圖像與信號處理期刊級別

本文將從多個方面介紹圖像與信號處理期刊級別的相關知識，包括圖像壓縮、人臉識別、關鍵點匹配等等。

一、圖像壓縮

圖像在傳輸和存儲中佔據了大量的空間，因此圖像壓縮成為了很重要的技術。常見的圖像壓縮算法包括JPEG、PNG等。

以下是使用Python實現基於JPEG算法的圖像壓縮代碼示例：

from PIL import Image
import numpy as np

# 讀取圖片並轉化為numpy數組格式
img = Image.open('example.jpg')
img = np.array(img)

# 將數組分成8*8的塊
blocks = []
for i in range(0, img.shape[0], 8):
    for j in range(0, img.shape[1], 8):
        block = img[i:i+8, j:j+8]
        blocks.append(block)

# 對每個塊進行離散餘弦變換並量化
quantization_matrix = np.array([[16,11,10,16,24,40,51,61],
                                [12,12,14,19,26,58,60,55],
                                [14,13,16,24,40,57,69,56],
                                [14,17,22,29,51,87,80,62],
                                [18,22,37,56,68,109,103,77],
                                [24,35,55,64,81,104,113,92],
                                [49,64,78,87,103,121,120,101],
                                [72,92,95,98,112,100,103,99]])
quantization_matrix = (quantization_matrix * 2 - 1)[:, :, np.newaxis, np.newaxis]
dct_blocks = np.zeros_like(blocks)
for i in range(len(blocks)):
    dct_blocks[i] = np.round(np.fft.dct(blocks[i] - 128) / quantization_matrix)

# 將量化後的數據存儲成二進制文件
array = np.array(dct_blocks, dtype='int16')
array.tofile('example.bin')

二、人臉識別

人臉識別是一種將輸入圖像與存儲的圖像進行匹配的技術。它可以應用於人臉門禁、人臉支付等領域。其中，人臉檢測和人臉特徵提取是人臉識別的主要部分。

以下是使用Python實現人臉識別的代碼示例：

import cv2
import numpy as np

# 加載人臉檢測器
detector = cv2.CascadeClassifier('haarcascade_frontalface_default.xml')

# 加載人臉特徵提取器
recognizer = cv2.face.LBPHFaceRecognizer_create()

# 訓練模型並保存
images = []
labels = []
for i in range(1, 11):
    img = cv2.imread(f"dataset/{i}.jpg")
    gray_img = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    faces = detector.detectMultiScale(gray_img, scaleFactor=1.1, minNeighbors=5, minSize=(30, 30))
    for (x, y, w, h) in faces:
        image = cv2.resize(gray_img[y:y+h, x:x+w], (100, 100))
        images.append(image)
        labels.append(i)
recognizer.train(images, np.array(labels))
recognizer.save('model.xml')

# 測試模型
test_img = cv2.imread('test.jpg')
gray_test_img = cv2.cvtColor(test_img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
faces = detector.detectMultiScale(gray_test_img, scaleFactor=1.1, minNeighbors=5, minSize=(30, 30))
for (x, y, w, h) in faces:
    image = cv2.resize(gray_test_img[y:y+h, x:x+w], (100, 100))
    label, confidence = recognizer.predict(image)
    print(f'label: {label}, confidence: {confidence}')

三、關鍵點匹配

關鍵點匹配是一種將兩幅圖像中的相同關鍵點進行匹配的技術。在計算機視覺領域中，關鍵點匹配常常用於圖像拼接、3D重建等領域。

以下是使用Python實現基於SIFT算法的關鍵點匹配代碼示例：

import cv2

# 加載圖像並提取特徵點
img1 = cv2.imread('img1.jpg')
img2 = cv2.imread('img2.jpg')
gray1 = cv2.cvtColor(img1, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
gray2 = cv2.cvtColor(img2, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
sift = cv2.xfeatures2d.SIFT_create()
keypoints1, descriptors1 = sift.detectAndCompute(gray1, None)
keypoints2, descriptors2 = sift.detectAndCompute(gray2, None)

# 匹配特徵點
bf = cv2.BFMatcher()
matches = bf.knnMatch(descriptors1, descriptors2, k=2)

# 篩選出好的匹配點
good = []
for m, n in matches:
    if m.distance < 0.75 * n.distance:
        good.append(m)

# 顯示匹配結果
result = cv2.drawMatches(img1, keypoints1, img2, keypoints2, good, None)
cv2.imshow('result', result)
cv2.waitKey(0)