[發明專利]一種基于分頻視覺機制的輪廓特征提取方法

有效

• 申請號: 202010049312.7
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111222518B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 范影樂;方琳靈;武薇
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06V10/44
• 分類號: G06V10/44;G06V10/80
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

1.一種基于分頻視覺機制的輪廓特征提取方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟：

步驟1：針對輸入圖像I(x,y)，引入如式(1)所示的高斯函數模擬LGN經典感受野所具有的頻域響應特性；

其中

利用高斯函數的尺度參數σ_j作為LGN經典感受野對視覺信息流的分頻特性參數，從而獲得f個空間頻率調諧通道，默認f＝3，σ₁＝1，σ₂＝2，σ₃＝4，下同；表示朝向角，上標j表示空間頻率調諧通道的序號，j＝1,2,…,f，下同；下標i表示朝向角的序號，i＝1,2,…,N_θ，下同，N_θ默認設置為8；空間大小比率γ決定了LGN經典感受野的橢圓率；

針對某個尺度參數σ_j，計算第i個朝向角的LGN經典感受野分頻激勵響應如式(3)所示；

式(3)中默認γ＝0.5，*表示卷積運算；

步驟2：在步驟1所獲得的基礎上，提取f個空間頻率調諧通道的初級輪廓響應E(x,y,σ_j)；具體實現過程如下：

針對步驟1所獲得的激勵響應在固定某個尺度參數σ_j情況下，使遍歷N_θ個不同朝向角，采用最大值策略，選取的最大值，從而獲得初級輪廓響應E(x,y,σ_j)，如式(4)所示；同時記錄各尺度參數σ_j情況下最大值所對應的朝向角，記為θ_CRF(j)；

其中max表示取最大值函數，下同；

步驟3：采用如式(5)和(6)所示的雙高斯差函數模擬LGN非經典感受野響應特性同時記錄各尺度參數σ_j情況下最大值所對應的朝向角為θ_NCRF(j)；定義第j條空間頻率調諧通道上LGN非經典感受野中心-外周的抑制強度如式(7)所示；

式(6)中默認γ＝1；ρ表示LGN非經典感受野外周與中心的半徑比值，根據電生理實驗發現非經典感受野的直徑為經典感受野的2～5倍，默認ρ＝4；式(7)中|| ||表示范數運算；

步驟4：針對步驟2和步驟3分別獲取的θ_CRF(j)和θ_NCRF(j)，計算兩者的朝向差異特性，得到側抑制強度

首先分別計算朝向差異△θ_CRF-NCRF(j)，如式(8)所示；

再經冪指數歸一化，得到朝向調制權重W₁(j)，如式(9)所示；

其中，δ表示抑制強度隨視覺特征差異增大而衰減的調節參數，默認δ＝0.2，下同；

計算得到反映朝向差異特性的側抑制強度如式(10)所示；

步驟5：對LGN非經典感受野局部窗口內的輸入圖像對比度進行修正，得到低對比度加強后的C_c(x,y)；

首先定義窗長為υ的LGN非經典感受野局部窗口W_xy，下標xy表示窗口的中心坐標為(x,y)，υ設定為3～11之間的奇數；w(x_i,y_i)表示W_xy的空間權重函數，如式(11)所示；

然后對輸入圖像I(x,y)進行空間權重函數w(x_i,y_i)的加權計算，得到亮度L(x,y)，如式(12)所示；

接著計算局部窗口W_xy內的輸入圖像對比度C(x,y)，如式(13)所示；

其中，L_max、L_min分別表示局部窗口W_xy內，亮度L(x,y)的最大值和最小值；

最后采取閾值修正法，計算低對比度加強后的C_c(x,y)，如式(14)所示；

其中C_c表示修正閾值，

步驟6：基于步驟2獲得的初級輪廓響應E(x,y,σ_j)，以及步驟3獲得的LGN非經典感受野響應特性將兩者融合后，按步驟5所獲得的C_c(x,y)進行加權處理，得到低對比度差異指標△C(x,y,j)，如式(15)所示；

再經冪指數歸一化，得到低對比度調制權重W₂(x,y,j)，如式(16)所示；

計算得到反映低對比度差異特性的側抑制強度如式(17)所示，其中上標j的含義同前；

步驟7：針對步驟4和步驟6分別得到的和調制空間頻率調諧通道上的特征抑制強度E_Inh^j(x,y)，最終得到圖像紋理抑制后的輪廓信息r^j(x,y)，如式(18)～(20)所示；

r^j(x,y)＝max(E(x,y；σ_j)-α·E_Inh^j(x,y)，0) (18)

式中，α表示經典感受野與非經典感受野的神經元間連接強度，默認α＝3；

步驟8：實現初級視皮層分頻視覺信息流的快速融合編碼，將步驟7獲得的r^j(x,y)，并行傳遞至初級視皮層區進行權重融合加工處理，最終得到輪廓響應Total_r(x,y)，如式(21)所示；

其中，β_j為第f條空間頻率調諧通道上輪廓響應的頻段融合權重，取值范圍為[0,1]，按式(22)進行設置；