旋轉角可變的人體檢測算法
行業與領域應用
作者：董誌聰 黎福海 劉少雄
摘要：常用的人體檢測算法多應用於無旋轉角的情況，而在旋轉角可變的情況下檢測性能有限，為此提出了一種適用於有旋轉角的人體檢測算法。首先，通過徑向梯度轉換（RGT）獲得具有旋轉不變性的梯度；其次，使用類似於梯度方向直方圖（HOG）特征中相互重疊塊的組合方式，獲取多個帶有旋轉角信息的特征描述子，按旋轉角大小將它們一維線性連接成具有旋轉不變性的特征描述子組；最後，利用基於支持向量機（SVM）的二級級聯分類器實現了帶旋轉角的人體檢測。基於INRIA行人數據庫的144個不同旋轉角的人體測試集檢測率都不低於86%，144個不同旋轉角的非人體樣本誤檢率均低於10%。實驗證明了該算法可用於在任意旋轉角圖像上進行人體檢測。
關鍵詞：旋轉不變；梯度方向直方圖；徑向梯度變換；級聯分類器；支持向量機；人體檢測
中圖分類號： TP391.41 文獻標誌碼：A
英文摘要
Abstract：Prevalent human detection methods are usually applied in cases without rotation angle， and their detection rates are poor when rotation angle varies. In order to solve the issue， an algorithm which could identify human with variable rotation angle was proposed. Firstly， Radial Gradient Transform （RGT） method was adopted to obtain the rotationinvariance gradient. Then， adopting the method similar to the way that blocks were overlapped in the Histogram of Oriented Gradient（HOG） feature， a plurality of descriptors with rotation angle information were obtained and connected linearly into a descriptor group with rotation invariance feature， according to the descriptors rotation angle. Finally， the human detection algorithm was conducted with the support of a twolevel cascaded classifier based on Support Vector Machine （SVM）. The recognition rate of the proposed algorithm achieves more than 86% for a human test set with 144 different rotation angles based on the INRIA pedestrian database. In the meantime， the false detection rate is less than 10% for a _disibledevent=11.25°（k-1），k∈[1，16]上檢測率較低，隻高於87%。第一級分類器是多類分類器，其非人體誤檢率較高。
圖7可看出，第二級分類器在人體旋轉角為0°人體測試集上達到94%，（-11.25°， 11.25°）內檢測率在90%以上，而在其他角度檢測率接近為0，在全角度的非人體測試集誤檢率低於7%，即第二級分類器檢測出人體旋轉角為0°的人體。
圖8將第一級分類器與分類結果進行了對比，分類結果與第一級分類器的曲線相似。加入了第二級分類器雖然降低了平均2%的人體檢測率，但卻有效降低平均8%的非人體誤檢率。
本文對提出的檢測算法中特征提取和分類所消耗的時間如表1所示，其中分類時間是特征提取時間的5到6倍。由於第一類分類器在進行人體和角度判斷時，使用了線性核SVM進行了M次預測，加上第二級分類器的精確判斷，本算法共使用了M+1次線性核SVM進行預測，因此大幅度地增加了分類時間。
3.3 與HOG檢測算法的比較
HOG是目前行人檢測中使用最廣泛的算法，而本文的測試樣本使用的是INRIA行人數據庫，因此將HOG檢測算法與本文提出的RGTHOG檢測算法進行比較。
考慮到HOG檢測算法使用64×128的檢測窗，當旋轉角的絕對值大於45°時，人體在檢測窗中的尺寸將變小或不完整，這將影響HOG的檢測性能。因此本文將正測試集和負測試集的角度限製在[-45°，45°]，以2.5°的步長旋轉，共得到37個不同人體旋轉角的測試集和37個不同旋轉視角的非人體測試集。