自底向上的視覺顯著性檢測(cè)方法與應(yīng)用研究.pdf

1、面對(duì)龐大的視覺信息，由于處理能力有限，人類視覺系統(tǒng)能自動(dòng)有選擇地處理復(fù)雜自然場(chǎng)景中的重要視覺信息，這種優(yōu)先處理重要信息的能力，也稱為視覺選擇注意機(jī)制，讓人類能夠快速、準(zhǔn)確、有效地完成各種視覺任務(wù)。為了找到模擬人類視覺注意機(jī)制的計(jì)算模型，長(zhǎng)期以來，生理學(xué)、心理學(xué)以及計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的研究者們付出了巨大的努力，并提出了許多視覺顯著性檢測(cè)方法。最近幾年，隨著生理學(xué)和心理學(xué)方面的不斷發(fā)展，視覺顯著性檢測(cè)受到了越來越多研究者的關(guān)注。
　　人類

2、視覺系統(tǒng)通過兩種不同的方式對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行觀察，即快速的、自底向上的、基于顯著性的、任務(wù)獨(dú)立的方式和緩慢的、自頂向下的、人為控制的、任務(wù)依賴的方式。目前，由于自底向上的方式不依賴于特定的任務(wù)，大多數(shù)研究都是通過自底向上的方式進(jìn)行視覺顯著性估計(jì)。視覺顯著性檢測(cè)能提取圖像中的顯著性區(qū)域，符合人眼的觀察行為。因此，各種模型計(jì)算出的顯著性結(jié)果被廣泛用于各種計(jì)算機(jī)視覺和模式識(shí)別應(yīng)用中，如目標(biāo)分割，目標(biāo)識(shí)別，圖像或視頻質(zhì)量評(píng)估，圖像融合、視頻壓縮和目標(biāo)跟

3、蹤等。
　　本文主要針對(duì)自底向上的視覺顯著性檢測(cè)方法展開討論和研究，從人類視覺系統(tǒng)的生理學(xué)和心理學(xué)特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中的圖像處理技術(shù)，提出了新的自底向上的視覺顯著性檢測(cè)模型，并將顯著性結(jié)果應(yīng)用到目標(biāo)識(shí)別與目標(biāo)分割等應(yīng)用中去。本文的主要研究?jī)?nèi)容及貢獻(xiàn)如下：
　?、籴槍?duì)不同的應(yīng)用任務(wù)，即顯著性目標(biāo)檢測(cè)與人眼注意點(diǎn)預(yù)測(cè)，綜述了現(xiàn)有的視覺顯著性計(jì)算模型的特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方法。通過對(duì)比模型之間的優(yōu)缺點(diǎn)，為提出新方法提供了新的視野。

4、同時(shí)，總結(jié)了現(xiàn)有的常用數(shù)據(jù)庫和常用評(píng)價(jià)方式，為深入研究視覺顯著性檢測(cè)方法提供了研究基礎(chǔ)。
　　②針對(duì)人類視覺系統(tǒng)的視野轉(zhuǎn)移過程，結(jié)合現(xiàn)有神經(jīng)生理學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)等領(lǐng)域的證據(jù)和現(xiàn)有視覺注意計(jì)算模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，提出了一種基于中心偏移的視覺顯著性檢測(cè)方法。首先根據(jù)人類視覺系統(tǒng)的注意力特點(diǎn)，定義了一個(gè)通用概率模型，將視覺顯著性定義為特征和位置結(jié)合的條件概率。其次，利用視野中心轉(zhuǎn)移來模擬人類視覺系統(tǒng)的視野轉(zhuǎn)移過程，通過結(jié)合圖像多尺度分析，在通

5、用概率模型框架下，實(shí)現(xiàn)了基于中心偏移的視覺顯著性檢測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法不僅在顯著目標(biāo)識(shí)別中優(yōu)于現(xiàn)有算法，在人眼注意點(diǎn)預(yù)測(cè)方面也有比較突出的性能。
　　③結(jié)合現(xiàn)有算法的特點(diǎn)，提出了基于多通道特征融合的視覺顯著性檢測(cè)框架?；诙嗤ǖ捞卣魅诤系姆椒ㄊ窃贗tti模型的基礎(chǔ)上提出的，由特征變換、特征組合、顯著性度量和特征圖融合等四個(gè)部分組成。此框架具有簡(jiǎn)單有效，利于擴(kuò)展的特點(diǎn)。在此框架基礎(chǔ)上，通過對(duì)每個(gè)功能部分的改進(jìn)優(yōu)化，分別實(shí)現(xiàn)了

6、基于散射變換和支持度變換的視覺顯著性檢測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在此框架下的視覺顯著性檢測(cè)方法，能有效地預(yù)測(cè)人眼注意點(diǎn)的注意范圍，提取出符合視覺特點(diǎn)的顯著性區(qū)域。
　?、芾靡曈X注意機(jī)制的特點(diǎn)，將所提出的視覺顯著性檢測(cè)算法應(yīng)用到層次目標(biāo)識(shí)別中。通過提取目標(biāo)圖像的顯著性區(qū)域得到目標(biāo)的底層顯著性特征，結(jié)合層次目標(biāo)識(shí)別方法的模擬視覺皮層行為的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)顯著度重要性設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)階段的模板選擇過程，提出一種基于視覺顯著性的層次目標(biāo)識(shí)別方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

7、表明，基于視覺顯著性的層次目標(biāo)識(shí)別方法，能更有效地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，得到更好的識(shí)別效果。
　?、莼谌祟愐曈X系統(tǒng)對(duì)顯著目標(biāo)的選擇注意能力，采用視覺顯著性檢測(cè)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)交互式目標(biāo)分割算法的自動(dòng)初始化，實(shí)現(xiàn)了基于視覺顯著性的目標(biāo)分割算法。算法能夠增加現(xiàn)有算法的靈活性，同時(shí)得到比較準(zhǔn)確的目標(biāo)分割結(jié)果。
　　本論文為基于視覺選擇注意機(jī)制的視覺顯著性檢測(cè)方法研究提供了新的思路，為基于視覺顯著性檢測(cè)的應(yīng)用研究做了新的嘗試，為人類視覺感知