非高斯二維Gabor濾波器圖像紋理提取及識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種非高斯二維G油or濾波器圖像紋理提取及識(shí)別方法，屬于模式識(shí) 別技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 二維G油or濾波器是一種有效的圖像紋理特征提取方法。關(guān)于二維G油or濾波器 的研究主要集中在二維G油or濾波器參數(shù)選擇，二維G油or濾波器的快速計(jì)算和二維G油or 濾波器的各種各樣應(yīng)用方面。
[0003] 傳統(tǒng)的二維G油or濾波器可W看作是在頻域由復(fù)正弦函數(shù)調(diào)制高斯核函數(shù)而成， 故傳統(tǒng)的二維G油or濾波器變換到頻域仍為高斯型，采用傳統(tǒng)二維G油or濾波器對(duì)圖像進(jìn) 行濾波處理后，只能提取圖像紋理的高斯頻率信息，圖像中處于非高斯頻帶部分的圖像紋 理信息就被丟失。非高斯二維G油or濾波器在傳統(tǒng)二維高斯濾波器的基礎(chǔ)上引入一個(gè)新的 參數(shù)r控制非高斯二維G油or濾波器的形狀。非高斯二維G油or濾波器可W看作是在頻域 由復(fù)正弦函數(shù)調(diào)制非高斯核函數(shù)而成，是傳統(tǒng)二維G油or濾波器的一種推廣，能提取圖像 紋理的非高斯頻率信息。
[0004] 人臉識(shí)別方面的實(shí)驗(yàn)表明通過選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)r，非高斯二維G油or濾波器在人 臉圖像紋理特征提取及識(shí)別方面要大大優(yōu)于傳統(tǒng)的二維G油or濾波器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種非高斯二維G油or濾波器圖像紋理提取及識(shí)別方法，W用于解 決非高斯圖像紋理特征提取及識(shí)別問題。針對(duì)局部傳統(tǒng)二維Gabor濾波器僅能提取圖像紋 理高斯頻率信息的缺陷，本發(fā)明提出的基于非高斯二維G油or濾波器的圖像紋理特征提取 方法能有效提取圖像的非高斯紋理信息。
[0006] 本發(fā)明非高斯二維G油or濾波器圖像紋理提取及識(shí)別方法是該樣實(shí)現(xiàn)的；首先構(gòu) 造出非高斯二維G油or濾波器，然后采用非高斯二維G油or濾波器對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理，計(jì) 算濾波后的圖像的幅度矩陣，接著將此幅度矩陣進(jìn)行分塊，計(jì)算各塊的直方圖特征向量，然 后連接各塊的直方圖特征向量，得到原始圖像的直方圖特征向量。最后把該特征向量送入 基于卡方統(tǒng)計(jì)量的最近鄰分類器進(jìn)行分類識(shí)別。
[0007] 所述非高斯二維G油or濾波器圖像紋理提取及識(shí)別方法的具體步驟如下：
[000引 Stepl、首先構(gòu)造非高斯二維G油or濾波器；非高斯二維G油or濾波器構(gòu)造為；
[0010]其中 口"，kv=kmax/fV，q>,。二孔片/4,kmax是最大頻率，一般kmax=n/2， / = ^/^，尺度參數(shù)V取值為V= 0,. . .，4，方向參數(shù)y取值為y= 0,. . .，3，z= (X，y)和 z|| = (x2+y2)，x，y表示傳統(tǒng)二維G油or濾波器的坐標(biāo)，i表示虛單位，r是一個(gè)引進(jìn)的參 數(shù)，r〉l，用于控制非高斯二維G油or濾波器的形狀；圖2是本發(fā)明中不同參數(shù)r下非高斯二 維濾波器示意圖。對(duì)于不同參數(shù)下的每一組濾波器，水平方向是方向變化，垂直方向是尺度 變化。圖2表明，隨著r增大，濾波器掩模非零部分縮小，故更能提取更加精細(xì)的局部紋理 f目息。
[0011] 其中，傳統(tǒng)二維G油or濾波器的定義如下；
[0012]
[0013] Step2、采用非高斯二維G油or濾波器對(duì)一幅圖像進(jìn)行濾波處理；由于非高斯二維 G油or濾波器是一個(gè)多尺度多方向的二維濾波器，則在不同尺度和不同方向下對(duì)圖像進(jìn)行 濾波處理；
[0014]首先假定圖像為IW(X，y)，非高斯二維G油or濾波器為NGu,V, Y(X，y)，那么具 有參數(shù)V、y和r的非高斯二維Gabor濾波器對(duì)圖像I(X，y)進(jìn)行濾波的計(jì)算式為；
[0015] 其中，X，y表示圖像的坐標(biāo)，*表示卷積操作，巧表示坐標(biāo)X，y處濾波后的 圖像，是一個(gè)復(fù)數(shù)，整個(gè)濾波后的圖像變成一個(gè)復(fù)數(shù)矩陣，表示為的大小與原 圖像相同；
[0016]Step3、求復(fù)數(shù)矩陣巧(心的模，記為誠y作，心），姑5巧(心)是一個(gè)實(shí)數(shù)矩陣，即幅 度矩陣，然后對(duì)矩陣進(jìn)行分塊：把均勻分成4X4的無重疊方塊，一共 16 塊，表示為/,">(i= 0, 1，2,…，15);
[0017]St巧4、提取各分塊（i=0, 1，2,…，15)的直方圖特征向量，表示為邱 (i= 0, 1，2,…，15)，然后依次連接所有各塊的直方圖特征向量，得到原始圖像的多直方圖 特征向量為
[0018] steps、把原始圖像的多直方圖特征向量送入基于卡方統(tǒng)計(jì)量的最近鄰分類器進(jìn) 行分類，來識(shí)別原始人臉圖像的身份。
[0019] 所述步驟steps中，基于卡方統(tǒng)計(jì)量的最近鄰分類器進(jìn)行分類時(shí)，先 計(jì)算卡方統(tǒng)計(jì)量距離；設(shè)定兩幅人臉圖像I?和IW的直方圖特征向量分別為；
，則此兩 個(gè)向量之間的距離，即卡方統(tǒng)計(jì)量距離采用如下公式計(jì)算：
[0020]
[002U 其中/%G,w?和J分別表示紋理特征向量w和戶\6。w的第 i個(gè)元素，K'表示紋理向量的長度，eps為一固定值，為Matl油中最小的正數(shù)。
[0022] 本發(fā)明的有益效果是：
[0023] 1、本發(fā)明構(gòu)造的非高斯二維G油or濾波器是傳統(tǒng)二維G油or濾波器的一種擴(kuò)展， 傳統(tǒng)二維G油or濾波器僅僅是非高斯二維G油or濾波器的一種特例；
[0024] 2、本發(fā)明構(gòu)造的非高斯二維G油or濾波器可W看作是在頻域由復(fù)正弦函數(shù)調(diào)制 非高斯核函數(shù)而成，故能提取圖像紋理的非高斯頻率信息，而傳統(tǒng)的二維Gabor濾波器可 W看作是在頻域由復(fù)正弦函數(shù)調(diào)制高斯核函數(shù)而成，故只能提取圖像紋理的高斯頻率信 息，在采用傳統(tǒng)二維Gabor濾波器對(duì)圖像進(jìn)行濾波后，處于非高斯頻帶部分的圖像紋理信 息就被丟失；
[0025] 3、本發(fā)明對(duì)采用非高斯二維G油or濾波器濾波后圖像的幅度矩陣進(jìn)行分塊，計(jì)算 各分塊的直方圖特征，連接各分塊的直方圖特征得到原始圖像總的直方圖特征，具有很強(qiáng) 的分類能力；
[0026] 4、在匹配識(shí)別階段，本發(fā)明采用卡方統(tǒng)計(jì)量煙lisquarestatistic)作為兩個(gè)紋 理特征向量之間的距離度量，采用最近鄰分類器進(jìn)行分類，算法簡單、計(jì)算方便，可W做到 實(shí)時(shí)的圖像匹配識(shí)別。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明中采用非高斯二維G油or濾波器提取圖像紋理特征的步驟示意框 圖；
[002引圖2是本發(fā)明中不同參數(shù)r下非高斯二維濾波器示意圖，對(duì)于不同參數(shù)下的每一 組濾波器，水平方向是方向變化，垂直方向是尺度變化。
[0029] 圖3是本發(fā)明所用theextendedYaleB人臉數(shù)據(jù)庫光照子集中一個(gè)人的64張樣 本圖像；
[0030] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中不同參數(shù)下本方法人臉識(shí)別率。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 實(shí)施例1;如圖1-4所示，非高斯二維G油or濾波器圖像紋理提取及識(shí)別方法，首 先構(gòu)造出非高斯二維G油or濾波器，然后采用非高斯二維G油or濾波器對(duì)圖像進(jìn)行濾波處 理，計(jì)算濾波后的圖像的幅度矩陣，接著將此幅度矩陣進(jìn)行分塊，計(jì)算各塊的直方圖特征向 量，然后連接各塊的直方圖特征向量，得到原始圖像的直方圖特征向量。最后把該特征向量 送入基于卡方統(tǒng)計(jì)量的最近鄰分類器進(jìn)行分類識(shí)別。
[0032] 所述非高斯二維G油or濾波器圖像紋理提取及識(shí)別方法的具體步驟如下：
[0033]Stepl、首先構(gòu)造非高斯二維G油or濾波器；非高斯二維G油or濾波器構(gòu)造為；
[0034]
[0035]其中 口"，kv=kmayfV，CP/,=7l///4,kmax是最大頻率，一般kmax=n/2， /二>/5，尺度參數(shù)V取值為V = 0,. . .，4，方向參數(shù)y取值為y = 0,. . .，3，z = (X，y)和 IIzII= (x2+y2)，x,y表示傳統(tǒng)二維G油or濾波器的坐標(biāo)，i表示虛單位，r是一個(gè)引進(jìn)的參 數(shù)，r〉l，用于控制非高斯二維G油or濾波器的形狀；