基于視頻圖像識(shí)別與比對(duì)的原理分析及算法研究

梁凈

【摘 要】隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的需求，出現(xiàn)了另一類問題，就是不要求其結(jié)果輸出是一幅完整圖像的本身，而是將經(jīng)過上述處理后的圖像，再經(jīng)過分割和描述提取有效的特征，進(jìn)而加以判決分類。例如交通系統(tǒng)中的車牌自動(dòng)識(shí)別，郵政系統(tǒng)中的信函自動(dòng)分揀等等。可以認(rèn)為把圖像進(jìn)行區(qū)別分類就是對(duì)圖像的識(shí)別。圖像識(shí)別方法和應(yīng)用十分廣泛，也相當(dāng)復(fù)雜，正在發(fā)展之中。但是，對(duì)圖像識(shí)別來說，無論要識(shí)別的目標(biāo)是什么，都是要找出它們的共性，把具有同一共性的歸為一類，而具有另一種共性者歸為另一類。圖像識(shí)別研究的目的是研制能夠自動(dòng)處理某些圖像信息的機(jī)器系統(tǒng)，以便代替人完成分類和辨識(shí)的任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】視頻圖像；目標(biāo)識(shí)別；目標(biāo)跟蹤；縮微環(huán)境

一、圖像比對(duì)與識(shí)別綜述

近年來，圖像技術(shù)一直是一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域，技術(shù)的發(fā)展也是非常迅速，不斷有新的概念、技術(shù)產(chǎn)生。圖像之間的比對(duì)技術(shù)是其中的一個(gè)分支，傳統(tǒng)的圖像比對(duì)技術(shù)主要指靜態(tài)圖像之間的對(duì)比。主要是利用圖像的顏色特征、形狀特征、紋理特征等對(duì)圖像進(jìn)行比較，根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)特征，對(duì)圖像之間的相似度做出評(píng)價(jià)，從而作為圖像檢索的依據(jù)。

圖像識(shí)別的方法有很多，不同的識(shí)別對(duì)象，使用不同的識(shí)別方法，換句話說，識(shí)別方法是有針對(duì)性的，不存在通用的識(shí)別方法。

一個(gè)圖像識(shí)別系統(tǒng)可分為三個(gè)主要部分，第一部分是圖像信息獲取，它相當(dāng)于對(duì)被研究對(duì)象的調(diào)查和了解，從中得到數(shù)據(jù)和材料，對(duì)圖像識(shí)別來說就是把圖片、底片、文字圖形等用光電掃描設(shè)備變換為電信號(hào)以便后續(xù)處理。第二部分是信息的加工與處理。它的作用在于把調(diào)查了解到的數(shù)據(jù)材料進(jìn)行加工、整理、分析、歸納以去偽存真，去粗取精，抽出能反映事物本質(zhì)的特征。當(dāng)然，抽取什么特征，保留多少特征與采用何種判決有很大關(guān)系。第三部分是判決或分類。這相當(dāng)于人們從感性認(rèn)識(shí)升到理性認(rèn)識(shí)而做出結(jié)論的過程。第三部分與特征抽取的方式密切相關(guān)。它的復(fù)雜程度也依賴于特征的抽取方式。例如，類似度、相關(guān)性、最小距離等等。 圖像識(shí)別方法己初步形成三大類：統(tǒng)計(jì)識(shí)別、結(jié)構(gòu)識(shí)別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別等三大類。

二、圖像識(shí)別比對(duì)算法

1.直方圖法

直方圖是統(tǒng)計(jì)學(xué)中的術(shù)語，在數(shù)字圖像處理技術(shù)中，它可以用來表示彩色圖像不同色度級(jí)象素的組成情況，也可以表示灰度圖各灰度級(jí)象素的構(gòu)成。

以彩色圖HSV顏色空間為例，H 表色度，直方圖表示彩色圖像中，H分量每個(gè)色度級(jí)與其出現(xiàn)的象素?cái)?shù)字（處于該色度級(jí)的象素的數(shù)目）間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。用橫坐標(biāo)表示色度（h），縱坐標(biāo)表示像素?cái)?shù)，并據(jù)此作出像素?cái)?shù)—色度值圖形，則該圖形稱為圖像的顏色直方圖。有時(shí)直方圖也采用某一色度值的像素占整幅圖像總像素的百分比作為縱坐標(biāo)，這種圖形叫做歸一化直方圖。直方圖能給出圖像的概貌性描述，它反映了在一幅圖像中不同色度級(jí)像素所占圖像總像素的比例，可以看出各色度級(jí)象素?cái)?shù)目的多少及其分布情況，由此得出進(jìn)一步分析和處理的依據(jù)。要研究圖像灰度變化范圍及各個(gè)色度級(jí)像素?cái)?shù)的多少，就應(yīng)當(dāng)利用直方圖這一方法。對(duì)一幅圖像進(jìn)行各色度級(jí)象素的統(tǒng)計(jì)，就可以得出圖像的直方圖。有了圖像直方圖，就有了圖像的改正方向，可以進(jìn)一步制定方案進(jìn)行圖像處理的其他研究。

2.模板匹配算法

模板匹配是用于幾何校正后的多波段遙感圖像去套準(zhǔn)，借助于求互相關(guān)函數(shù)的極值來實(shí)現(xiàn)。模板匹配方法是研究在一幅圖中是否存在某種已知模板圖像。它的基本原則是通過相關(guān)函數(shù)的計(jì)算來找到它以及被搜索圖的坐標(biāo)位置。

3.模板細(xì)化識(shí)別法

一個(gè)圖像的“骨架”，是指圖像中央的骨骼部分。是描述圖像幾何及拓?fù)湫再|(zhì)的重要特征之一。求一圖像骨架的過程通常稱為對(duì)圖像“細(xì)化”的過程。在細(xì)化一幅圖像x的過程應(yīng)滿足兩個(gè)條件；第一，在細(xì)化的過程中，X應(yīng)該有規(guī)律的縮小；第二，在X逐步縮小的過程中，應(yīng)當(dāng)使x的連通性質(zhì)保持不變。

必須指出，這種方法對(duì)模板和待識(shí)別圖像相對(duì)的位置要求比較嚴(yán)格，對(duì)應(yīng)圖像點(diǎn)應(yīng)該位于空間同—目標(biāo)點(diǎn)上，如果不是，必須先做幾何校正與配準(zhǔn)。

三、圖像識(shí)別比對(duì)技術(shù)的分析

1.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識(shí)別技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像識(shí)別比對(duì)技術(shù)是一種比較新型的圖像識(shí)別比對(duì)技術(shù)，是在傳統(tǒng)的圖像識(shí)別方法和基礎(chǔ)上融合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的一種圖像識(shí)別方法。這里的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，也就是說這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不是動(dòng)物本身所具有的真正的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而是人類模仿動(dòng)物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后人工生成的。

2.非線性降維的圖像識(shí)別比對(duì)技術(shù)

計(jì)算機(jī)的圖像識(shí)別比對(duì)技術(shù)是一個(gè)異常高維的識(shí)別技術(shù)。不管圖像本身的分辨率如何，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)常是多維性的，這給計(jì)算機(jī)的識(shí)別比對(duì)帶來了非常大的困難。想讓計(jì)算機(jī)具有高效地識(shí)別能力，最直接有效的方法就是降維。

四、結(jié)語

圖像識(shí)別比對(duì)技術(shù)雖然是剛興起的技術(shù)，但其應(yīng)用已是相當(dāng)廣泛。并且，圖像識(shí)別比對(duì)技術(shù)也在不斷地成長，隨著科技的不斷進(jìn)步，人類對(duì)圖像識(shí)別比對(duì)技術(shù)的認(rèn)識(shí)也會(huì)更加深刻。未來圖像識(shí)別比對(duì)技術(shù)將會(huì)更加強(qiáng)大，更加智能地出現(xiàn)在我們的生活中，為人類社會(huì)的更多領(lǐng)域帶來重大的應(yīng)用。在21世紀(jì)這個(gè)信息化的時(shí)代，我們無法想象離開了圖像識(shí)別比對(duì)技術(shù)以后我們的生活會(huì)變成什么樣。圖像識(shí)別比對(duì)技術(shù)是人類現(xiàn)在以及未來生活必不可少的一項(xiàng)技術(shù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳孟錟. 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻圖像識(shí)別研究[D].福州大學(xué)，2006.

[2]崔朝陽，徐榮杰.圖像比對(duì)技術(shù)在監(jiān)測領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].中國傳媒科技，2005（04）：33-35.