一種基于均值二次圖像和局部保持投影的圖像摘要方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖像處理領(lǐng)域，具體是一種基于均值二次圖像和局部保持投影 的圖像摘要方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在大數(shù)據(jù)時(shí)代，人們獲取到的數(shù)字圖像的數(shù)量日益增加。現(xiàn)在，圖像已成為最大的 一類大數(shù)據(jù)，如何高效的存取和管理海量數(shù)字圖像成為多媒體領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)關(guān)鍵問 題。與此同時(shí)，圖像編輯軟件的出現(xiàn)使各種數(shù)字處理變得越來(lái)越簡(jiǎn)便，人們很容易對(duì)圖像進(jìn) 行JPEG壓縮、亮度調(diào)整和格式轉(zhuǎn)換等處理并將處理結(jié)果保存為新圖像。于是，對(duì)于給定的 一幅圖像，在海量的圖像中可能存在與其視覺內(nèi)容相同但具體數(shù)據(jù)表示不同的圖像。因此， 從大規(guī)模圖像中快速檢索出視覺相似的圖像成為一個(gè)重要問題。這些實(shí)際應(yīng)用需求導(dǎo)致圖 像摘要技術(shù)的出現(xiàn)。
[0003] 圖像摘要是描述圖像的一個(gè)短小數(shù)字序列，既可滿足存取和管理圖像要求，又可 實(shí)現(xiàn)相似圖像檢索功能。目前，圖像摘要已被廣泛應(yīng)用于圖像索引、圖像檢索、圖像拷貝檢 測(cè)、圖像內(nèi)容認(rèn)證等方面。通常，圖像摘要方法需具有魯棒性，即視覺相似的兩幅圖像，不管 其具體數(shù)據(jù)表示是否相同，圖像摘要應(yīng)該相同或十分相似，該性質(zhì)確保圖像摘要可應(yīng)用于 圖像檢索。另一方面，圖像摘要方法還要具備唯一性，即不同的圖像其摘要值相同的概率很 低，這確保圖像摘要可應(yīng)用于圖像索引等方面。
[0004] 當(dāng)前，常見圖像摘要技術(shù)可分為如下幾類：（1)基于小波變換的圖像摘要方法； (2)基于離散余弦變換的圖像摘要方法；(3)基于離散傅立葉變換的圖像摘要方法；(4)基 于Radon變換的圖像摘要方法；（5)基于矩陣分解的圖像摘要方法；（6)基于學(xué)習(xí)策略的圖 像摘要方法。這些已有技術(shù)大多能抵抗一些常見數(shù)字處理，如JPEG壓縮和低通濾波等，但 在魯棒性和唯一性方面的分類性能卻存在許多不足和局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于均值二次圖像和局部保 持投影的圖像摘要方法，這種方法可正確識(shí)別出經(jīng)JPEG壓縮、對(duì)比度調(diào)整、亮度調(diào)整、格式 轉(zhuǎn)換等處理得到的圖像，能較好區(qū)分不同圖像，有效提高了圖像摘要的魯棒性、唯一性和安 全性。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于均值二次圖像和局部保持投影的圖像摘要方法，包括如下步驟：
[0008] 1)均值二次圖像構(gòu)造：先用雙線性插值法將輸入圖像轉(zhuǎn)換成MXM大小，對(duì)于彩色 圖像，將其轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr顏色空間并取亮度分量Y表示；再對(duì)圖像進(jìn)行非重疊分塊，圖像塊 大小為UXU，其中U取值較小且能整除M，記Q=M/U，得到QXQ個(gè)圖像塊；
[0009] 計(jì)算每個(gè)圖像塊的均值得到一幅大小為QXQ的均值圖像J;
[0010] 從J中隨機(jī)選取N個(gè)大小為PXP的圖像塊，對(duì)于每一個(gè)圖像塊，串聯(lián)其列元素得 到一個(gè)大小為P2X1的向量，排列N個(gè)圖像塊所對(duì)應(yīng)的向量，最終得到大小為P2XN的均值 二次圖像S;
[0011] 2)Gabor濾波：設(shè)均值二次圖像S的Gabor濾波記為G=Gabor(S，X，Y，f，0 )，
[0012] 其中X和Y分別表示濾波器的窗口大小，f代表濾波頻率，0代表濾波方向，G為 濾波輸出結(jié)果；
[0013] 3)局部保持投影處理：設(shè)G= [gl，g2,. . .，gN] (g$G的第i個(gè)列向量，1彡i彡N) 的局部保持投影記為V=LPP(G，d，W)，
[0014] 其中d代表降維維數(shù)，V為降維后的矩陣（大小為dXN)，W表示權(quán)重矩陣，其元素 Wi;j的計(jì)算公式如下：
[0015]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于均值二次圖像和局部保持投影的圖像摘要方法，其特征在于，包括如下步 驟： 1) 均值二次圖像構(gòu)造：先用雙線性插值法將輸入圖像轉(zhuǎn)換成MXM大小，對(duì)于彩色圖 像，將其轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr顏色空間并取亮度分量Y表示；再對(duì)圖像進(jìn)行非重疊分塊，圖像塊大 小為UXU，其中U取值較小且能整除M，記Q = M/U，得到QXQ個(gè)圖像塊； 計(jì)算每個(gè)圖像塊的均值得到一幅大小為QXQ的均值圖像J; 從J中隨機(jī)選取N個(gè)大小為PXP的圖像塊，對(duì)于每一個(gè)圖像塊，串聯(lián)其列元素得到一 個(gè)大小為P2X 1的向量，排列N個(gè)圖像塊所對(duì)應(yīng)的向量，最終得到大小為P2XN的均值二次 圖像S; 2. Gabor濾波：設(shè)均值二次圖像S的Gabor濾波記為G = Gabor (S, X，Y, f, 0 )， 其中X和Y分別表示濾波器的窗口大小，f?代表濾波頻率，0代表濾波方向，G為濾波 輸出結(jié)果； 3) 局部保持投影處理：設(shè)G=[gpg2,. . .，gN]化為G的第i個(gè)列向量，1彡i彡N)的 局部保持投影記為V=LPP(G，d，W)， 其中d代表降維維數(shù)，V為降維后的矩陣（大小為dXN)，W表示權(quán)重矩陣，其元素Wi;」 的計(jì)算公式如下：
其中1彡i彡N和1彡j彡N，t為一個(gè)設(shè)定參數(shù)； 4) 特征壓縮量化與加密：設(shè)V=[Vpv2,. . .，vN]，其中Vi為第i個(gè)向量（1彡i彡N); 提取Vi的方差Si; 計(jì)算所有方差的平均值y = (Si+S2+…+Sn)/N;如果sp y，記1= 1，否則記Bi =0 ;于是得到比特序列B = IX，B2，…，BN]，用Skew tent混純映射對(duì)比特序列B進(jìn)行加密 處理，生成最終的圖像摘要h，Skew tent混純映射的公式定義如下：
其中x e [0, 1]是混沌系統(tǒng)的初始狀態(tài)，p e (0, 1)是控制參數(shù)，x和p用作混沌系統(tǒng) 的密鑰； 先用Skewtent混純公式迭代生成N個(gè)數(shù)，即Xp x2,…，xN，計(jì)算yfmodCrouncKxiXZ10)，2) (1 <i<N)，其中round()為取整函數(shù)，mod(,)為求余函數(shù)； 接著執(zhí)行異或加密糾0=漢?J,_，其中?表示異或運(yùn)算，h(i)為圖像摘要h的第i個(gè)元素， 于是 h = [h ⑴，h (2)，…，h (N)]; 5) 相似性計(jì)算：設(shè)h(1)和h (2)為兩幅圖像的摘要，計(jì)算它們的海明距離
其中Mi)和匕⑴分別是h(1)和h (2)的第i個(gè) 元素，如果海明距離小于設(shè)定閾值T，認(rèn)為h(1)和h(2)所對(duì)應(yīng)的圖像相同，否則認(rèn)為是不同圖 像。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于均值二次圖像和局部保持投影的圖像摘要方法，其特征在于包括如下步驟：1）均值二次圖像構(gòu)造；2）Gabor濾波；3）局部保持投影處理；4）特征壓縮量化與加密；5）相似性計(jì)算。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)用兩次圖像分塊的策略來(lái)構(gòu)造均值二次圖像，有效壓縮了圖像數(shù)據(jù)并使均值二次圖像能抵抗一定的旋轉(zhuǎn)操作；運(yùn)用Gabor濾波器對(duì)均值二次圖像進(jìn)行濾波，有效提高了摘要方法的魯棒性能；利用局部保持投影對(duì)濾波結(jié)果進(jìn)行降維處理，將方差量化成比特，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)壓縮；用Skew tent混沌映射對(duì)方差的比特序列進(jìn)行異或加密，確保了圖像摘要的安全性；提取的圖像摘要具有較好的魯棒性、唯一性和安全性。
【IPC分類】G06T7-00, G06K9-62
【公開號(hào)】CN104778689
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510144400
【發(fā)明人】唐振軍, 阮林林, 張顯全, 俞春強(qiáng), 孫容海
【申請(qǐng)人】廣西師范大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月30日