[发明专利]一种结合自适应高斯肤色检测和区域生长的手部图像分割方法

摘要

本发明公开了一种结合自适应高斯肤色检测和区域生长的手部图像分割方法，其方法为：由屏幕上呈“工字形”的三条标志线辅助用户摆放手掌，将图像转换至YCbCr空间，只保留Cb和Cr两个分量。选取手掌内部一个肤色子区域，按照每个像素两个分量到此子区域两个分量均值的欧氏距离从小到大排序，取前N个像素再次统计两个分量的均值和协方差矩阵，估计高斯肤色模型参数。将肤色检测结果作为种子区域，进行区域生长，完整分割手部区域。高斯肤色模型参数的自适应性抵抗了类肤色背景、光线变化的干扰，提高了分割精度。区域生长抵御了背景中与手部不连通的类肤色区域的干扰，并克服了单一固定阈值分割对手部不同区域肤色渐变的失效性。

主权项

1.结合自适应高斯肤色检测和区域生长的手部图像分割方法，其特征在于方法步骤如下：(1)颜色空间转换及平滑：将图像从RGB空间转换到YCbCr空间，实现图像亮度和色度的分离；对图像低通滤波使之平滑，减少手部分割的缺失和背景干扰区域的混入；(2)“训练子区域”选取：在选取肤色训练区域时，为避免背景的混入，采用“工字形”的三条标志线辅助限定手掌摆放位置，三条标志线包括成像屏幕显示的上下两条“水平标志线”，其到屏幕上、下边界距离分别为图像高度的10％，“竖直标志线”位于成像屏幕中央处，与上下水平标志线垂直；采集图像时，要求用户五指张开，手掌表面与采集镜头平行，指尖朝上，竖直标志线保证在中指区域内，中指指尖位于上方水平标志线和屏幕上方边界之间，手腕底部位于下方水平标志线和图像下边界之间；定义坐标原点位于左上角，向右为x轴正方向，向下为y轴正方向；规定图像高度为H，宽度为W，图像总像素个数为M＝H×W，则训练子区域x轴范围在[0.45W,0.55W]，y轴范围在[0.6H,0.7H]，大小为F＝0.01M，从而有效避免选取到手掌以外区域；(3)高斯肤色检测：高斯肤色似然度的计算公式为：p(Cb,Cr)＝exp[‑0.5(x‑m)^TC^‑1(x‑m)]      (1)此处像素的特征定义为Cb和Cr两个分量，即x＝(Cb,Cr)，m为Cb和Cr两个分量的均值向量，C为协方差矩阵；计算训练子区域F个像素Cb和Cr的平均值Cb_f和Cr_f，组成均值向量m_f＝(Cb_f,Cr_f)；当受到光源强度或颜色影响时，肤色训练区域的均值会偏离实际肤色值，难以采用固定参数，因此计算图像上每个像素的特征到m_f的欧氏距离：二维向量[Cb(i),Cr(i)]为图像第i个像素的特征；为使肤色模型更加鲁棒，将D(i)按从小到大的顺序排列，取排序后前N个距离对应的像素；通过手部几何结构分析和实验验证，取N＝M/4；计算N个像素Cb和Cr的均值Cb_s、Cr_s，以及均值向量m_s和协方差矩阵C_s，通过公式(1)计算像素属于肤色的概率，得到肤色似然图，设定阈值，阈值分割结果为G；(4)区域生长：将G作为区域生长的初始区域，通过寻找满足预先定义条件的像素加入到种子区域，实现区域生长，完成手部区域的完整分割。