基于人体视觉特征的实时人像提取及其在虚拟环境照相中的应用

摘要

虚拟环境中实时照相系统的研制是为了满足体验经济的发展对数字应用系统的需求。对其中关键技术环节—“实时人像提取”部分的深入研究，不仅能把虚拟现实技术(VirtualRealityTechnology，简称VRT)的研究成果引入虚拟照像系统，使系统的性价比大大提高、“人性化”功能加强。同时，也对解决虚拟现实技术应用中所出现的“贵族化”、“计算繁琐”及“数据危机”等三大障碍，开发基于PC的虚拟现实应用系统，有一定的理论与实际的参考意义。 本文从分析人类视觉特征入手，运用系统的观念综合平衡图像质量、实时性、与系统成本等技术指标，在对虚拟实时照相系统具体技术指标深入分析的基础上，提出了基于人类视觉系统(HVS)特性的实时人像提取算法。该算法依据人体视觉特征所决定的数字图象处理指标，参照人体视觉的信息处理机制，经过信息压缩、参数自适应的统计分类、形态学非线性滤波、图像融合、彩色图像增强等紧密配合的模块化处理过程，实现了鲁棒性较强的实时人像提取。算法中24位彩色图与二值特征图之间相互转换的过程，体现了利用变换域处理和信息分层处理的思想。文中对算法的各部分进行了原理与实现方法的深入分析，提供了在Matlab环境下的仿真图片。仿真结果表明，利用二值滤波处理较好地解决了传统的基于区域的图象分类中的边缘不连续的问题；利用边缘渐变方式实现的图像融合简洁有效；由灰度统计直方图均衡所实现的彩色增强处理降低了虚拟照相系统对环境照度的要求。原理分析、量化实验、系统实验、及部分算法在产品中的应用从多方面表明了论文所提方法的正确性。 利用VC所提供的VFW(videoforwindow)功能，在VC6.0的平台下实现了上述内容，应用表明，本文所提算法是可靠的。论文在虚拟环境中实时照相系统的硬件部分对系统结构、单片机操作单元部分进行了论述。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

本章摘要

1.1引言

1.1.1虚拟现实与体验经济

1.1.2虚拟照相

1.2虚拟环境下实时照相技术

1.2.1虚拟环境下实时照相技术简介

1.2.2虚拟环境下实时照相技术的现状与发展

1.3实时人像提取技术

1.3.1利用颜色特征的硬件处理系统

1.3.2基于图象分割的人像提取

1.3.3人类视觉特征在图象处理中的应用

1.4研究目标及论文内容安排

1.4.1研究目标

1.4.2论文内容安排

2人类视觉的特征

本章摘要

2.1人类视觉简介

2.1.1人眼的光学构造

2.1.2视觉信息的传递通路

2.1.3视觉信息处理过程

2.2感受野

2.3视觉对信息的多层次并行处理

2.4视觉所表现的信息处理特征

2.4.1视觉的动态范围

2.4.2人眼的亮度分辨率

2.4.3图象的对比度

2.4.4人眼的其它性质

2.4.5人眼的视觉建模

2.5视觉中的一些心理特征与现象

2.5.1视觉的相对性

2.5.2视觉的选择性

2.5.3视觉的整体性

2.5.4视觉的恒常性

2.5.5视觉的组织性

2.5.6错视现象

2.6由人类视觉特征得到的几点启示

3基于人类视觉特征的实时人像提取算法

本章摘要

3.1引言

3.2图象预处理

3.2.1数字图象处理

3.2.2利用人类视觉空间感知特征的信息压缩

3.2.3利用人类视觉亮度感知特征的信息压缩

3.2.4利用人类视觉时间感知特征的信息压缩

3.3基于思考机制的图象分析

3.3.1由蓝背景图象向二值图的转换

3.3.2基于形态学的非线性滤波

3.3.3基于迭代运算的噪声滤除算法

3.4利用形态学的边缘抽取与图象融合

3.4.1基于对比度感知特征的图象融合

3.4.2利用形态学的边缘抽取

3.5彩色人像图的增强

3.6对基于人类视觉特征的实时人像提取算法的评价

4 虚拟照相环境中实时人像提取的软件实现

本章摘要

4.1图像采集程序设计

4.1.1 Video For Windows简介

4.1.2利用AVICap采集图像简介

4.1.3采像程序的流程

4.2真彩色图转换为简略图的实现

4.3简略图到二值模板图的算法实现

4.3.1获得二值模板图的原理

4.3.2获得二值模板的实现

4.4二值图的滤波处理

4.4.1二值图逐点扫描去噪的实现

4.4.2形态学二值开闭运算的其实现

4.5彩色人像图加强算法的实现

5虚拟环境实时照相中的硬件实现

本章摘要

5.1通用图象处理系统硬件的发展

5.2实时照相系统的硬件结构

5.2.1实时花边照相系统的硬件结构

5.2.2由单片采集卡构成的实时照相系统

5.2.3由嵌入式系统构成的实时照相系统

5.2.4由数码相机成的实时照相系统

5.3单片机辅助操作单元

5.3.1单片机辅助操作单元的功能要求

5.3.2单片机辅助操作单元的实现

6全文工作总结及今后工作展望

6.1主要结论

6.2后续研究工作的展望

致 谢

参考文献

附：作者在攻读硕士学位期间所参加的科研工作与发表的论文