視覺顯著性檢測模型研究及應(yīng)用.pdf

1、人類視覺系統(tǒng)在面對(duì)復(fù)雜自然場景時(shí)，具有快速搜索感興趣目標(biāo)的能力，這種能力我們稱之為視覺注意。在人類生存與發(fā)展的過程中，視覺注意扮演著至關(guān)重要的角色。視覺注意和人類如何感知、處理視覺刺激緊密相關(guān)，并且正在被包括認(rèn)知心理學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺在內(nèi)的多個(gè)學(xué)科進(jìn)行研究。隨著認(rèn)知心理學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)的不斷發(fā)展，通過對(duì)視覺機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)，人類視覺對(duì)場景中目標(biāo)的選擇性可分為兩個(gè)階段:一個(gè)快速的、無意識(shí)的、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的、自底向上的階段和一個(gè)較慢的、有意

2、識(shí)的、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的、自頂向下的階段。而與視覺注意緊密相連的概念就是視覺顯著性，他是指導(dǎo)視覺注意的一個(gè)關(guān)鍵注意機(jī)制。圖像顯著性區(qū)域檢測研究的目的是快速定位顯著性區(qū)域并反映顯著性區(qū)域的顯著程度。視覺顯著性區(qū)域檢測在圖像處理中有著廣泛的應(yīng)用，包括圖像分割、目標(biāo)識(shí)別、自適應(yīng)壓縮、內(nèi)容敏感圖像編輯、圖像檢索、目標(biāo)檢測、目標(biāo)跟蹤、圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)等。本文從視覺注意機(jī)制的研究出發(fā)，對(duì)視覺顯著性檢測與應(yīng)用中的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行了較為深入的研究，提出了一些新的思

3、想和算法。論文的主要工作與貢獻(xiàn)包括:
　　(1)針對(duì)已有局部對(duì)比度和全局對(duì)比度建模方法存在的不足，本文提出了一種基于條件隨機(jī)場融合全局特征的顯著性區(qū)域檢測方法。該方法首先采用唯一性、顏色空間分布等全局特征計(jì)算相應(yīng)的顯著圖;其次在條件隨機(jī)場框架下融合多個(gè)顯著圖，通過顯著性區(qū)域與背景區(qū)域的區(qū)域標(biāo)注實(shí)現(xiàn)顯著性區(qū)域初步檢測:然后采用基于顯著性區(qū)域的高斯模型計(jì)算目標(biāo)先驗(yàn)圖，并對(duì)全局特征顯著圖進(jìn)行高斯濾波;最后再利用條件隨機(jī)場融合濾波之后的顯

4、著圖來實(shí)現(xiàn)更加精確的顯著性檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能均勻致密的凸顯顯著性區(qū)域，有效的抑制背景干擾，并具有較高的檢測準(zhǔn)確率與召回率。
　　(2)基于視覺機(jī)制挖掘可應(yīng)用的更高層次的顯著性先驗(yàn)特征，本文提出了一種融合多級(jí)顯著性特征的顯著性目標(biāo)檢測方法。該方法融合了基于像素級(jí)的局部對(duì)比度、基于區(qū)域級(jí)的全局對(duì)比度以及基于目標(biāo)級(jí)的背景先驗(yàn)信息。該方法基于凸包檢測技術(shù)使用底層的視覺線索從背景分離顯著性目標(biāo)?；诔跫?jí)的檢測結(jié)果提取背景模版，利用P

5、CA計(jì)算背景先驗(yàn)信息。為了抑制背景干擾，該方法采用目標(biāo)中心先驗(yàn)信息精煉局部對(duì)比度特征和全局對(duì)比度特征。在公開的數(shù)據(jù)集上的實(shí)驗(yàn)表明，該方法所得到的顯著圖能較好的凸顯顯著性目標(biāo)。同時(shí)也證明Otsu自適應(yīng)閾值方法可以用來產(chǎn)生高質(zhì)量的目標(biāo)分割結(jié)果。
　　(3)針對(duì)視覺顯著性在目標(biāo)跟蹤過程中的應(yīng)用研究，本文提出了一種基于視覺注意的目標(biāo)跟蹤算法。該算法首先采用基于背景先驗(yàn)的視覺顯著性檢測算法來提取目標(biāo)的顯著性特征，其次采用基于貝葉斯決策理論的

6、前景背景分類方法來提取目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征，然后利用顯著特征引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)特征與顏色特征進(jìn)行目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)，最后結(jié)合自適應(yīng)粒子濾波形成目標(biāo)跟蹤算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在復(fù)雜場景下，該算法相對(duì)于現(xiàn)有的目標(biāo)跟蹤算法具有較強(qiáng)的魯棒性，對(duì)光照變化、姿態(tài)變化、目標(biāo)遮擋、快速運(yùn)動(dòng)、復(fù)雜背景等具有較好的跟蹤效果。
　　(4)針對(duì)槍球聯(lián)動(dòng)接力跟蹤過程中的目標(biāo)離開槍機(jī)畫面后在球機(jī)中初始定位問題，本文提出了一種基于視覺注意的槍球聯(lián)動(dòng)接力跟蹤方法。該方法采用網(wǎng)格結(jié)合插值算