文/段紅娟

1 概要

美學(xué)一直以來被歸類到哲學(xué)和藝術(shù)門類。美的作品由人創(chuàng)作和加工，給人們帶來愉悅。人每天接收的信息九成以上通過視覺獲取，這就意味著人主要根據(jù)視覺上的判斷來做決策?，F(xiàn)在隨著數(shù)據(jù)的不斷激增，產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，面對(duì)海量數(shù)據(jù)，人類已經(jīng)無法實(shí)時(shí)處理工作，只能借助計(jì)算機(jī)輔助處理工作。對(duì)圖像進(jìn)行美學(xué)評(píng)估和決策時(shí)利用計(jì)算機(jī)輔助可以大大提高效率。例如，篩選和檢索圖像時(shí)，經(jīng)系統(tǒng)智能分析后，濾掉質(zhì)量差美感低的圖像，為用戶呈現(xiàn)美感度高的圖像；在拍照或者編輯圖像時(shí)，利用計(jì)算機(jī)輔助提高作品的美感。

隨著計(jì)算機(jī)視覺和模式識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，學(xué)者們在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域提出了可計(jì)算美學(xué)的概念，試圖追求最佳的計(jì)算和度量“美”的可計(jì)算方法，讓計(jì)算機(jī)能像人一樣理解和評(píng)判“美”的度，并在相關(guān)應(yīng)用中提供可參考性強(qiáng)的美學(xué)估計(jì)和評(píng)價(jià)。

有學(xué)者定義圖像美學(xué)為人們在觀察圖像時(shí)引發(fā)的美學(xué)興趣。可計(jì)算的圖像美學(xué)是計(jì)算美學(xué)在圖像理解方面的重要探索，其研究目的是使用計(jì)算機(jī)模擬人類的視覺和審美思維，對(duì)圖像進(jìn)行美學(xué)評(píng)價(jià)和估計(jì)，定量分析圖像的“美”度，并展開評(píng)價(jià)。比如，評(píng)價(jià)美學(xué)指數(shù)、判斷繪畫作品的美學(xué)風(fēng)格、理解用戶的美學(xué)感受，幫助用戶找到適合心理需求的目標(biāo)。其研究結(jié)果可以融合基于語義的圖像檢索、圖像美學(xué)質(zhì)量評(píng)估、攝影的美學(xué)預(yù)測與修正、藝術(shù)作品風(fēng)格分析、人機(jī)交互、廣告、設(shè)計(jì)美學(xué)和攝影攝像等領(lǐng)域。相關(guān)研究橫跨計(jì)算機(jī)科學(xué)、哲學(xué)、藝術(shù)和心理學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，屬于多學(xué)科交叉的研究，具有重要的理論價(jià)值和應(yīng)用前景。

2 可計(jì)算美學(xué)的發(fā)展進(jìn)程

由于審美具有很強(qiáng)的主觀性，其復(fù)雜性也強(qiáng)，從而可計(jì)算美學(xué)的研究存在巨大挑戰(zhàn)?？捎?jì)算美學(xué)的概念是在2005年歐洲圖形學(xué)會(huì)首屆圖形圖像視覺可計(jì)算美學(xué)會(huì)議上，Hoening正式提出，他在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域給可計(jì)算美學(xué)進(jìn)行定義，激勵(lì)可許多學(xué)者把目光投向可計(jì)算美學(xué)的研究，這一熱點(diǎn)引起了國際學(xué)術(shù)界的關(guān)注。近幾年國內(nèi)外關(guān)于圖像可計(jì)算美學(xué)的論文如雨后春筍般出現(xiàn)，越來越多的學(xué)者把目光投向了可計(jì)算美學(xué)的研究，大大推進(jìn)了可計(jì)算美學(xué)的發(fā)展進(jìn)程。

可計(jì)算美學(xué)不得不提及度量美學(xué)的研究，早在1933年，美國數(shù)學(xué)家Birkhoff就提出基于圖像復(fù)雜度和秩序的美學(xué)度量公式：

其中，M為度量（Measure），Ο為秩序（Οrder），C為復(fù)雜度（Complexity）。Birkhof認(rèn)為美學(xué)度量與對(duì)象的復(fù)雜度（邊緣個(gè)數(shù)等）和內(nèi)在秩序（對(duì)稱性、垂直、重復(fù)穩(wěn)定性等）有關(guān)，不過沒有給出詳細(xì)的計(jì)算方法和進(jìn)行驗(yàn)證。不過該公式作為可計(jì)算美學(xué)的雛形，其研究為后來的學(xué)者研究可計(jì)算美學(xué)提供了后續(xù)研究思路。

可計(jì)算美學(xué)的研究領(lǐng)域中，賓夕法尼亞大學(xué)的Wang領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，針對(duì)圖像美學(xué)分析與評(píng)價(jià)，率先實(shí)現(xiàn)了圖像視覺特征到圖像美學(xué)判定的關(guān)聯(lián)，他們基于攝影美學(xué)相關(guān)規(guī)則，提取了35個(gè)圖像特征，例如圖像的亮度、景深和色彩分布等參數(shù)，選擇性的提取了15個(gè)具有重要代表性的特征，用于區(qū)分高低美感圖像；接著利用圖像特征評(píng)估圖像美感度并給出分?jǐn)?shù)值。結(jié)果正確率盡管不是太高，但是意味著對(duì)圖像進(jìn)行可計(jì)算美學(xué)分析是可行的。

Wong等引入視覺注意機(jī)制到美學(xué)分類，提取出區(qū)域特征，獲得較好的圖像分類結(jié)果；Wu等實(shí)現(xiàn)了圖像美感標(biāo)簽的自動(dòng)標(biāo)記，也屬于圖像的美學(xué)分類；卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Li等從藝術(shù)的角度出發(fā)，提煉出了相應(yīng)的藝術(shù)美學(xué)特征，并借助藝術(shù)美學(xué)特征區(qū)分出繪畫作品的美學(xué)視覺質(zhì)量高與低。

基于美學(xué)規(guī)則的理論，可計(jì)算美學(xué)在圖像美化領(lǐng)域也有不少研究成果。Liu等利用三分法則、黃金比例、對(duì)角線法則、視覺平衡法則等美學(xué)構(gòu)圖規(guī)則，通過調(diào)整圖像的布局優(yōu)化圖像；Bhattacharya等利用圖像美學(xué)規(guī)則進(jìn)行圖像修改和重建，利用構(gòu)圖規(guī)則中的三分之一法則改變圖像中的主體目標(biāo)位置對(duì)圖像進(jìn)行空間重構(gòu)，提升圖像的視覺美感。

王偉凝提出基于構(gòu)圖規(guī)則的圖像美學(xué)優(yōu)化方案，提取主體，檢測區(qū)域分隔線，基于樣例對(duì)圖像進(jìn)行美化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)圖像在構(gòu)圖上的優(yōu)化。李巖在靜物水彩畫領(lǐng)域應(yīng)用可計(jì)算美學(xué)的技術(shù)，利用顯著性區(qū)域提取采用機(jī)器學(xué)習(xí)得方法建立圖像美感評(píng)估。趙葉峰等在色相環(huán)上劃分若干色相帶，并利用HSL歐氏距離及色彩分布模式，提取油畫作品的主題色，既能提取占比大的色彩也能提取占比少但是視覺效果顯著的顏色。吳濤利用主題色、Benford度量、分形維、數(shù)據(jù)場復(fù)雜度、Tamura紋理等量化特征，歸一化統(tǒng)計(jì)和分析，探索沙畫藝術(shù)的智能評(píng)價(jià)方法。

可見圖像可計(jì)算美學(xué)的研究在國內(nèi)外發(fā)展迅速，在美學(xué)分類和測評(píng)領(lǐng)域，目前大多數(shù)研究只是簡單地對(duì)圖像的美感進(jìn)行少量級(jí)別的分類，研究對(duì)象大多選取照片圖像，偶有對(duì)某一類繪畫作品進(jìn)行分析。

3 圖像可計(jì)算美學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展前景

圖像可計(jì)算美學(xué)的研究目的是借助計(jì)算機(jī)建立合適的模型對(duì)圖像進(jìn)行類人美學(xué)分析和判斷，由于美學(xué)評(píng)價(jià)人的主觀性強(qiáng)，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)和藝術(shù)等多門學(xué)科，實(shí)現(xiàn)多種不同學(xué)科的高度融合上具有相當(dāng)大的難度。圖像的可計(jì)算美學(xué)應(yīng)用廣泛，譬如圖像優(yōu)化處理、圖像分類與檢索、圖像評(píng)價(jià)，藝術(shù)設(shè)計(jì)等，是一個(gè)新興的具有挑戰(zhàn)性的實(shí)用性強(qiáng)的研究課題。

圖像評(píng)分和搜索引擎系統(tǒng)ACQUΙNE實(shí)時(shí)提供照片的美學(xué)評(píng)分。針對(duì)各種不同的類別的畫作，如油畫、沙畫、靜物水彩畫等，有針對(duì)性地展開美學(xué)分析和評(píng)價(jià)。此外，對(duì)攝影作品的美學(xué)評(píng)估和分類，以及在攝影圖像的專業(yè)構(gòu)圖的重構(gòu)上可計(jì)算美學(xué)都得到了很好的應(yīng)用。

在圖像檢索時(shí)引入美學(xué)計(jì)算分析結(jié)果，遴選出更符合用戶需求的圖像。圖像可計(jì)算美學(xué)研究成果也被用于圖像修復(fù)和優(yōu)化調(diào)整。像Subhabrata等人結(jié)合視覺平衡法則和三分法則等美學(xué)法則，智能分析圖片主體并調(diào)整位置重構(gòu)照片構(gòu)圖，借此提高因構(gòu)圖不好而視覺效果不佳的照片的視覺美觀度，實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)過重構(gòu)的圖像的美觀度明顯比原圖像更高。除此之外，圖像可計(jì)算美學(xué)分析在設(shè)計(jì)領(lǐng)域也有應(yīng)用，利用排版的三要素對(duì)進(jìn)行美學(xué)評(píng)價(jià)，將評(píng)價(jià)結(jié)果用于網(wǎng)頁的排版和配色方面的指導(dǎo)；Phan設(shè)計(jì)出根據(jù)商品本身色彩自動(dòng)調(diào)整背景色的系統(tǒng)，提高廣告對(duì)消費(fèi)者的吸引力。

4 小結(jié)

人們對(duì)圖像的審美標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，找到一種通用的準(zhǔn)確度高的美學(xué)評(píng)價(jià)算法的復(fù)雜度非常高。對(duì)圖像進(jìn)行可計(jì)算的美學(xué)定量分析處于探索階段，圖像可計(jì)算美學(xué)研究的關(guān)注點(diǎn)主要是，如何更接近人類感覺和思維對(duì)圖像進(jìn)行分析，怎樣把提取的視覺特征和美學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行合理結(jié)合。