人臉光照調整之DCT變換


人臉光照調整一直是人臉識別問題中的難點,作者就不同處理方法,並結合其在實際應用中的表現,在此分章節談一些個人看法,有不當之處,還望各園友指正。

光照調整主要分在頻率域和空間域的處理,頻率域中有DCT變換、小波變換等。而在空間域有直方圖均衡化、Gamma校正等。作者在此只介紹一些主流並有較廣適應范圍的方法。首先,我們來談談DCT變換吧:

DCT(離散余弦變換)對高相關性的數據(信號),具有非常好的能量聚焦性,經過變換,信號能量的絕大部分被集中到變換域的少數系數上。因此,對於受光照影響的圖像,我們只需要修改很少的頻域系數,就可以對圖像的光照做出較好調整,避免了需要調節多個參數以適合不同圖像的問題,操作簡便易行。

1.       一維DCT變換的實現步驟:

1)        計算DCT變換的點數,並對時域空間進行延拓;

2)        調用一維傅里葉變換;

3)        調整系數並存儲;

2.       二維DCT變換的實現步驟:

1)        計算進行二維圖像DCT變換的高度和寬度,如果不是2的整數次冪則要進行調整,並計算在水平和垂直方向上變換時迭代的次數;

2)        用一維DCT變換進行水平方向上的變換

3)        用一維DCT變換進行垂直方向上的變換;

4)        得到二維離散余弦變換系數並存儲。

3.       試驗結果:

圖1是對高曝光圖像的二維DCT變換結果,其中(b)是DCT變換后的頻譜圖像,可以看出圖像的低頻能量都集中在左上角區域,而向右下角方向,頻率越來越高。圖(c)和原始圖像相比,臉上(左臉)的高光照部分得到了一定的抑制。

                    

  (a)原圖        (b)DCT變換的頻譜圖   (c)將頻譜圖中的低頻減去並反DCT變換的結果

                    圖1 高曝光圖像進行DCT變換的結果

圖2是光照不足的二維DCT變換結果,原始圖像中左邊人臉基本看不到什么信息,經過處理后可以看到左眼信息。

                                             

        (a)原圖        (b)DCT變換的頻譜圖   (c)將頻譜圖中的低頻減去並反DCT變換的結果

圖2 “陰陽臉”圖像進行DCT變換的結果

4.       DCT方法小結:

DCT變換的方法,只需要對頻域圖像做極少的調整(如將最左上角的頻率置0),就可以達到對整體光照的調整,不需要像在空間域中那樣,不斷的調整參數,修改閾值等步驟,這是它的優點。但是,DCT變換的時間稍長,而且對於光照復雜度比較大的圖像,其調整的能力也比較有限。當然,也有不少人對其進行了改進,比如在Log域的DCT變換等。網上也有不少關於其改進的文獻,在此就不一一贅述。作者在此介紹的方法,代表了頻率域調整光照的一般思路,希望對大家有作用。

 


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