基于XY-H 色彩空间的肤色检测方法

余华云 (长江大学计算机科学学院,湖北荆州434023)

黄文豪 (长江大学信息与数学学院,湖北荆州434023)

目前黄色信息 (成人图片、色情电影等)在网上和手机彩信上泛滥,已经成为一个严重的社会问题。如何有效地识别并过滤有害黄色信息、保护网民特别是青少年网民免受不良信息的影响是迫切需要解决的问题。几乎所有的色情图片的共同特征是有大量裸露的肤色,所以精确地进行肤色检测是色情图片检测和过滤的关键。在肤色检测的过程中,色彩空间的选择是至关重要的一步。目前,在肤色检测中采用单一色彩空间或几种色彩空间综合应用的方法取得了一定成果,但采用单一色彩空间的方法对肤色检测误差较大,而采用几种色彩空间综合应用方法在肤色检测时存在速度慢的问题[1]。为此,笔者提出了基于XY-H色彩空间的肤色检测方法。

1 色彩空间中肤色检测情况分析

筛选了1.2×106个肤色样品点和1.2×106个非肤色样品点作为测试样本,在RGB、XYZ、YIQ、YUV、YCbCr、Y ES、HSV、H IS和HSL 9种色彩空间[2]对肤色性能进行检测。在上述9种色彩空间中,RGB最为常用,XYZ、YIQ、YUV、YCbCr、Y ES可以通过对RGB进行线性变换得到,HSV、HIS、HSL可以通过对RGB进行非线性变换得到[3]。

1)三维色彩空间中的肤色检测性能 通过归一化处理[4],绘制了肤色在各三维色彩空间的分布情况,如图1所示。

从图1可以看出:①肤色在XYZ色彩空间中的分布区域最小,可以利用XYZ在三维色彩空间上进行肤色检测,但由于肤色在XYZ色彩空间中分布区域不规则,故在肤色检测时不宜采用阈值分割方法进行肤色检测。②肤色在HSI、HSL、HSV色彩空间中的分布区域非常大,因而不宜利用 HSI、HSL、HSV在三维色彩空间上进行肤色检测。

2)二维色彩空间中的肤色检测性能 同一块肤色在不同光照下对应不同的RGB值,但其表示的肤色是一样的,为此绘制肤色在去除亮度的二维色彩空间中的分布区域图,如图2所示。

对图2进行分析可知:①在XYZ色彩空间中,当0.32≤x≤0.57和0.30≤y≤0.42时,小区域内含有97.66%的肤色样品点,所以其适于在二维色彩空间进行阈值肤色检测。②HSI、HSL、HSV二维色彩空间在色调H 分量上优势明显,即在0°≤H≤40°和340°≤H≤360°的区域内包含了90.19%的肤色样品,所以 HSI、HSL、HSV色彩空间适于在一维色调H分量上进行阈值肤色检测。

图1 肤色在三维色彩空间中的分布情况

图2 肤色在二维色彩空间中的分布情况

2 XY-H色彩空间及其性能检测

2.1 XY-H色彩空间的构造

为构造XY-H色彩空间,首先通过下式计算出x、y各点的值,并连接各点绘制出XY色度图[2]。

然后,取XY色度图中在0.32≤x≤0.57和0.30≤y≤0.42小区域作为构造XY-H空间的x、y分量 (因为在该区域内肤色样品点非常集中,而且分布比较规则),再取三维色彩空间 HSV、HSI和HSL中在0°≤H≤40°和340°≤H≤360°区域内的色调 H分量作为XY-H 色彩空间的H 分量,以此构造XY-H色彩空间,在新构建的XY-H色彩空间中进行肤色阈值分割检测。

2.2 XY-H色彩空间的阈值检测

阈值法是经典高效的图像分割检测方法,其基本原理是通过设定不同的特征阈值,把图像像素点分为若干类[5]。在肤色检测时若色彩空间中肤色分布不规则,则不容易选取合适阈值 (阈值区域较大时会包含非肤色点;阈值区域较小时会排除肤色点),因而在一般色彩空间中很难用阈值法进行肤色检测。在新构造的XY-H色彩空间中,其肤色分布区域小且规则,故容易选取合适阈值,这说明在XY-H色彩空间中适于用阈值方法进行肤色检测。

图3所示是人体图片在一维、二维和构造的XY-H色彩空间中的进行阈值分割结果。图3(a)为从网上抓取的原始人物图片。图 3(b)是在以 HSI、HSL、HSV中的HSV为代表的色彩空间下,取H分量的置信阈值区域0°≤H ≤40°和 340°≤H ≤360°进行一维阈值分割的结果。从图3(b)可以看出,虽然能进行阈值检测,但其缺点是头发、眼睛和嘴巴等被误判。图3(c)是在XY Z色彩空间下,取x,y的置信区域0.32≤x≤0.57和0.30≤y≤0.42进行二维阈值分割的结果。从图3(c)可以看出,背景颜色全部被误判成肤色。在新构造的XY-H色彩空间中进行肤色阈值分割,不仅能快速地检测出人体肤色,而且其肤色检测效果比前两者有明显改善 (见图3(d))。

图3 人物图片在一维、二维和构造的XY-H色彩空间中的分割结果图

3 结 语

利用1.2×106个肤色样品点和1.2×106个非肤色样品点作为测试样本,在RGB、XYZ、YIQ、YUV、YCbCr、Y ES、HSV、H IS和HSL 9种色彩空间[3]对肤色性能进行检测。分析发现,XYZ色彩空间适于做肤色二维阈值分割,色调H分量适于做肤色一维阈值分割。在此基础上,构造了XY-H色彩空间。试验表明,在XY-H色彩空间进行皮肤检测,其检测速度和准确性都得到了明显的提高,这为快速准确地过滤日益泛滥的网络和手机色情图片提供了一种有效的肤色检测方法。

[1]徐战武,朱淼良.基于颜色的肤色检测综述 [J].中国图像图形学报,2007,12(3):377-386.

[2]Gomez G.On selecting colour components for skin detection[A].Proceedings of International Conference on Pattern Recognition[C].Canada:Quebec,2002:961-964.

[3]姚鸿勋,刘明宝.基于彩色图像的色系坐标变换的面部定位与跟踪法[J].计算机学报,2000,23(2):158-165.

[4]杨俊,赵忠明.基于归一化RGB色彩模型的阴影处理方法[J].光电工程,2007,34(12):92-96.