基于多種特征的樸素貝葉斯的圖像分類

徐昌 王瑤 舒福舟

摘要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的分類，提出了一種基于多種特征的樸素貝葉斯方法。從數(shù)據(jù)圖像集中提取灰度直方圖特征、SIFT特征、SURF特征以及對(duì)數(shù)據(jù)集裁減的方式降低維度等四種特征，求取每一種特征下的圖像的精確率、召回率、F1值以及對(duì)應(yīng)的混淆矩陣。本文在數(shù)據(jù)集進(jìn)行了分類實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，采用SIFT特征描述的圖像表示能夠取得更好的分類結(jié)果。

關(guān)鍵詞：圖像分類;特征提取;樸素貝葉斯

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）30-0194-03

隨著人工智能的來(lái)臨，機(jī)器學(xué)習(xí)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用占據(jù)主要的成分。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，面對(duì)海量的圖像處理，傳統(tǒng)的圖像分類模式需要大量的人力資源，而且在圖像分類上的精度不高，這種模式已經(jīng)跟不上時(shí)代的步伐。為了節(jié)約成本和資源，提高圖像分類的精度，從而轉(zhuǎn)向人工智能的領(lǐng)域，希望找到更加有效的算法處理海量的圖像，如樸素貝葉斯分類器算法、支持向量機(jī)算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。

本文通過樸素貝葉斯算法，分別采用四種特征提取_5_的方式，如：灰度直方圖、SIFT特征、SURF特征和裁剪圖像，來(lái)分析各個(gè)特征的平均精確率、平均召回率、平均Fl值以及混淆矩陣，從而判斷分類效果的好壞。

1特征提取的方法

本文采用四種方式的特征方法對(duì)樸素貝葉斯分類器進(jìn)行分析：

1）灰度直方圖：灰度圖像由256個(gè)灰度級(jí)，然后利用openCV庫(kù)中的函數(shù)calcHist函數(shù)統(tǒng)計(jì)出每個(gè)灰度級(jí)上的像素個(gè)數(shù)。

2）SIFT特征：SIFT特征對(duì)于圖像的尺度大小、旋轉(zhuǎn)角度和明暗程度變化具有不變性特點(diǎn)，通過微分向量的方向和大小來(lái)確定一個(gè)主方向，求取主方向有關(guān)的特征并與圖像的特征匹配，在圖像的分類上獲得了良好效果。

3）SURF特征：SURF特征基于行列式的局部斑點(diǎn)特征檢測(cè)方法。利用圖像的積分在不同的尺度上近似的計(jì)算出Hart小波值。

4）裁剪圖片：先將圖片做灰度化處理，在將灰度圖像裁剪成64*64像素的圖像。

2樸素貝葉斯算法原理

樸素貝葉斯算法先根據(jù)給定的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練，生成一個(gè)貝葉斯模型，然后通過這個(gè)模型，把測(cè)試集數(shù)據(jù)帶人這個(gè)模型進(jìn)行測(cè)試。求出每一個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)在各個(gè)類別中的概率，在比較各個(gè)類別的概率，哪個(gè)概率最大就認(rèn)為測(cè)試數(shù)據(jù)就屬于這個(gè)類別，進(jìn)而生成預(yù)測(cè)的標(biāo)簽，然后跟真實(shí)的標(biāo)簽進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出每一個(gè)種類的識(shí)別精度以及混淆矩陣，采用如圖1所示的方法進(jìn)行圖像分類。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1數(shù)據(jù)描述

本實(shí)驗(yàn)所用的數(shù)據(jù)集的名稱是color_1000，有1000張圖像，總共分為10類，種類的樣本圖像如圖2所示，每一類都含有100張圖像。實(shí)驗(yàn)過程中隨機(jī)抽取每個(gè)樣本類別總數(shù)的80%作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本，剩余的20%數(shù)據(jù)作為測(cè)試樣本。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)過程中提取四種特征即裁剪圖片、灰度直方圖、SIFT特征、SURF特征，通過樸素貝葉斯算法進(jìn)行圖像的分類，在提取不同特征后，通過每個(gè)類別的精確率、召回率、F1值、以及混淆矩陣判斷分類效果的好壞。不同的特征提取在樸素貝葉斯算法上運(yùn)行的結(jié)果不同。圖像集分別進(jìn)行僅裁剪圖片、灰度直方圖、SIFT特征、SURF特征的10類圖片的召回率、準(zhǔn)確率、F1值的平均值如表1所示。

從表中可以看出使用SIFT特征，圖片的分類效果最好，將每張圖片僅裁剪64*64個(gè)像素的分類效果最差。

圖像集分別進(jìn)行僅裁剪圖片、灰度直方圖、SIFT特征、SURF特征的10類圖片精確率如圖3所示，從圖中可以看出僅裁剪圖片和提取灰度直方圖精確率的跳變比較大，而采用SIFT特征和SURF特征的方法在圖像分類的效果比較好。

圖片集分別進(jìn)行僅裁剪圖片、灰度直方圖、SIFT特征、SURF特征的10類圖片召回率如圖4所示，從圖中可以看出采取SIFT特征的方法在分類的效果是最好的。

圖片集分別進(jìn)行僅裁剪圖片、灰度直方圖、SIFT特征、SURF特征的10類圖片F(xiàn)1值如圖5所示。從圖中可以看出采取SIFT特征的分類的效果在整體上是最好的。

表2、表3、表4分別是僅裁剪圖片、灰度直方圖、SIFT特征、SURF特征的10類圖片的混淆矩陣，每一行數(shù)據(jù)代表每類圖片經(jīng)過算法預(yù)測(cè)后的標(biāo)簽的概率。其中對(duì)角線上的數(shù)據(jù)是每一類正確分類的精確率。

4結(jié)論

本文研究了一種基于多特征提取的樸素貝葉斯圖像分類的方法，運(yùn)用該方法對(duì)1000張圖像數(shù)據(jù)集，使用四種特征的方式僅裁剪圖片、灰度直方圖、SIFT特征和SURF特征通過貝葉斯分類器進(jìn)行分類，分析實(shí)驗(yàn)的精確率、召回率、F1值和混淆矩陣，結(jié)果表明在四種特征下采用SIFT特征的貝葉斯分類器的圖像分類效果最好。