自然圖像的視覺顯著性特征分析與檢測(cè)方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，近年來(lái)圖像及視頻數(shù)據(jù)量呈爆炸性增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)此類數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用需求也在迅猛增加。其中，從圖像與視頻數(shù)據(jù)中獲取信息是一個(gè)重要的基礎(chǔ)工程，相比起計(jì)算機(jī)，人類在信息感知方面有著先天的優(yōu)勢(shì)。人類能夠迅速而精準(zhǔn)地識(shí)別出圖像與視頻中的內(nèi)容，提取重要信息并快速總結(jié)，而計(jì)算機(jī)在這方面目前仍沒有快速而準(zhǔn)確的模型。在計(jì)算機(jī)硬件性能快速提升，大數(shù)據(jù)處理與云計(jì)算高速發(fā)展的如今，人們希望機(jī)器能夠像人一樣處理海量圖像與視頻數(shù)據(jù)，由此誕生了視覺顯著性

2、分析檢測(cè)模型的研究。
　　視覺顯著性模型即是通過(guò)建立計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬人類的視覺系統(tǒng)，從而在給定的圖像與視頻數(shù)據(jù)中提取人類普遍關(guān)注的重點(diǎn)。此類重點(diǎn)即為顯著性區(qū)域，它們能直觀地代表人類在觀察圖像與視頻時(shí)獲取信息的位置與特征。當(dāng)前對(duì)于視覺顯著性模型的構(gòu)建主要基于圖像中自底向上的低層特征，并通過(guò)融合高級(jí)別特征加以改進(jìn)。在分析模型與數(shù)據(jù)時(shí)，主要使用熱力圖等可視化方法進(jìn)行直觀展示與對(duì)比。相關(guān)研究領(lǐng)域方面，顯著性特征已在圖像理解，圖像描述生

3、成等技術(shù)中得到了應(yīng)用。
　　視覺顯著性研究領(lǐng)域的研究存在著諸多挑戰(zhàn)與困難。首先從數(shù)據(jù)信息的角度出發(fā)，吸引人們關(guān)注的特征是未知的，這就需要從經(jīng)驗(yàn)的角度出發(fā)，探索需要建立的模型應(yīng)該包含何種特征，同時(shí)各種特征對(duì)于人眼關(guān)注度的影響程度也是未知的，需要通過(guò)具體的分析與實(shí)驗(yàn)來(lái)區(qū)分其權(quán)重。再者，視覺顯著性數(shù)據(jù)的獲取過(guò)程包括圖像的選取以及人眼跟蹤記錄，對(duì)數(shù)據(jù)的觀測(cè)與篩選。每一項(xiàng)的時(shí)間與成本開銷都比較大，數(shù)據(jù)量增加的如今，需要探索更加合適的方法來(lái)獲

4、取數(shù)據(jù)，并通過(guò)可視化設(shè)計(jì)來(lái)合理展現(xiàn)與分析數(shù)據(jù)。最后，視覺顯著性與諸多機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究存在交集，尤其是與圖像描述所具有的重大關(guān)聯(lián)性，探索視覺顯著性與圖像描述的內(nèi)在聯(lián)系，將顯著性特征應(yīng)用于增強(qiáng)圖像描述生成模型之中是一個(gè)具有重要價(jià)值和挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。
　　本文旨在利用國(guó)內(nèi)外已有的研究基礎(chǔ)上展開研究，針對(duì)現(xiàn)有視覺顯著性數(shù)據(jù)與模型方面的不足和難點(diǎn)，通過(guò)研究數(shù)據(jù)特點(diǎn)，不同級(jí)別上的特征，構(gòu)建新的視覺顯著性模型。同時(shí)本文在視覺顯著性數(shù)據(jù)的展現(xiàn)方式

5、，即可視化方法，以及與其它領(lǐng)域的相關(guān)性方面進(jìn)行了研究與探索。本文的主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)內(nèi)容如下：
　　1.提出了一種針對(duì)自然場(chǎng)景圖像的視覺顯著性模型，該模型可以檢測(cè)并預(yù)測(cè)自然場(chǎng)景圖像的視覺顯著性區(qū)域。模型在傳統(tǒng)的圖像底層特征的基礎(chǔ)上，引入了自然場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)信息作為特征，通過(guò)多核學(xué)習(xí)將多種特征進(jìn)行融合，構(gòu)建了在自然圖像方面優(yōu)于傳統(tǒng)方法的視覺顯著性模型。在構(gòu)建模型的基礎(chǔ)上，本文提出了一個(gè)全新的基于自然圖像的視覺顯著性數(shù)據(jù)庫(kù)，為視覺顯著性模

6、型的研究和構(gòu)建提供幫助和參考。
　　2.提出了一種新的應(yīng)用于視頻視覺顯著性數(shù)據(jù)的可視化方法。該方法結(jié)合傳統(tǒng)的二維熱力圖與掃描路徑方法，通過(guò)Space Time Cube將視頻數(shù)據(jù)在三維空間上進(jìn)行展示，同時(shí)捆綁二維投影數(shù)據(jù)與度量標(biāo)準(zhǔn)，在時(shí)空維度整體展現(xiàn)了視頻的視覺顯著性數(shù)據(jù)，方便了視覺顯著性數(shù)據(jù)的分析與理解。
　　3.提出了針對(duì)視覺顯著性與圖像描述的相關(guān)性分析。本文在大量數(shù)據(jù)的分析前提下，展現(xiàn)了視覺顯著性與圖像描述在不同級(jí)別的