HSV色彩空间中的肤色特征及其新的识别参量

1、HSV 色彩空间中的肤色特征及其新的识别参量 尚可可 1, 刘 迎 13, 路毅行 1, 郭 宇 1, 常效奇 2, 单筱莜 2(1. 天津大学物理学院物理系 , 光电信息技术科学教育部重点实验室 , 天津 300072; 2. , 辽 宁 鞍山 114005摘要 :研究了色调 (H 饱和度 (S 亮度 (V :当光照强度发生变 化或待测表面的曲度发生变化时 , (S +V /2, (S +V /2随之改 变 , 但与 H 的变化方向相反。 , (S /, 不仅对光照度和照射 角度有较好的鲁棒性 ,关键词 :肤色 ; S (V ; 色彩常恒性 ; 新的识别参量 ; 实验研究:A 文章编号 :1

2、00520086(2007 1121391203F H um an Skin in HSV C olor Sp ace and N ew R ecognition P aram eterSHEN G K e 2ke 1, LIU Y ing 13, LU Y i 2xing 1, G UO Yu 1, CHAN G X iao 2qi 2, SHAN X iao 2you 2 (1. C ollege of Science ,K ey Laboratory of Opto 2electronics Information T echnical Science ,EMC ,Tianjin Uni

3、versity , Tianjin 300072,China ; 2. Anshan Normal University ,Anshan 114005,China Abstract :InHSV color space H is selected as the basic recognition parameter because it has a narrow range for skin color and can keep stable when the illumination intensity or the curvature of skin surface has been ch

4、anged. The rules of HSV color space with the change of illumination intensity are studied in this paper. It is firstly found that (S +V /2can keep steady when the illumination intensity is changed or the skin surface is inflected ,and (S +V /2changes with the skin color , but the tendency is contrar

5、y to the change of H. Therefore , (S +V /H can be used as a new recognition parameter which can enhance HSV ability to recognize human skin.K ey w ords :skincolor ; hue (H saturation (S value (V color space ; color constancy ; new recognition parameters ; experimental study1 引 言 人类肤色的研究对健康诊断 1、 美容与化

6、装品效果的评 价 2,3和图像处理 3等具有重要的应用价值。 色调 (H 饱和度 (S 亮度 (V 色彩空间把颜色表示成 H 、 S 和 V 3个分量 , 它们 独立感知颜色变化 , 其中 H 对同一颜色属性物体具有比较稳 定和较窄的数值变化范围 , 常被选作为基本识别的参量。 人类 皮肤的 H 值在一个较窄的数值范围内变化 , 具有明显的皮肤 聚类性 , 因此很容易依据这个特征量将皮肤从图像中分离出 来。 H 分量在光照发生变化或被照射表面的曲度发生变化时 能保持相对稳定 , 这个特性能有效地减小人类个体差异、 光照 条件以及光照角度等因素造成的影响 , 因此被广泛应用于与皮 肤有关的图像分

7、割、 图像检索和人脸检测中 46。 在图像分割中 , 使用 HSV 空间其它分量的研究也有报道。 文献 6使用 H 、 S 分量来确定人脸范围 , 大大简化了计算量 ; 文献 7的研究表明 , 使用 H 、 S 两个分量可以区分皮肤的伤 口 , 从而较为容易地分割出伤口部分 ; 文献 8研究了利用 S/H 作为分割参量对皮肤红斑进行分割的方法。 本文研究了 HSV 色彩空间的各参量中随光照变化的规 律。 结果发现 , 当光照发生变化或被照射表面的曲度发生变化 时 , 不仅 H 能够保持相对稳定 , 而且 (S +V /2也能够保持相 对稳定 ; 当皮肤图像的 H 发生变化时 , (S +V /

8、2的数值也随 之变化 , 但与 H 的变化方向相反。 因此 , 在 HSV 空间中 , (S + V /2也可以用作表征肤色的特征量。2 实验装置 如图 1所示 , 实验装置由光源、 数码相机和计算机 3部分 组成 9。 光源是 150W 卤素灯 (SCHOTT 公司 ,ACEI 型 , 能提 供模拟 CIE D65的照明 , 色温为 3200K , 通过环形光纤均匀地 投射到被测量的皮肤表面。 为了减少光源温度的影响 , 光源箱 中加入了红外滤光片。 在镜头前 (光源前方 安装了长 270mm 的黑色遮光圆筒 , 避免了环境光的影响。 数码相机采用的是 SON Y F717。光 电 子 激

9、光第 18卷 第 11期 2007年 11月 J ournal of Optoelect ronics L aser Vol. 18No. 11 Nov. 2007 3收稿日期 :2006211203 3 E 2m ail :liuying tju. edu. cn图 1 实验装置Fig. 1 Di agram o f th e exp erim ental setup 拍摄前用标准白板对相机设定了白平衡 , 。 (黄种人 H 值集中在 0. 00. 2和 0. 81. 0两块区域内 (见图2 , 因此统计平均值就会落在中间非红色区域。 所用的 HSV色彩空间对 H 值进行了平移 , 将原 H

10、SV 彩空间中大于 0. 8的 部分平移到坐标轴左边 , 这样使表示皮肤红色的 H 值为 0. 00. 4, 统计平均值落在红色区域内 , 而不会落到其他频谱区域内 使统计无意义 9。3 3(a 20幅皮肤照片。, 1000Lux 增加到 2000Lux , 图 3(b 是根据这 20幅照片的 和 (S +V /2值所做的曲线。图 2 坐标平移 (a前和 (b 后的中国人 (黄种人 H 值的统计直方图Fig. 2 H istogram o f H for Chinese skin (ab efore and (b after th e coordinate is adjusted图 3 不同光

11、照度下皮肤的 H 、 S 、 V 和 (S +V /2的值Fig. 3 C u rves o f H,S ,V and (S +V /2for different illuminations 从图 3(b 可以看出 , S 随光照度增加而增加 ,V 随光照度 增加而减小 , 2条曲线在光照度为 6180Lux 处相交一点 ; (S +V /2在 S 和 V 相交前变化较大 , 但在交点之后随光照度增加 而保持相对平坦 ; 平坦区域的 H 值约为 0. 28, (S +V /2值约 为 0. 58。 选择大量不同个体作为研究对象 , 得到了与图 2类似的结 果。 虽然拍摄对象和部位不同 , 但是

12、相应的 (S +V /2随光照 度变化的曲线都很相似 , 除了交点随肤色不同出现在不同的光 照度处外 , 在平坦区的 (S +V /2值没有明显差别。 皮肤的这 种性质与 H 相同 , 只是较 H 的平坦区域要小些。 图 4是对曲率很大的肩部研究的结果。 图 4(a 是曲率很 大的肩部的图像。 可以看到 , 在同一均匀光照下 , 由于肩部的曲率很大 , 不同编号区域其光照射的角度是不同的。 图 4(b 反映了 H 、 S 、 V 和 (S +V /2的值随光照角度变化的情况 , (S +V /2值的稳定区域出现在 S 和 V 曲线 2个交点间。 (S +V /2的这种性质与 H 相同 , 也只

13、是较 H 的平坦区域要小些。4 (S +V /2变化规律的实验研究 为了研究当皮肤的 H 发生变化时 (S +V /2的变化 , 对因 病变引起的皮肤红肿区域和相应部位的健康皮肤进行多次取 样 , 对它们的 (S +V /2和 H 值进行了比较 , 如图 5所示。 可 以看出 , 病变皮肤的 H 值减小 , 而 (S +V /2值增大。 (S +V /2的这个特性是非常有用的 , 例如可以将 (S +V /H 作为一个2931 光 电 子激 光 4, (S +V /2for shou ld er w ith great cu rv atu re识别参量。 , , H 的变化仅为 8. 7%,

14、而 (S +V 0%。图 5 (S +V /2与 H 比较Fig. 5 C ontrast b etw een (S +V /2and H图 6 (S +V /H 与 H 比较Fig. 6 C ontrast b etw een (S +V /2and H5 结 论 实验研究发现 , 在 HSV 色彩空间中 , 人类皮肤 S 和 V 的 均值 (S +V /2与 H 一样 , 对光照度和照射角度呈现较好的鲁 棒性 ; 当肤色发生变化时 , (S +V /2也随之改变 , 但与 H 的变 化方向相反。 因此 , 可以将 (S +V /H 作为一个识别参量。 与H 相比 , 这个新的参量不仅对光照

15、度和照射角度呈现较好的 鲁棒性 , 而且增强了对人类皮肤的分辨能力。 在对人脸的分割 中 , 将 (S +V /H 作为识别参量更容易提取嘴唇等特殊部位 , 因此这一研究发现是非常有意义的。参考文献 :1 H U Zhi 2qiang ,LI Que 2yu ,ZH A NG Y ong 2lin. Absorptin spectra of pig 2 mented 2disease skin and measuration of pigment distributonJ.Jour 2 nal of Optoelectronics Laser (光电子 激光 ,2003, 14(3 :3152

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