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  • LBP算子介绍

    LBP(Local Binary Pattern, 局部二值模式)是一种用来描述图像局部纹理特征的算子;显然,它的作用是进行特征提取,而且,提取的特征是图像的纹理特征,并且,是局部的纹理特征;

     

        原始的LBP算子定义为在3*3的窗口内,以窗口中心像素为阈值,将相邻的8个像素的灰度值与其进行比较,若周围像素值大于中心像素值,则该像素点的位置被标记为1,否则为0。这样,3*3领域内的8个点可产生8bit的无符号数,即得到该窗口的LBP值,并用这个值来反映该区域的纹理信息。如下图所示:

     

           

        原始的LBP提出后,研究人员不断对其提出了各种改进和优化,从而得到了诸如半径为R的圆形区域内含有P个采样点的LBP算子LBP均匀模式;LBP旋转不变模式;LBP等价模式等等,具体请参考T. OjalaIEEE TPAMI2002年发表的那篇文章“Multiresolution Gray-Scale and Rotation Invariant Texture Classification with Local Binary Patterns”。另外,LBP算子的中文参考文章,可以参考以下:

    (1)基于LBP的人脸识别研究,黄非非,重庆大学硕士毕业论文,2009年

    (2)基于LBP的特征提取研究,王玲,北京交通大学硕士毕业论文,2009年

    (3)基于局部二值模式的人脸识别方法研究,周凯,中南大学硕士毕业论文,2009年

     

        显而易见的是,上述提取的LBP算子在每个像素点都可以得到一个LBP“编码”,那么,对一幅图像提取其原始的LBP算子之后,得到的原始LBP特征依然是“一幅图片”。不过,这里我们已经将物体从图片(图片可以理解为物体在原始测量空间得到的测量特征)转换为二次特征,也就是得到了我们通常说的“特征”。不过,这个所谓的“特征”并不能直接用于判别分析。因为,从上面的分析我们可以看出,这个“特征”跟位置信息是紧密相关的。直接对两幅图片提取这种“特征”,并进行判别分析的话,会因为“位置没有对准”而产生很大的误差。后来,研究人员发现,可以将一幅图片划分为若干的子区域,对每个子区域内的每个像素点都提取LBP特征,然后,在每个子区域内建立LBP特征的统计直方图。如此一来,每个子区域,就可以用一个统计直方图来进行描述;整个图片就由若干个统计直方图组成;例如:一幅100*100像素大小的图片,划分为10*10=100个子区域,每个子区域的大小为10*10像素;在每个子区域内的每个像素点,提取其LBP特征,然后,建立统计直方图;这样,这幅图片就有10*10个子区域,也就有了10*10个统计直方图,利用这10*10个统计直方图,就可以描述这幅图片了。之后,我们利用各种相似性度量函数,就可以判断两幅图像之间的相似性了;

        目前,LBP局部纹理提取算子,已经成功应用在指纹识别、字符识别、人脸识别、车牌识别等领域。


    另一篇,介绍的也不错,这里放上:

    LBP(local banary patter)是一种非常经典的用来描述图像局部纹理特征的算子。

    1,基本LBP

    LBP方法自1994年提出,此后就作为一个有效的纹理特征,不断的被人使用和改进。LBP非常简单,也非常有效。

    左边的图是从一个图片上拿下来的3*3矩阵,矩阵上的值就是像素值,现在我们要计算的中间那个点的LBP。除了它此外的8个点依次与中间点比较,比它(也就是15)大的记成1,比它小的记成0,然后我们就得到右面的图片。然后我们选定一个起始点-这个图片选的是左上角第一个点,然后按照顺时针方向得到一个二进制串10011010,转换为十进制则为154。到此,我们得到了中间点的LBP值--154。对整个图片的所有点都这样处理,也就是以它为中心与附近的8个点相比较,这样就得到整个图所有点的LBP值。那么得到这么个与源图像大小相等的LBP值矩阵有什么用呢?通常我们统计它的直方图,得到一个直方图矩阵向量,然后每一个图片对应一个直方图向量,这个直方图向量就是此图片的一个特征。我们由两个图像的直方图向量从而得到它们的相似度,从而来分类。

    2, LBP均匀模式LBP (uniform LBP)

    均匀模式就是一个二进制序列从0到1或是从1到0的变过不超过2次(这个二进制序列首尾相连)。比如:10100000的变化次数为3次所以不是一个uniform pattern。所有的8位二进制数中共有58个uniform pattern.为什么要提出这么个uniform LBP呢,因为研究者发现他们计算出来的大部分值都在这58种之中,所以他们把值分为59类,58个uniform pattern为一类,其它的所有值为第59类。这样直方图从原来的256维变成59维。

    3,旋转不变模式LBP

    旋转不变模式LBP能够在图片发生一定的倾斜时也能得到相同的结果。它的定义可以看下图:

    我们看到中心点的邻居不再是它上下左右的8个点(补充一句,不一定非要是3*3的邻域,这个自己定,但是邻域大了意味着直方图向量维度的增加),而是以它为圆心的一个圈,规定了这个圆的半径和点的个数,就可以求出各个点的坐标,但是点的坐标不一定是整数,如果是整数那么这个点的像素值就是对应点的值,如果不是整数,就用差值的方式得到。

    其他基于LBP的算法

    1,MBP

    将整个邻域内的所有点的中值作为阈值进行比较,中值不是平局值哦,是所有的值按照从小到大排列,最中间的那个。话说这个MBP可以用matlab的一个函数实现:medfilt2

    2,

    利用邻域内所有点的平局值作为阈值。

    3,

    第三种不是在阈值上做改动,而是将大图片切分成小图片,然后再小图片上用LBP方法,然后把小些小图片的直方图矩阵连接起来,成为大图的特征。为什么这么做呢?因为很明显的LBP 直方图会丢失局部信息,比如得到一个值为100那么不管你这个值是从哪里得到的--比如人脸,不管是眼睛处得到这个值还是鼻子处得到,应该不管,都放到lable=100这里。


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