Human skin segmentation using correlation rules on dynamic color clustering

• Main Author: Faria, Rodrigo Augusto Dias
• Other Authors: Hirata Junior, Roberto
• Format: Others
• Language: en
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2018
• Subjects: Agrupamento dinâmico de cores; Correlation rules; Detecção de pele; Dynamic color clustering; Human skin segmentation; Modelo de cores YCbCr; Regras de correlação; Segmentação de pele humana; Skin detection; YCbCr color model
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-01102018-101814/

Human skin is made of a stack of different layers, each of which reflects a portion of impinging light, after absorbing a certain amount of it by the pigments which lie in the layer. The main pigments responsible for skin color origins are melanin and hemoglobin. Skin segmentation plays an important role in a wide range of image processing and computer vision applications. In short, there are three major approaches for skin segmentation: rule-based, machine learning and hybrid. They differ in terms of accuracy and computational efficiency. Generally, machine learning and hybrid approaches outperform the rule-based methods but require a large and representative training dataset and, sometimes, costly classification time as well, which can be a deal breaker for real-time applications. In this work, we propose an improvement, in three distinct versions, of a novel method for rule-based skin segmentation that works in the YCbCr color space. Our motivation is based on the hypotheses that: (1) the original rule can be complemented and, (2) human skin pixels do not appear isolated, i.e. neighborhood operations are taken into consideration. The method is a combination of some correlation rules based on these hypotheses. Such rules evaluate the combinations of chrominance Cb, Cr values to identify the skin pixels depending on the shape and size of dynamically generated skin color clusters. The method is very efficient in terms of computational effort as well as robust in very complex images. === A pele humana é constituída de uma série de camadas distintas, cada uma das quais reflete uma porção de luz incidente, depois de absorver uma certa quantidade dela pelos pigmentos que se encontram na camada. Os principais pigmentos responsáveis pela origem da cor da pele são a melanina e a hemoglobina. A segmentação de pele desempenha um papel importante em uma ampla gama de aplicações em processamento de imagens e visão computacional. Em suma, existem três abordagens principais para segmentação de pele: baseadas em regras, aprendizado de máquina e híbridos. Elas diferem em termos de precisão e eficiência computacional. Geralmente, as abordagens com aprendizado de máquina e as híbridas superam os métodos baseados em regras, mas exigem um conjunto de dados de treinamento grande e representativo e, por vezes, também um tempo de classificação custoso, que pode ser um fator decisivo para aplicações em tempo real. Neste trabalho, propomos uma melhoria, em três versões distintas, de um novo método de segmentação de pele baseado em regras que funciona no espaço de cores YCbCr. Nossa motivação baseia-se nas hipóteses de que: (1) a regra original pode ser complementada e, (2) pixels de pele humana não aparecem isolados, ou seja, as operações de vizinhança são levadas em consideração. O método é uma combinação de algumas regras de correlação baseadas nessas hipóteses. Essas regras avaliam as combinações de valores de crominância Cb, Cr para identificar os pixels de pele, dependendo da forma e tamanho dos agrupamentos de cores de pele gerados dinamicamente. O método é muito eficiente em termos de esforço computacional, bem como robusto em imagens muito complexas.