2 多项式系数a,b数值



在得到ωF,ωG之后,将权重ωC,ωI,ωO在所有图像中做平均,得到它们之间的比
例关系ωC∶ωI:ωO=8∶3∶30,再由||ω||I=1,求解得到ωC,ωI,ωO。

步骤205、利用202—204步骤得到的每个通道的显著性图谱以及关于最佳权重系
数的函数,计算得到最终的显著性图谱。

首先,利用202、203步骤得到图像的五个通道的显著性图谱,接着利用204步骤求
得的最佳权重系数的函数关系,最后通过(5)式的模型,得到最终的显著性图谱。绘制ROC曲
线如图7所示,本发明提出的显著性检测方法的结果与已有的几种方法对比效果如图8所
示。

步骤三、基于本发明提出的显著性检测方法设计一种图像压缩方法,方法框架如
图9所示。

具体方法如下,如图10所示。

步骤301、利用本发明所得到的图片显著性对JPGE图像压缩方法进行改进。

在传统的图像压缩方法的基础上,在编码之前加入一步—预处理。在预处理中,先
本发明提出的显著性检测方法得到输入图像的显著性图谱。然后输入图像通过一个截止频
?#35270;?#26174;著性图谱决定的低通滤波器,以去除非显著区域的部分。?#35828;?#36890;滤波器(LPF)可表示为
类似于传统JPEG压缩方法,输入图片先分割成8×8像素的相互
不重合的块,即每个小图块的预处理可表示为
最后将低通滤波器处理后的图片,经过JPEG(国际图像压缩标准)编码,后续步骤与传统
JPEG压缩方法相同。

这样非显著性区域的一些?#38468;?#23601;会被滤除,但由于这些区域并不会吸引人们的注
意,所以并不会影响图片压缩后的质量,同时在滤除这些?#38468;?#30340;同时可以减少编码后的比
特率。

步骤302、对本发明所提出的图片压缩方法的结果进行检验与评估。

在相同比特率的情况下,比较本发明的图片压缩方法与传统JPEG方法的DMOS之前
差异。DMOS越小说明压缩图像的质量越高。通过比较可以发现,在相同低比特率的条件下,
本发明的压缩方法可以得到更好的DMOS。同样的,通过比较相同DMOS下,两种压缩方法所用
的比特率可以发现,本发明的方法可以节约大约19%的比特率。由本发明的方法得到的压
缩图像与传统JPEG压缩方法后的图片结果如图10所示。

一种基于人脸显著性的图片压缩方法,特点在于具有基于人脸显著性的压缩编码
控制机制,能够按照区域的视觉显著性来判断是否进行编码,在一定程度上减小了对非显
著信息压缩所带来的冗余。这是通过建立一种全新的显著性检测模型实现的。本发明中,通
过对显著性的检测,可以准确地得到图片的显著性图谱,并且通过保证关键区域的图片质
量,?#26723;?#38750;显著性区域的质量,来保证图片整体的感知质量不变的情况下,尽量减少压缩后
的比特率,即在将压缩图片的比特率?#26723;?#21040;一定水平的前提下,最大程度地保证视频感知
质量。

本发明通过对图片显著性的检测,对图片的压缩过程进行控制,?#35270;?#20110;对图片质
量有要求但设备无法传输或存储较大比特率图像的情况下。尽管本发明已参照具体实施方
式进行描述和举例说明,但是并不意味着本发明限于这些描述的实施方式。

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本文标题:一种基于人脸显著性的图像压缩方法.pdf
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