【贝叶斯】A Bayesian Approach to Digital Matting

该论文提出了一种使用贝叶斯框架解决图像消光问题的新方法,通过估计每个像素的不透明度来分离前景和背景。算法利用空间变化高斯模型同时模拟前景和背景颜色,并通过最大似然概率估计最合适的不透明度、前景和背景。特别地,算法能有效处理复杂的边界对象如发丝和毛。优化目标包括最小化颜色估计误差和对前景、背景颜色分布的规范化。通过求解对F、B和α的偏导数,得到它们的最优值。这种方法为图像抠图提供了新的思路。

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标题:一个用于数字抠图的贝叶斯方法

1. 摘要

这篇论文推荐用一种新的贝叶斯框架来解决图片的消光问题,即通过估计每个前景元素的不透明度来将图片中的前景背景中分离。我们的解决方案通过空间变化高斯模型来同时模拟前景和背景的颜色贡献,并且假设是前景色和背景色的分数混合产生最终的图像。再用最大似然概率作为标准来同时估计最合适的不透明度,前景,和背景。我们的算法除了提供了消光问题的方法准则,还能有效的解决错综复杂的边界对象,比如发丝,毛。并且我们提供了对解决这一难题的现有技术的改进方案.

2. 优化目标

arg⁡maxF,B,αP(F,B,α∣C)=arg⁡maxF,B,αP(C∣F,B,α)P(F)P(B)P(α)/P(C)=arg⁡maxF,B,αL(C∣F,B,α)+L(F)+L(B)+L(α)(1)\begin{aligned} \arg\underset{F,B,\alpha}{max}P(F,B,\alpha | C) \\ &= \arg\underset{F,B,\alpha}{max}P(C| F,B,\alpha)P(F)P(B)P(\alpha)/P(C) \\ &=\arg\underset{F,B,\alpha}{max}L(C| F,B,\alpha)+L(F)+L(B)+L(\alpha) \end{aligned} \tag{1}argF,B,αmaxP(F,B,αC)=argF,B,αmaxP(CF,B,α)P(F)P(B)P(α)/P(C)=argF,B,αmaxL(CF,B,α)+L(F)+L(B)+L(α)(1)

CCC: the pixel’s composite colors

FFF: the pixel’s foreground colors

BBB: the pixel’s background colors

α\alphaα: the pixel’s opacity component used to linearly blend between foreground and background

C=αF+(1−α)B(2)C = \alpha F+ (1-\alpha) B \tag{2}C=αF+(1α)B(2)

2.1 L(C∣F,B,α)L(C| F,B,\alpha)L(CF,B,α)

H=L(C∣F,B,α)=−∥C−αF−(1−α)B∥2/σC2(3)H = L(C| F,B,\alpha) = -\|C - \alpha F - (1-\alpha)B\|^2/\sigma^2_C \tag{3}H=L(CF,B,α)=CαF(1α)B2/σC2(3)

表示对混合后颜色的估计误差符合均值C‾=αF+(1−α)B\overline{C}=\alpha F+(1-\alpha)BC=αF+(1α)B方差为σc\sigma_cσc

2.2 L(F)L(F)L(F)

L(F)=−(F−F‾)T∑F−1(F−F‾))2(4)L(F) = -\frac{(F - \overline{F})^T\sum^{-1}_F(F - \overline{F}))}{2} \tag{4}L(F)=2(FF)TF1(FF))(4)

2.3 L(B)L(B)L(B)

L(B)=−(B−B‾)T∑B−1(B−B‾))2(5)L(B) = -\frac{(B- \overline{B})^T\sum^{-1}_B(B - \overline{B}))}{2} \tag{5}L(B)=2(BB)TB1(BB))(5)

3. 求解

3.1 求解F,BF,BF,B

假设α\alphaα为常量, 分别求HHHF,BF,BF,B的偏导数,令偏导数等于0

3.2 求解α\alphaα

F,BF,BF,B视为常数

α=(C−B)⋅(F−B)∥F−B∥2(6)\alpha = \frac{(C-B)\cdot (F-B)}{\|F-B\|^2} \tag{6}α=FB2(CB)(FB)(6)

4. 总结

  • 本文处理的问题式前后景分离,也就是抠图(matting)。
  • 对于优化目标的公式是能够看懂的,但是对于(4),(5)式的推导就理解不到了。
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