基于XY-H 色彩空間的膚色檢測方法

余華云 (長江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院,湖北荊州434023)

黃文豪 (長江大學(xué)信息與數(shù)學(xué)學(xué)院,湖北荊州434023)

目前黃色信息 (成人圖片、色情電影等)在網(wǎng)上和手機(jī)彩信上泛濫,已經(jīng)成為一個嚴(yán)重的社會問題。如何有效地識別并過濾有害黃色信息、保護(hù)網(wǎng)民特別是青少年網(wǎng)民免受不良信息的影響是迫切需要解決的問題。幾乎所有的色情圖片的共同特征是有大量裸露的膚色,所以精確地進(jìn)行膚色檢測是色情圖片檢測和過濾的關(guān)鍵。在膚色檢測的過程中,色彩空間的選擇是至關(guān)重要的一步。目前,在膚色檢測中采用單一色彩空間或幾種色彩空間綜合應(yīng)用的方法取得了一定成果,但采用單一色彩空間的方法對膚色檢測誤差較大,而采用幾種色彩空間綜合應(yīng)用方法在膚色檢測時存在速度慢的問題[1]。為此,筆者提出了基于XY-H色彩空間的膚色檢測方法。

1 色彩空間中膚色檢測情況分析

篩選了1.2×106個膚色樣品點(diǎn)和1.2×106個非膚色樣品點(diǎn)作為測試樣本,在RGB、XYZ、YIQ、YUV、YCbCr、Y ES、HSV、H IS和HSL 9種色彩空間[2]對膚色性能進(jìn)行檢測。在上述9種色彩空間中,RGB最為常用,XYZ、YIQ、YUV、YCbCr、Y ES可以通過對RGB進(jìn)行線性變換得到,HSV、HIS、HSL可以通過對RGB進(jìn)行非線性變換得到[3]。

1)三維色彩空間中的膚色檢測性能 通過歸一化處理[4],繪制了膚色在各三維色彩空間的分布情況,如圖1所示。

從圖1可以看出:①膚色在XYZ色彩空間中的分布區(qū)域最小,可以利用XYZ在三維色彩空間上進(jìn)行膚色檢測,但由于膚色在XYZ色彩空間中分布區(qū)域不規(guī)則,故在膚色檢測時不宜采用閾值分割方法進(jìn)行膚色檢測。②膚色在HSI、HSL、HSV色彩空間中的分布區(qū)域非常大,因而不宜利用 HSI、HSL、HSV在三維色彩空間上進(jìn)行膚色檢測。

2)二維色彩空間中的膚色檢測性能 同一塊膚色在不同光照下對應(yīng)不同的RGB值,但其表示的膚色是一樣的,為此繪制膚色在去除亮度的二維色彩空間中的分布區(qū)域圖,如圖2所示。

對圖2進(jìn)行分析可知:①在XYZ色彩空間中,當(dāng)0.32≤x≤0.57和0.30≤y≤0.42時,小區(qū)域內(nèi)含有97.66%的膚色樣品點(diǎn),所以其適于在二維色彩空間進(jìn)行閾值膚色檢測。②HSI、HSL、HSV二維色彩空間在色調(diào)H 分量上優(yōu)勢明顯,即在0°≤H≤40°和340°≤H≤360°的區(qū)域內(nèi)包含了90.19%的膚色樣品,所以 HSI、HSL、HSV色彩空間適于在一維色調(diào)H分量上進(jìn)行閾值膚色檢測。

圖1 膚色在三維色彩空間中的分布情況

圖2 膚色在二維色彩空間中的分布情況

2 XY-H色彩空間及其性能檢測

2.1 XY-H色彩空間的構(gòu)造

為構(gòu)造XY-H色彩空間,首先通過下式計(jì)算出x、y各點(diǎn)的值,并連接各點(diǎn)繪制出XY色度圖[2]。

然后,取XY色度圖中在0.32≤x≤0.57和0.30≤y≤0.42小區(qū)域作為構(gòu)造XY-H空間的x、y分量 (因?yàn)樵谠搮^(qū)域內(nèi)膚色樣品點(diǎn)非常集中,而且分布比較規(guī)則),再取三維色彩空間 HSV、HSI和HSL中在0°≤H≤40°和340°≤H≤360°區(qū)域內(nèi)的色調(diào) H分量作為XY-H 色彩空間的H 分量,以此構(gòu)造XY-H色彩空間,在新構(gòu)建的XY-H色彩空間中進(jìn)行膚色閾值分割檢測。

2.2 XY-H色彩空間的閾值檢測

閾值法是經(jīng)典高效的圖像分割檢測方法,其基本原理是通過設(shè)定不同的特征閾值,把圖像像素點(diǎn)分為若干類[5]。在膚色檢測時若色彩空間中膚色分布不規(guī)則,則不容易選取合適閾值 (閾值區(qū)域較大時會包含非膚色點(diǎn);閾值區(qū)域較小時會排除膚色點(diǎn)),因而在一般色彩空間中很難用閾值法進(jìn)行膚色檢測。在新構(gòu)造的XY-H色彩空間中,其膚色分布區(qū)域小且規(guī)則,故容易選取合適閾值,這說明在XY-H色彩空間中適于用閾值方法進(jìn)行膚色檢測。

圖3所示是人體圖片在一維、二維和構(gòu)造的XY-H色彩空間中的進(jìn)行閾值分割結(jié)果。圖3(a)為從網(wǎng)上抓取的原始人物圖片。圖 3(b)是在以 HSI、HSL、HSV中的HSV為代表的色彩空間下,取H分量的置信閾值區(qū)域0°≤H ≤40°和 340°≤H ≤360°進(jìn)行一維閾值分割的結(jié)果。從圖3(b)可以看出,雖然能進(jìn)行閾值檢測,但其缺點(diǎn)是頭發(fā)、眼睛和嘴巴等被誤判。圖3(c)是在XY Z色彩空間下,取x,y的置信區(qū)域0.32≤x≤0.57和0.30≤y≤0.42進(jìn)行二維閾值分割的結(jié)果。從圖3(c)可以看出,背景顏色全部被誤判成膚色。在新構(gòu)造的XY-H色彩空間中進(jìn)行膚色閾值分割,不僅能快速地檢測出人體膚色,而且其膚色檢測效果比前兩者有明顯改善 (見圖3(d))。

圖3 人物圖片在一維、二維和構(gòu)造的XY-H色彩空間中的分割結(jié)果圖

3 結(jié) 語

利用1.2×106個膚色樣品點(diǎn)和1.2×106個非膚色樣品點(diǎn)作為測試樣本,在RGB、XYZ、YIQ、YUV、YCbCr、Y ES、HSV、H IS和HSL 9種色彩空間[3]對膚色性能進(jìn)行檢測。分析發(fā)現(xiàn),XYZ色彩空間適于做膚色二維閾值分割,色調(diào)H分量適于做膚色一維閾值分割。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)造了XY-H色彩空間。試驗(yàn)表明,在XY-H色彩空間進(jìn)行皮膚檢測,其檢測速度和準(zhǔn)確性都得到了明顯的提高,這為快速準(zhǔn)確地過濾日益泛濫的網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)色情圖片提供了一種有效的膚色檢測方法。

[1]徐戰(zhàn)武,朱淼良.基于顏色的膚色檢測綜述 [J].中國圖像圖形學(xué)報,2007,12(3):377-386.

[2]Gomez G.On selecting colour components for skin detection[A].Proceedings of International Conference on Pattern Recognition[C].Canada:Quebec,2002:961-964.

[3]姚鴻勛,劉明寶.基于彩色圖像的色系坐標(biāo)變換的面部定位與跟蹤法[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報,2000,23(2):158-165.

[4]楊俊,趙忠明.基于歸一化RGB色彩模型的陰影處理方法[J].光電工程,2007,34(12):92-96.