局部二進(jìn)制模式

局部二進(jìn)制模式基本LBP及圓形鄰域的LBPP,R算子20127652王聰20127654唐加沁簡介局部二進(jìn)制模式（LBP）是一種有效的紋理描述算子，它具有旋轉(zhuǎn)不變性和灰度不變性等顯著的優(yōu)點(diǎn)，是一種非常經(jīng)典的用來描述圖像局部紋理特征的算法。它首先由T.Ojala,M.Pietik?inen,和D.Harwood在1994年提出，用于輔助性的度量圖像的局部對比度。自從提出之后，LBP就作為一個有效的紋理特征提取方法，它不斷的被人使用和改進(jìn)，并廣泛應(yīng)用于紋理分類、人臉識別等領(lǐng)域。算法簡介最初的LBP算子定義為3x3的窗口，以窗口中心像素為閾值，將相鄰的8個像素的灰度值與其進(jìn)行比較，若周圍像素值大于中心點(diǎn)的值，則該像素位置被標(biāo)記為1，否則為0。這樣,3x3鄰域內(nèi)的8個點(diǎn)可產(chǎn)生一個8-bit的無符號數(shù)，再按其位置賦以不同權(quán)重求和得一個整數(shù)，即為該點(diǎn)的LBP值。例如：對于一個確定的窗口鄰域，在計算中心像素的LBP值之前，應(yīng)先確定該像素鄰域范圍內(nèi)像素對應(yīng)的閾值。閾值的確定規(guī)則為：若鄰域中某一像素的值不小于中心像素值，則將該像素對應(yīng)的閾值置為1，否則為0。而后鄰域窗口內(nèi)的灰度值作為對應(yīng)閾值的權(quán)重計算鄰域內(nèi)閾值的加權(quán)和，求得的加權(quán)和作為中心像素的值來描述紋理特征。例對圖一中的3x3區(qū)域的中心點(diǎn)，以其灰度值88作為閥值，對其8鄰域進(jìn)行二值化，并從左上點(diǎn)按順時針方向（具體順序可任意，只要統(tǒng)一即可）將二值化結(jié)果組成一個二進(jìn)制數(shù)10001011，即十進(jìn)制的139，作為中心點(diǎn)的響應(yīng)。即這一點(diǎn)的LBP值為139。就這樣對整個圖像進(jìn)行LBP運(yùn)算，就可以得到這幅圖像的LBP特征?！鷪D一圖二但是得到這些特征有什么作用呢？提取圖像特征的目標(biāo)無非就是為了進(jìn)行分類，我們把一幅灰度圖像轉(zhuǎn)化為了LBP特征圖像，從理論上講并沒有實(shí)現(xiàn)降維，也無法進(jìn)行分類。這時就引入了直方圖統(tǒng)計，我們將LBP特征進(jìn)行直方圖統(tǒng)計，也就是統(tǒng)計LBP特征0~255各占的比例，這樣就進(jìn)行了數(shù)據(jù)的降維。之后就可以將一個向量輸入分類器中進(jìn)行分類。圖三圓形鄰域的LBPP,R算子基本LBP特征是根據(jù)相鄰的像素點(diǎn)與中間相鄰點(diǎn)相比的大小確定置為1或0，然后對每個像素點(diǎn)的領(lǐng)域信息進(jìn)行整合，變?yōu)轭I(lǐng)域個位的數(shù)的編碼。然后對一個塊中所有像素的編碼進(jìn)行直方圖的統(tǒng)計，得到LBP特征。圓形鄰域的LBPP,R算子在基本LBP算子的基礎(chǔ)上，T.Ojala等人在研究中利用圓形鄰域(P,R)替代3x3的8鄰域窗口，對上述基本的LBP進(jìn)行擴(kuò)展，這里P為鄰域內(nèi)像素的個數(shù),R指鄰域的半徑，見圖二。這樣對P和R設(shè)置不同的數(shù)值，并結(jié)合插值技術(shù)，使得鄰域中像素的個數(shù)可以為任意感興趣的數(shù)值，這種情況下得到的LBP算子可以用來描述不同尺度的紋理結(jié)構(gòu)。鑒于這種情況，結(jié)合結(jié)構(gòu)性紋理分析的思想可以看出，這種擴(kuò)展的LBP算子具有表征多種紋理結(jié)構(gòu)的能力。圖二顯示了幾種不同(P,R)值對應(yīng)的鄰域。圖四圓形LBP特征就是在每一個像素點(diǎn)周圍用圓形區(qū)域進(jìn)行編碼采樣，其余和基本LBP特征相同。這里有一個問題，假如你在圓上采樣，那必然會導(dǎo)致部分計算出來的采樣點(diǎn)的坐標(biāo)不是整數(shù)。而在圖像中，每個像素點(diǎn)的坐標(biāo)都必須是整數(shù)。如右圖所示：若設(shè)領(lǐng)域半徑R=1，且采樣

的8個像素點(diǎn)等間隔的分布在這個圓上。因

為紅色標(biāo)出的點(diǎn)為要計算編碼的像素點(diǎn)，

因此它的坐標(biāo)為整數(shù)(x,y)。那么綠色標(biāo)出

的點(diǎn)的坐標(biāo)必定不是整數(shù)，因此也無法從圖

像上得到這個點(diǎn)的像素值。圖五圖四給出了一個半徑為2的8領(lǐng)域像素的圓形領(lǐng)域，圖中每個方格對應(yīng)一個像素，對于正好處于方格中心的領(lǐng)域點(diǎn)（左、上、右、下四個黑點(diǎn)），直接以該點(diǎn)所在方格的像素值作為它的值；對于不在像素中心位置的領(lǐng)域點(diǎn)（斜45方向的4個黑點(diǎn)），當(dāng)然簡單的方法可以用最近的一個點(diǎn)的值進(jìn)行代替，但更好的方法是進(jìn)行雙線性插值確定其值。圖六在圖像紋理分析中，紋理被認(rèn)為是圖像中特定的局部鄰域結(jié)構(gòu)規(guī)律性分布的重復(fù)出現(xiàn)。通過計算得到的LBPP,R滿足0≤LBPP,R≤2^p-1。例如，窗口大小為(P=8,R=1)時，LBPP,R的計算值介于0至255之間。也即是說，采用這種方法，在窗口大小為(P=8,R=1)時，可以捕捉256種不同的特征碼。在特征碼與紋理模式對應(yīng)的前提下，能夠提取到256種不同紋理基元。紋理基元種類的豐富性增加了這種算子對紋理的描述能力,使得利用這