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多样例图像视觉注意建模及视觉显著性应用研究

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第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 研究现状

1.3.1 自底向上视觉注意

1.3.2自顶向下视觉注意

1.3.3协同视觉注意

1.3.4视觉显著性应用

1.4本文研究内容

1.5本文组织结构

第2章视觉注意建模理论

2.1 引言

2.2视觉注意生理过程

2.3 视觉注意认知理论

2.3.1 Treisman特征整合理论

2.3.2 Koch框架

2.4经典视觉注意模型

2.5本章小结

第3章视觉特征显著性度量

3.1 引言

3.2视觉特征提取

3.2.1 亮度特征

3.2.2颜色特征

3.2.3方向特征

3.2.4纹理特征

3.3特征显著度计算

3.3.1 自显著性

3.3.2全局对比显著性

3.3.3局部对比显著性

3.3.4稀疏性

3.4实验结果及分析

3.5 本章小结

第4章多样例图像特征显著度融合

4.1 引言

4.2 相关工作

4.3基于多示例学习的特征选择

4.3.1示例划分方法

4.3.2多示例学习算法

4.3.3基于多示例学习的特征筛选

4.4基于关注度的特征融合

4.4.1 特征与图像相关度分析

4.4.2特征图融合

4.5 实验结果及分析

4.6 本章小结

第5章多样例图像视觉注意模型

5.1 引言

5.2视觉注意模型

5.3显著对象提取

5.3.1模糊区域增长

5.3.2区域筛选

5.4 实验结果及分析

5.5 本章小结

第6章基于视觉显著性的图像检索

6.1 引言

6.2 相关工作

6.3 基于视觉显著性的单样例图像检索

6.3.1 颜色视觉显著性计算

6.3.2颜色检索特征提取

6.3.3相似性度量

6.3.4实验结果及分析

6.4 基于视觉显著性的多样例图像检索

6.4.1检索特征提取

6.4.2相似性度量

6.4.3实验结果及分析

6.5 本章小结

第7章基于视觉显著性的图像融合

7.1 引言

7.2 相关工作

7.3 视觉显著性融合算法

7.3.1 面向图像融合的视觉显著性模型

7.3.2显著性计算

7.3.3小波系数融合

7.4融合效果评估

7.5 实验结果及分析

7.6 本章小结

第8章总结与展望

8.1 工作总结

8.2主要贡献和创新点

8.3下一步研究工作

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文

在读期间参加的科研项目与获奖情况

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摘要

随着图像获取设备及多媒体技术的快速发展,图像数据的规模与日俱增,视觉分析需要面对庞大的图像数据。虽然目前计算机的计算能力已很强大,但对图像的分析理解和人类的视觉能力却相差甚远,这主要是因为图像底层特征到高层语义之间存在语义鸿沟以及用户的主观性问题。计算机在图像分析时没有按人类视觉注意的指导来提取、分析和理解信息。而人类视觉感知系统能从海量信息中选择相对重要的信息做出反应,这种选择性和主动性的生理和心理活动被称为视觉注意机制。人类观察图像的过程是一个利用知识推理图像含义的视知觉过程。人类视觉感知系统可以从多样例图像中获取图像的语义,判别图像是否满足自己的需要。显然,将这种基于多样例图像的视觉注意机制引入到图像分析及处理领域,可以快速而准确地选择用户感兴趣区域,高效地完成视觉搜索任务,具有重要的研究意义。而目前已有的视觉注意模型大多针对单样例图像,不具有从多样例图像自动获取用户主观感兴趣目标的性能,不能正确模拟人的主观视觉注意过程。 论文首先针对多样例图像,利用多示例学习方法,提出一种基于多示例学习的视觉注意建模方法。从人类视觉感知特性出发,在现有视觉注意模型研究成果的基础上,研究图像视觉特征显著性度量方法、多样例图像特征显著度融合方法、显著对象提取方法,构建多样例图像视觉注意计算模型。 同时,论文还针对视觉显著性在图像处理与分析领域中的应用开展了研究。在图像检索领域,面向单样例图像检索和多样例图像检索两种检索方式,分别提出了基于单样例图像视觉显著性的图像检索方法以及基于多样例图像视觉显著性的图像检索方法。将视觉显著性引入到图像融合中,提出了一种基于视觉显著度的图像融合新算法,以突出目标细节,使得融合效果更符合人类视觉特性,有利于后继目标的检测与识别。 论文的主要贡献包括以下四个方面: (1)针对图像不同特征的特点,将视觉特征与人类视觉感知相结合,综合考虑心理学因素的影响,根据不同特征的视觉感受,提出不同特征通道对视觉刺激的特征显著性计算方法。从自显著性、全局对比显著性、局部对比显著性以及稀疏性四方面衡量不同视觉特征的显著性。 (2)提出一种基于多示例学习的特征与图像相关度分析方法以及基于关注度的特征融合方法,通过分析多样例图像与视觉特征的相关度,将特征与图像相关度分析结果转化为用户的特征关注度描述,设计基于关注度的多特征显著度融合算法,形成显著度表征,根据视觉显著性提取显著对象。将每幅特征显著度图对于视觉综合显著度的贡献分成两部分,①特征图在多示例学习中的相关度;②特征图自身突出度。根据①②融合计算关注度,综合评估每幅特征显著度图对于综合视觉显著度的贡献,将综合关注度作为各特征显著图的权重,将各特征显著度图进行动态加权融合,得到最终的综合视觉显著图。与已有的视觉注意模型相比,提高了显著对象的完整性,更好地反映了用户关注的目标内容,更接近于用户主观视觉注意过程。 (3)将图像视觉显著性引入到基于内容的图像检索应用中,针对单样例图像检索和多样例图像检索两种检索方式,分别提出了基于单样例图像显著性的图像检索方法以及基于多样例图像显著性的图像检索方法,去除图像中大量背景因素的影响,提高了图像检索的正确率。基于多样例图像显著性的检索方法可以更好地反映用户关注的目标内容。 (4)将图像视觉显著性引入到图像融合应用中,提出了一种基于视觉显著度的图像融合新算法。该算法在小波多尺度分解的基础上,引入视觉显著度模型,对不同频带分量分别计算亮度、方向、纹理多特征综合显著度,自适应求取加权融合系数。实验结果表明,与基于区域特征的小波融合算法相比,该算法无论在主观视觉效果还是客观评价上,目标细节更突出,融合效果更符合人类视觉特性,有利于目标的检测与识别。

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