肤色在各颜色空间的聚类分析

肤色在各颜色空间的聚类分析

摘要肤色是人体表面最显著的特征之一。对不同肤色在RGB、YCbCr颜色空间内和同一肤色在不同亮度环境下的聚类情况进行深入的分析研究,发现肤色在YCbCr空间内聚类效果更好,更适合做肤色分割。然后在此基础上对黑色肤色、黄色肤色及白色肤色在YCbCr空间内进行肤色分割,达到较好的分割效果。

关键词肤色;颜色空间;肤色分割;YCbCr空间

肤色是人体表面最显著的特征之一,由于它对姿势、旋转、表情等变化不敏感,因此将人体的肤色特征应用于人脸检测与识别、表情识别、手势识别具有很大的优势,所以肤色特征是人脸识别、表情识别、与手势识别中最为常用的分割方法。然而,若要利用肤色进行分割,我们首先应该对肤色以及肤色的聚类情况进行分析。

世界上的人种主要有三种,即尼格罗—澳大利亚人种(黑色皮肤),蒙古人种(黄色皮肤),欧罗巴人种(白色皮肤)。尽管人的肤色因人种的不同而不同,呈现出不同的颜色,但是有学者指出:排除亮度、周围环境等对肤色的影响后,皮肤的色调基本一致。本文对在不同环境下的不同肤色进行取样,然后分别在RGB、YCbCr颜色空间进行统计,从而对比分析肤色在各颜色空间聚类的情况。

1肤色在各颜色空间的聚类比较

1.1不同肤色在RGB和YCbCr颜色空间上的分布

图1—图2给出了黄色、黑色和白色肤色分别在RGB、YCbcr空间的分布情况。

由图1—图2可以得出,不同肤色在RGB、YCbCr空间的分布有如下特征:

1)不同肤色在不同颜色空间均分布在很小的范围内。

2)不同肤色在不同颜色空间内不是随机分布,而是在某固定区域呈聚类分布。

3)不同肤色在YCbCr空间内分布的聚类状态要好于在RGB空间内分布的聚类状态。

4)不同肤色在亮度上的差异远远高于在色度上的差异。

1.2肤色在不同亮度下的分布

图3—图4给出了不同亮度下的同一肤色分别在RGB、YCbCr空间的分布情况。图(a)至图(d)的肤色来源于同一人在不同亮度下的照片。

由图3—图4可以总结出不同亮度下的同一肤色在RGB、HSV、YCbCr空间的分布有如下特征:

1)在不同亮度下的同一肤色范围在RGB空间内的变化很大,也就是说在RGB 空间内,肤色范围与亮度变化有高相关性。

2)在不同亮度下的同一肤色范围在YCbCr空间内的变化很小,只是亮度值Y 随外环境的变化而变化。

1.3小结

从以上对不同亮度下的不同肤色在各颜色空间的分布情况的研究,我们可以得出以下结论:

1)不同肤色在不同颜色空间均分布在很小的范围内。

2)不同肤色在亮度上的差异远远高于在色度上的差异。

3)不同亮度下,在YCbCr空间内亮度范围的变化量很大,而色度范围的变化量很小。

4)在YCbCr空间比在RGB空间更适合做肤色分割。

2肤色分割实验与分析

通过上述分析,我们知道肤色在YCbCr空间的Cb-Cr子平面内,肤色具有良好的聚类效果。因此,我们选择在YCbCr空间内对不同肤色进行肤色分割,得到结果如图5所示。

由图5(d)(e)可以看出根据肤色的聚类特性我们能够较好的分割肤色区域,但由于图(c)中头发区域的颜色和肤色很相近,所以图(f)将图(c)中的头发区域同样当做肤色区域分割出来。因此如果要进行手势识别或人脸识别等研究,需要进行进一步的处理。

3总结

本文深入分析研究了不同肤色在各颜色空间下的聚类情况,以及同一肤色在不同亮度下的聚类情况,证明结论:尽管人的肤色因人种及环境的不同而不同,呈现出不同的颜色,但是排除亮度的影响后,皮肤的色调基本一致。并得出结论:肤色在YCbCr空间内聚类效果更好,更适合做肤色分割。在此基础上,本文对不同肤色在YCbCr空间内进行分割,得到良好效果。

参考文献

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