LBP 的算法介紹

Local binary pattern (LBP)，在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域，是非常重要的一種特征。LBP可以有效地處理光照變化，在紋理分析，紋理識(shí)別方面被廣泛應(yīng)用。

LBP 的算法非常簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是對(duì)圖像中的某一像素點(diǎn)的灰度值與其鄰域的像素點(diǎn)的灰度值做比較，如下圖所示：

如果鄰域像素值比該點(diǎn)大，則賦為1，反之，則賦為0，這樣從左上角開始，可以形成一個(gè)bit chain，然后將該 bit chain 轉(zhuǎn)換為一個(gè)十進(jìn)制的數(shù)，用表達(dá)式可以表達(dá)如下：

其中，s 表示一個(gè)閾值函數(shù)，滿足如下關(guān)系：

通過(guò)這種轉(zhuǎn)換，可以將一個(gè)像素點(diǎn)與鄰域的差值關(guān)系用一個(gè)數(shù)表示，因?yàn)長(zhǎng)BP 記錄的是像素點(diǎn)與鄰域像素的差值關(guān)系，所以光照變化引起像素值的同增同減不會(huì)改變LBP的大小，特別是在局部的區(qū)域，我們可以認(rèn)為光照對(duì)圖像造成的像素值變化是單向的，所以LBP可以很好的保存圖像中像素值的差值關(guān)系?？梢赃M(jìn)一步將LBP 做直方圖統(tǒng)計(jì)，這個(gè)直方圖可以用來(lái)作為紋理分析的特征算子。

我們可以看到，R 表示鄰域的半徑，P 表示鄰域像素的個(gè)數(shù)，或者bit chain 的長(zhǎng)度，如果鄰域的半徑為1，則鄰域的像素個(gè)數(shù)為8， bit chain 的長(zhǎng)度為8，如果鄰域半徑為2，則鄰域的像素個(gè)數(shù)為16，bit chain 的長(zhǎng)度為16，鄰域半徑為3, 鄰域的像素個(gè)數(shù)為24，bit chain 長(zhǎng)度為24，如下圖所示：

我們考慮最簡(jiǎn)單的R=1,P=8 的情況，LBP 映射成一個(gè)0-255之間的某一數(shù)值，如果用直方圖表示，需要一個(gè)256維的數(shù)組在存儲(chǔ)這個(gè)直方圖。為了縮小存儲(chǔ)空間，有人提出了 uniform pattern 的編碼方式，根據(jù)一個(gè) bit chain 中 0，1之間的轉(zhuǎn)換次數(shù)定義了uniform pattern。如果一個(gè) bit chain 中，0,1 之間的轉(zhuǎn)換次數(shù)不超過(guò)兩次，那么這個(gè)bit chain 就是 uniform pattern， 比如，00000000 轉(zhuǎn)換次數(shù)為0， 00001111 轉(zhuǎn)換次數(shù)為1, 00011100 轉(zhuǎn)換次數(shù)為2， 01101100 轉(zhuǎn)換次數(shù)為4, 01101010 轉(zhuǎn)換次數(shù)為6，那些轉(zhuǎn)換次數(shù)不超過(guò)兩次的pattern 都屬于uniform pattern，可以證明，絕大多數(shù)的binary pattern 都是uniform pattern，通過(guò)這種定義，對(duì)于 8 bit 的 LBP， 可以從256 維降到 59維，減少了90%。