[發明專利]一種輕量級步態性別識別方法

在審

• 申請號: 202211701569.1
• 申請日: 2022-12-28
• 公開（公告）號: CN116168446A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 郭斌;方禹楊;王柱;孫卓;於志文
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06V40/20
• 分類號: G06V40/20;G06V40/10;G06V10/764;G06V10/28;G06V10/34;G06V10/44
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉濤

1.一種輕量級步態性別識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：采用步態識別相關開源數據集，對數據進行預處理，劃分訓練集、驗證集與測試集；

步驟2：圖像預處理；

(1)灰度化和二值化；將RGB圖轉換成灰度圖再轉換成二值圖，去掉原始圖片的顏色，僅保留人像的輪廓紋理信息；

(2)形態學處理；對圖像進行開運算和閉運算的形態學處理，解決二值圖局部缺損、多余的問題，同時平滑人像的邊界線條；

(3)人像輪廓提取：利用Sobel算子對人像進行邊緣檢測，獲取人像輪廓圖；

(4)人像骨架提取；采用Zhang-Suen細化算法來提取人體骨架，通過邏輯運算的方式，循環刪除圖像中的非骨架像素點；

步驟3：步態特征提取；

基于人體運動學數據，選擇與人像寬高比、質心高度、分區角度、分區距離相關的步態特征進行提取；

(1)寬高比相關的步態特征；

人像最小外接矩形寬度和高度的比值，即為人像寬高比；人體行走過程中，手臂和雙腿周期性地前后擺動，從而人像最小外接矩形的寬度和高度也會隨著腿的擺動而發生周期性變化；

對每一幀步態圖片提取寬高比數據，做成散點圖并連成線，得到人像寬高比變化曲線，進一步計算步態周期、最大寬高比、最大寬高比變化率、最小寬高比、最小寬高比變化率、寬高比變化范圍、寬高比平均值和寬高比方差作為人像寬高比相關的步態特征值；

(2)質心高度相關的步態特征；

人像輪廓或人像骨架像素點橫、縱坐標的平均值即為質心位置，計算方法為：

其中，N為人像輪廓或骨架像素點的個數，x_i為第i個像素點的橫坐標，y_i第i個像素點的縱坐標；進一步計算質心縱坐標的最大值、最小值、變化范圍、平均值、方差作為人體質心高度相關的步態特征值；

(3)分區角度相關的步態特征；

以人像質心位置為原點，水平方向為x軸，豎直方向為y軸建立新坐標系；分區角度特征是指人體在行走過程中左腿和右腿的擺動情況，即在新坐標系下左下區域輪廓像素點和右下區域輪廓像素點相對于質心的角度變化特征；計算左下分區角度均值有兩個步驟：

第一，求左下分區中每個像素點與軸的夾角，計算方法如下：

其中，θ_i、x_i、y_i分別為第i個像素點的夾角、橫坐標、縱坐標；

第二，對左下分區中每個像素點求得的夾角求和取平均，得到該圖像的分區的角度特征值；

計算右下分區角度均值；對同一人的每張步態序列圖片計算得到左下、右下分區的角度均值，將分區角度均值數據做成散點圖并連接相鄰點，得到同一人的左下、右下分區角度均值變化曲線；進一步計算出分區角度的最大值、最小值、最大變化率、最小變化率、變化范圍、平均值、方差這7個值作為人體分區角度相關的步態特征值；

(4)分區距離相關的步態特征；

分區距離特征是指人體在行走過程中左腿和右腿的位置變化特征，即在新坐標系下左下區域輪廓和右下區域輪廓相對于質心的位置變化特征；計算分區距離的方法分為兩個步驟：

第一，求分區中的每個像素點與質心的距離；

第二，計算距離的平均值；

對同一人的每張步態序列圖片分別求得左下、右下分區的距離均值，將分區距離均值數據做成散點圖并連接相鄰點，得到同一人的左下、右下分區距離均值變化曲線；進一步計算分區距離的最大值、最小值、最大變化率、最小變化率、變化范圍、平均值、方差作為人體分區距離相關的步態特征值；

步驟4：步態特征篩選；

通過單因素方差分析計算特征對性別的影響，采用樸素貝葉斯和支持向量機分類器驗證不同特征組合的分類效果，從而篩選出最有效的特征組合；

步驟4-1：將特征按照性別識別有效性排序；采用單因素方差分析的方法計算出各個特征數據對于性別的顯著性數值；計算每個特征控制因素對于性別因變量的顯著性結果，按照由小到大的順序排序，即得到特征有效性的排序；

步驟4-2：篩選出最有效的特征組合；根步驟4-1得到的排序，最優的特征組合應為從第一個特征開始的前n個特征組成的特征組合；分別使用樸素貝葉斯和支持向量機分類器計算出不同特征組合的性別識別準確率，篩選出準確率最高的特征組合；

步驟5：步態性別分類；使用支持向量機分類器，基于步驟4計算出的最佳特征組合，對步態圖像進行性別分類。