群體人臉檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)_本科畢業(yè)論文(已修改)
2025-07-25 20:29 本頁(yè)面
【正文】 山 西 大 學(xué) 論 文 論文題目 群體人臉檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 院系、專業(yè) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 1 群體人臉檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 內(nèi)容提要 人臉檢測(cè)的對(duì)象主要來源是攝像頭獲取的圖像或者本地圖像，檢測(cè)前對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理 ，其主要操作包括對(duì)圖像進(jìn)行光線補(bǔ)償，二值化，開閉運(yùn)算等。經(jīng)過預(yù)處理后圖像所包含的主要信息是類人臉區(qū)域 .本文 通過對(duì)人臉的數(shù)學(xué)形態(tài)特征的研究來確定人臉判定的算法，其中主要有填充率，幾何比例，區(qū)域面積和面積比率四個(gè)方面。最終本系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果顯示人臉檢測(cè)率能達(dá)到 85%左右。 關(guān)鍵詞 人臉檢測(cè)；光線補(bǔ)償；二值化；開閉運(yùn)算；聯(lián)通區(qū)域 1. 引言 研究目的和內(nèi)容 膚色是 人類所特有的顏色特征，利用膚色來對(duì)圖像進(jìn)行分析具有其他方法無法比擬的潛在優(yōu)勢(shì)。本文研究的目的是利用人類的膚色特征，在具有復(fù)雜背景下的情況下，對(duì)膚色進(jìn)行分割，分離出膚色區(qū)域，運(yùn)用數(shù)學(xué)的形態(tài)學(xué)處理，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，在預(yù)處理后的圖像中通過對(duì)膚色區(qū)域的特征匹配，最終確定并標(biāo)注人臉區(qū)域。 圍繞基于膚色的人臉檢測(cè)，本文主要包括以下內(nèi)容： （ 1）對(duì)圖像的存儲(chǔ)原理和像素排列進(jìn)行了較為全面的研究，分析了圖像像素獲取的三種方法，通過對(duì)比各種方法的優(yōu)劣，選擇最適合本系統(tǒng)的像素獲取方法。 （ 2）創(chuàng)建膚色模型進(jìn)行膚色分割。顏色空間 有很多種，包括 RGB顏色空間， YCbCr顏色空間， HSV顏色空間， HIS顏色空間等，對(duì)比它們對(duì)膚色的敏感度和運(yùn)算效率，本文最終選用RGB和 YCbCr顏色空間。通過比較膚色在這兩種顏色空間上的分布，采用雙閾值的方法進(jìn)行膚色分割。 （ 3）使用數(shù)學(xué)方法對(duì)圖片進(jìn)行預(yù)處理。對(duì)圖片的預(yù)處理包括腐蝕、膨脹、開運(yùn)算和閉運(yùn)算。其中，腐蝕運(yùn)算可以有效的消除二值圖像中的細(xì)小噪聲并且分離細(xì)小的聯(lián)通區(qū)域，極大的減少了后期對(duì)非人臉區(qū)域的處理，顯著的提高運(yùn)算速度；膨脹運(yùn)算是和腐蝕運(yùn)算相對(duì)而言的，它可以消除膚色區(qū)域中的噪聲，聯(lián)通因外界因素 所造成的同一人臉分離的區(qū)域。而開運(yùn)算就是指先做腐蝕操作，再做膨脹操作；閉運(yùn)算則是先做膨脹操作，再做腐蝕操作。 （ 4）消除非人臉區(qū)域。由于人臉具有鮮明的幾何特征，可以通過以下幾個(gè)方面消除非人臉區(qū)域：長(zhǎng)寬比，面積，填充率，面積比值等。通過這些操作就可以基本確定人臉區(qū)域的范圍了。 （ 5）標(biāo)記人臉。經(jīng)過上述的操作，剩下的基本可以確定是人臉，但是又不能完全排除非人臉區(qū)域的存在，所以最后標(biāo)記不免有誤檢和漏檢的情況。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，國(guó)外對(duì)人臉檢測(cè)問題的研究很多，美國(guó)，英國(guó)等許多國(guó)家有大量的研究組從事人臉檢測(cè) 的研究，這些研究受到軍方，警方以及一些公司的高度重視和資助。對(duì)人臉檢測(cè)問題的研究比較著名的有美國(guó)麻省理工大學(xué)（ MIT）的媒體實(shí)驗(yàn)室和人工智能實(shí)驗(yàn)室，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（ CMU）的機(jī)器人研究所以及 Illinois大學(xué)的 Beckman研究所等 。 自 1995年以來，國(guó)外一些公司看準(zhǔn)了人臉識(shí)別系統(tǒng)在商貿(mào)和保安方面的廣闊應(yīng)用前景，2 動(dòng)用了大量人力和物力，獨(dú)立研制或與高校合作，開發(fā)了多個(gè)人臉識(shí)別系統(tǒng)，其中大多數(shù)產(chǎn)品將人臉檢測(cè)作為系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，有代表性的有如下產(chǎn)品：德國(guó) Cognitec Systems公司的 Face VACS人臉識(shí)別系統(tǒng)；美國(guó) Identix公司的 FaceIt人臉識(shí)別系統(tǒng)；加拿大Imagis公司的 ID20xx面部識(shí)別軟件；美國(guó) Viisage公司的 FaceTools人臉識(shí)別系統(tǒng)等。 在國(guó)內(nèi)也有許多學(xué)校和單位從事人臉檢測(cè)與人臉識(shí)別相關(guān)的研究。比如清華大學(xué)、北京大學(xué)、亞洲微軟研究院、中科院計(jì)算技術(shù)研究所、西北工業(yè)大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所等都有人員在從事人臉檢測(cè)相關(guān)的研究。 國(guó)內(nèi)也有一些人臉檢測(cè)的研究轉(zhuǎn)化為商品的實(shí)例，主要代表是考勤機(jī)和門禁卡，比如漢王的人臉識(shí)別考勤機(jī)、科密人臉識(shí)別考勤機(jī)以及 ，廣州超越軟件公 司的 BioFace系統(tǒng)等等 。 2. 需求分析 需求產(chǎn)生 對(duì)圖像目標(biāo)的檢測(cè)與識(shí)別是機(jī)器識(shí)別領(lǐng)域中一項(xiàng)十分重要的研究?jī)?nèi)容，而對(duì)人臉的檢測(cè)與識(shí)別又是一項(xiàng)十分具有現(xiàn)實(shí)意義的研究，人臉信息是圖像和視頻中最重要的開放信息源之一。通過對(duì)人臉的檢測(cè)和識(shí)別可以確定個(gè)體的性別，年齡，表情，姿態(tài)等信息。對(duì)人臉信息進(jìn)行處理和研究已經(jīng)成為現(xiàn)階段基于生物特征進(jìn)行的身份驗(yàn)證的重要組成部分之一，也是模式識(shí)別與機(jī)器視覺領(lǐng)域內(nèi)所關(guān)注的重要問題。 人臉檢測(cè)是指在輸入的圖像信息中提取人臉的位置，姿態(tài)，大小并且標(biāo)記的過程。人臉檢測(cè)作為人臉識(shí)別技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵性的問題，近年來一直備受各研究機(jī)構(gòu)的重視，相關(guān)研究課題十分活躍。但是早期的人臉識(shí)別是建立在假設(shè)人臉區(qū)域已知的條件下的，所以人臉檢測(cè)的研究并未受到足夠的重視，近年來，隨著電子商務(wù)的普及，在復(fù)雜情況下進(jìn)行自動(dòng)的人臉識(shí)別，首先要做的就是確定人臉區(qū)域，人臉檢測(cè)的研究就顯得日益迫切。同時(shí)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，人臉檢測(cè)的技術(shù)已經(jīng)不僅僅局限于人臉識(shí)別，在人工情感計(jì)算，基于內(nèi)容的檢索，數(shù)字視頻處理，視覺檢測(cè)等方面都有著 重要的應(yīng)用價(jià)值 [1]。 人臉 檢測(cè)與 識(shí)別技術(shù)的研究最早始于 60年代末七十年代初，迄今己有 40多年的歷史， 經(jīng)過幾十年的曲折發(fā)展已日趨成熟 。作為一種重要的個(gè)人身份鑒別方法，人臉 檢測(cè)與 識(shí)別技術(shù)可以廣泛地應(yīng)用于國(guó)家安全、智能門禁、視頻監(jiān)控、公安布控、身份驗(yàn)證等多種場(chǎng)合。與其他身份鑒別方法相比，具有直接、友好、方便和魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此，人臉 檢測(cè)與 識(shí)別問題的研究不僅在模式識(shí)別中具有重大的理論意義，而且具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 功能需求分析 該軟件的最主要的功能就是能夠標(biāo)記出人臉。首先系統(tǒng)需要通過攝像頭或者本地的磁 盤獲取圖像，然后對(duì)該圖像進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的過程是人臉檢測(cè)過程中非常重要的一個(gè)步驟，處理的好壞與否直接關(guān)系到后期的檢測(cè)效果。最后對(duì)圖像進(jìn)行人臉標(biāo)記。因此本設(shè)計(jì)所要完成的主要功能如下所示： 圖像獲取功能：該模塊主要完成的任務(wù)是從攝像頭或者本地磁盤獲取源圖像，獲取后的圖像可以在系統(tǒng)界面預(yù)覽。 圖像預(yù)處理功能：該模塊對(duì)圖像的操作主要包括光纖補(bǔ)償，二值化，腐蝕膨脹運(yùn)算和開閉運(yùn)算等。 人臉標(biāo)記功能：該模塊的功能是正確標(biāo)記人臉位置，用黃色矩形框圈住人臉，并且將結(jié)果在系統(tǒng)界面顯示出來。 人臉個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)功能：該模塊能統(tǒng)計(jì)出圖像中能識(shí)別出的人臉的個(gè)數(shù)。
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