基于ICA算法的彩色图像处理

ICA图像处理技术是模式识别领域最重要的研究课题之一,也是近些年来研究的热点,作为ICA图像处理技术的重要组成部分,始于20世纪90年代的图像性别识别受到了广泛的关注,具有广阔的应用前景。

独立成分分析法是20世纪90年代伴随着盲分离问题而发展起来的一种新的统计信号处理技术。独立成分分析算法在图像处理方面的应用也越来越多,并且均取得了令人满意的结果。大量研究表明,图像的大部分重要信息是包含在图像像素的高阶关系中,本文采用基于信号的高阶统计特性的独立成分分析法提取图像性别特征,更全面地考虑信号的概率密度函数的统计独立性,从而抽取出统计独立的特征。

支持向量机是建立在统计学习理论中的VC维理论和结构风险最小化基础之上的是一种非线性处理工具,其最大特点是根据结构风险最小化原则,尽量提高学习的泛化能力。它根据有限的样本信息在模型的复杂性和学习能力之间寻求最佳折中,以期获得最好的推广能力。本文选用支持向量机作为训练和检测样本的分类器,力求达到最佳的性别分类的识别效果。

本文针对特征工程,采用独立成分分析和主成分分析两种特征提取方法分别与支持向量机相结合的方法,同时还采用了独立成分分析与BP神经网络相结合的方法,并将不同方法得出的结果进行了对比分析。实验结果表明,整体看来,图像的识别率要高;独立成分分析与支持向量机相结合的方法得到的识别率较高,达到90%以上;在独立成分分析与支持向量机相结合的方法中,当测试的顺序分量的数量为220时,总体识别率最高,达到91%。

 

本文旨在针对图像技术进行性别分类,在了解ICA图像处理技术的研究情况和发展现状的前提下; 深入学习独立成分分析算法原理和特征提取方法; 熟悉并掌握常用的模式分类方法原理;学习和运用图像处理技术和MATLAB程序设计实验内容并进行有针对性的实验,分析讨论实验的结果。所做的主要工作概述如下:

(1)详细介绍了ICA图像处理和性别分类的背景和研究意义。对ICA图像处理技术的可行性和研究前景做了详细且合理的分析。

(2)图像技术的预处理是接下来图像的特征提取及整个性别分类过程来说都是至关重要的一步。本文应用了图像尺寸归一化、维纳滤波、直方图均衡化、双线性插值归一化四种图像预处理的方法,对本文使用的图像技术库中的800幅正面图像技术进行预处理,对特征提取的顺利进行起到良好的基础性作用[2]。

(3)在图像有效区域的特征提取方面,本文主要采用了独立成分分析的方法提取图像技术的特征;与此同时,文中还采用了主成分分析的方法提取图像技术的特征,并将两种方法所得到的400幅图像特征源图像提取出来,进行比照。不仅如此,本文还将两种图像技术的特征提取方法分别与支持向量机分类器相结合,形成了两套针对图像技术的完整的ICA图像处理技术系统,得到了比较理想的对比效果。

(4)分类器对于ICA图像处理技术来说是比不可少的。 本文使用了传统的BP神经网络和较为新颖的支持向量机两种方法分别构建性别分类器。对于支持向量机而言,ICA图像处理技术是一个比较简单的两分类的问题,可以采用不同的核函数来完成。将由独立成分分析的方法提取的400幅图像技术的特征应用到两种分类器的训练中,并用其余400幅经过预处理的图像技术进行测试,以期获得性能良好的分类器,得到理想的分类结果。

根据以上研究思路,本文设计了五个实验来完成最初的研究设想,并且对每个实验的结果都仔细地做出了对比分析和讨论,以期达到预期的目的。

 

图像技术可以提供丰富的人口统计信息,比如性别、种族、年龄等,并且在许多与图像问题相关的实际应用上都扮演着重要角色。目前,关于图像方面的模式识别问题依然是国内外专家学者的研究热点。经过了数十年的研究,虽然己经有了一些ICA图像处理系统应用于实际当中,但离我们预期要达到的目标仍然有很长的一段路要走。

而对于图像性别识别的研究却比较少,而且在这个方向上的研究起步较晚。但研究这个问题的意义和实际应用价值却是不可忽视的。

从理论意义上来说,对图像的性别识别和种族识别的研究也丰富了原有的ICA图像处理方法,使得ICA图像处理系统不但可以识别出被识别者是谁,还能自动给出其性别,从而提高ICA图像处理的准确率和图像检索效率。

在实际公共场所的安检系统中,大多数情况下都是将多种模式识别系统结合在一起,以尽量提高检测识别的准确度,性别识别系统也是其中不可缺少的一部分。对它的研究不仅有助于提供更多个性化的人机交互方式,还可以应用于各种监控系统、电子产品的用户身份鉴别和信息采集系统。

图像性别识别技术可以广泛地应用于各种公共场所视频监控系统、智能机器人、智能计算机等,使电子产品能自动地识别出用户的性别,根据识别结果给用户提供相应的用户界面和服务,使得各类电子产品更加地个性化,人性化,不再千篇一律。比如在一些大型商场可以安装图像性别识别系统,有助于收集顾客的身份及相关信息,从而根据这些顾客的性别信息进行统计来促进销售服务;也可以在大型游乐场所,主题公园入口配备这样的图像性别识别系统,该系统可以根据识别出的性别来为游客推荐更适合的游玩景点。目前,也有一些图像性别识别系统应用于商业产品中,比如2004年,日本的OMRON公司与上海交通大学合作开发了一款配备了图像性别识别系统的机器人,该机器人可以自动识别出用户的性别,而且遇到图像,它的领结和肩部就会变成蓝色,如遇到女士则会变成红色,并且会大献殷勤,称赞女士很漂亮。图像性别识别为ICA图像处理提供了很有意义的补充,使ICA图像处理更全面更丰富,应用前景更广阔。

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