m基于GRNN广义回归神经网络和HOG特征提取的人体姿态检测识别matlab仿真,样本集为TOF深度图

时间:2022-10-22 01:00:13

1.算法描述 GRNN建立在非参数核回归基础上,以样本数据为后验条件,通过执行诸如Parzen非参数估计,从观测样本里求得自变量和因变量之间的联结概率密度函数之后,直接计算出因变量对自变量的回归值。GRNN不需要设定模型的形式,但是其隐回归单元的核函数中有光滑因子,它们的取对网络有很大影响,需优化取值。GRNNb论具有良好的函数逼近性能,而且因为其网络训练更为方便,因此,GRNN在信号过程、结构分析、控制决策系统、金融领域、生物工程领域等各个科学和工程领域得到了广泛的应用。

    广义回归神经网络的理论基础是非线性核回归分析,非独立变量y相对于独立变量x的回归分析实际上是计算具有最大概率值的y。设随机变量x和y的联合概率密度函数为f (x ,y),已知x的观测值为X,则y相对于X的回归,即条件均值为:

m基于GRNN广义回归神经网络和HOG特征提取的人体姿态检测识别matlab仿真,样本集为TOF深度图 对于未知的概率密度函数f (x, y),可由x和y的观测样本经非参数估计得:

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   GRNN通常被用来进行函数逼近。它具有一个径向基隐含层和一个特殊的线性层。第一层和第二层的神经元数目都与输入的样本向量对的数目相等。GRNN结构如图所示,整个网络包括四层神经元:输入层、模式层、求和层与输出层。 

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    输入层的神经元数目与学习样本中输入向量的维数m相等,每个神经元都是一个简单的分布单元,这些神经元直接将输入变量传递到隐含层中。  

   方向梯度直方图,也称为HOG,是一种特征描述符,类似于Canny边缘检测器。它用于计算机视觉和图像处理中的目标检测。

   该技术统计图像局部区域中梯度方向的出现次数。该方法类似于边缘方向直方图和尺度不变特征变换(SIFT)。

   HOG描述符关注对象的结构或形状。它比任何边缘描述符都好,因为它使用梯度的大小和角度来计算特征。对于图像区域,它使用梯度的大小和方向生成直方图。

2.仿真效果预览 matlab2022a仿真结果如下:

   这里,通过TOF深度图拍摄相机获得人体不同动作姿态的深度图,其分辨率为1024*768,然后通过MATLAB软件设计本文所提出的动作姿态识别算法,通过该算法对TOF深度图进行识别,最后获得识别率。

1). TOF深度图的采集;

    通过实验室的TOF深度图拍摄相机对不同人体动作姿态进行拍摄,获得一组动作姿态的连续图像序列。

2). TOF深度图的预处理;

    对TOF深度图进行预处理,预处理主要通过MATLAB编程实现图像的预处理算法,主要包括图像灰度化,图像滤波去噪以及目标的提取等操作。

3). 特征数据获取;

    对步骤2中获得的目标图像进行特征提取,将测试图像的特征数据随机分为两组,将一种一部分作为训练数据,另外一部分作为测试数据。

4). 数据训练;

    通过训练算法对特征数据进行训练,获得识别模型。

5). 对未知数据的测试和识别;

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    %第一步由于采集到的深度图有的地方的深度值为零,首先用最邻近差值算法将为零的深度值用其周围的点代替
    I2 = func_nearest_Interpolation(I1);
    subplot(222);
    imshow(uint8(I2));
    title('最邻近差值图像');
 
    %第二步:用中值滤波算法对上一步骤获得的图像进行处理,去噪声;
    L = 5;
    I3 = uint8(medfilt2(I2,[L,L]));
    subplot(223);
    imshow(I3);
    title('中值滤波');
 
    %第三步:获得二值图
    I4(1:floor(5*R1/7),:)    = im2bw(I3(1:floor(5*R1/7),:)   , 0.9*graythresh(I3(1:floor(5*R1/7),:)));
    I4(1+floor(5*R1/7):R1,:) = im2bw(I3(1+floor(5*R1/7):R1,:),1.25*graythresh(I3(1+floor(5*R1/7):R1,:)));
    subplot(224);
    imshow(I4);
    title('二值图'); 
 
    %第四步:边缘图
    I5 = edge(I4,'canny');
 
 
    %第5步:提取上半身
    [Is,indy] = func_bodycatch(I4);
    Is2       = bwareaopen(Is,4000);
    figure(2);
    subplot(121);
    imshow(Is);
    title('提取上半身'); 
    
 
    [RX,CX]= size(Is2);
    IIIs = zeros(RX,CX);
    for iii = 1:RX
        for jjj = 1:CX
            if Is2(iii,jjj) == 1
               IIIs(iii,jjj) =  I3(iii,jjj);
            end
        end
    end
    subplot(122);
    imshow(uint8(IIIs));
    title('提取上半身'); 
    
    
    %人体的提取
    ff          = uint8(255*Is2);
    [rows,cols] = size(ff);
    [Ls,n]      = bwlabel(ff);
    X1          = [];
    X2          = [];
    Y1          = [];
    Y2          = [];
    flag        = 0;
 
    L1          = zeros(R,C,3);
    S           = [];
    for i=1:n
        [r,c]     = find(Ls==i);
        a1(i)     = max(r);
        a2(i)     = min(r);
        b1(i)     = max(c);
        b2(i)     = min(c);
        w(i)      = b1(i)-b2(i);
        h(i)      = a1(i)-a2(i);
        S(i)      = w(i)*h(i);
        X1        = [X1,a2(i)];
        X2        = [X2,a1(i)];
        Y1        = [Y1,b2(i)];
        Y2        = [Y2,b1(i)];
 
        L1(a2(i):a2(i)+2,b2(i):b1(i),1) = 0;
        L1(a2(i):a2(i)+2,b2(i):b1(i),2) = 0;
        L1(a2(i):a2(i)+2,b2(i):b1(i),3) = 255;
 
        L1(1.2*a1(i)-2:1.2*a1(i),b2(i):b1(i),1) = 0;
        L1(1.2*a1(i)-2:1.2*a1(i),b2(i):b1(i),2) = 0;
        L1(1.2*a1(i)-2:1.2*a1(i),b2(i):b1(i),3) = 255;   
 
        L1(a2(i):1.2*a1(i),b1(i)-2:b1(i),1) = 0;
        L1(a2(i):1.2*a1(i),b1(i)-2:b1(i),2) = 0;
        L1(a2(i):1.2*a1(i),b1(i)-2:b1(i),3) = 255;
 
        L1(a2(i):1.2*a1(i),b2(i):b2(i)+2,1) = 0;
        L1(a2(i):1.2*a1(i),b2(i):b2(i)+2,2) = 0;
        L1(a2(i):1.2*a1(i),b2(i):b2(i)+2,3) = 255;   
    end
    
    if  length(S) > 1
        LL = L1;
        [V,I] = sort(S);
        inds  = I(end-1:end);
 
        [RR,CC] = size(Is2);
        IF      = zeros(RR,CC);
        for i = 1:RR
            for j = 1:CC
                if Is2(i,j) == 1
                   IF(i,j) = I1(i,j); 
                else
                   IF(i,j) = 0; 
                end
            end
        end
 
        if X1(inds(1)) < X1(inds(2))
           IF1 = IF(X1(inds(1)):min(X2(inds(1)),RR),Y1(inds(1)):Y2(inds(1)));
           XC1 = Y2(inds(1));
           YC1 = X1(inds(1));
           IF2 = IF(X1(inds(2)):min(X2(inds(2)),RR),Y1(inds(2)):Y2(inds(2)));
           XC2 = Y2(inds(2));
           YC2 = X1(inds(2)); 
        else
           IF2 = IF(X1(inds(1)):min(X2(inds(1)),RR),Y1(inds(1)):Y2(inds(1)));
           XC2 = Y2(inds(1));
           YC2 = X1(inds(1));
           IF1 = IF(X1(inds(2)):min(X2(inds(2)),RR),Y1(inds(2)):Y2(inds(2))); 
           XC1 = Y2(inds(2));
           YC1 = X1(inds(2)); 
        end
    end
    if  length(S) == 1
        [IF1,IF2,CUT,IFS,L1] = func_body_fenge(Is2,X1,X2,Y1,Y2);
        LL = L1;
        XC1 = Y2-30;
        YC1 = X1;
        XC2 = CUT-30;
        YC2 = X1; 
    end