【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，走入地鐵需要刷卡、去銀行取錢(qián)需要輸入密碼、上班考勤需要按指紋等方式都將改變。 本文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)本論文所完成的任務(wù)是基于Android編程平臺(tái)，在Android手機(jī)上實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別功能。對(duì)手機(jī)使用者的身份進(jìn)行確認(rèn)，保證手機(jī)所有者的信息、財(cái)產(chǎn)安全等。本論文在總體結(jié)構(gòu)上共分為5章。第1章引言， 本章介紹了Android和人臉識(shí)別的背景、意義。第2章研究方案及技術(shù)路線，本章主要介紹人臉識(shí)別的各種算法、方案和實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線。第3章圖像的獲取，本章介紹了Android編程平臺(tái)的基礎(chǔ)知識(shí)，并通過(guò)控制手機(jī)攝像頭進(jìn)行人臉的捕捉，人臉數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，圖像的存取。第4章圖像預(yù)處理，本章介紹了相關(guān)圖像處理的算法以及實(shí)現(xiàn)，其中包括彩色圖像的灰度化、灰度圖像的直方圖均衡化、圖像的平滑濾波、邊緣檢測(cè)等。第5章PCA算法及實(shí)現(xiàn)，本章介紹了JNI規(guī)則，以及Open CV編程平臺(tái)與Android編程實(shí)現(xiàn)類庫(kù)的共享。利用Open CV實(shí)現(xiàn)PCA算法。第6章研究結(jié)果及分析，本章對(duì)研究結(jié)果敘述，以及分析。第7章結(jié)論，對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)該課題的前景進(jìn)行展望。42 研究方案及技術(shù)路線 研究?jī)?nèi)容 研究對(duì)象本文涉及的研究對(duì)象是從智能手機(jī)的攝像頭獲取的人臉圖像，并對(duì)人臉圖像進(jìn)行一定的處理，讓其達(dá)到相關(guān)識(shí)別算法的要求，適合與人臉庫(kù)里面的圖像進(jìn)行對(duì)比，得出結(jié)果。 制約識(shí)別率的關(guān)鍵問(wèn)題目前隨著人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，在識(shí)別率方面有了較大的提高，但是在相關(guān)技術(shù)方面仍然面臨著諸多問(wèn)題。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)采集設(shè)備：采集設(shè)備的性能和采集時(shí)的設(shè)置使得獲取的人臉圖像數(shù)據(jù)的變化較大，如何解決這個(gè)問(wèn)題也值得關(guān)注。(2)光照、背景的影響：光照是影響人臉識(shí)別性能的最關(guān)鍵因素，背景的不同也影響著識(shí)別的準(zhǔn)確率。對(duì)該問(wèn)題的解決直接關(guān)系著人臉識(shí)別應(yīng)用程序的可靠性、識(shí)別的準(zhǔn)確率。(3)人臉姿態(tài)：人臉姿態(tài)也是目前人臉識(shí)別實(shí)用化的一個(gè)巨大的障礙。如何將各種姿態(tài)統(tǒng)一到標(biāo)準(zhǔn)人臉，也是提高識(shí)別準(zhǔn)確率的關(guān)鍵之所在。(4)表情問(wèn)題：人臉表情的不同也會(huì)影響數(shù)據(jù)的采集和提取，這也將影響到后期的算法處理。 研究方案 相關(guān)人臉識(shí)別算法比較人臉識(shí)別的方法大致可以分為基于幾何特征的方法、基于模板匹配的方法、隱馬爾可夫模型的方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法、特征臉?lè)椒ā?1)基于幾何特征：幾何特征的識(shí)別方法首先將人臉用一個(gè)幾何特征矢量表示，用模式識(shí)別中的層次聚類思想來(lái)對(duì)人臉進(jìn)行識(shí)別。幾何特征矢量是以人臉器官的形狀和幾何關(guān)系為基礎(chǔ)的特征矢量，其分量通常包括人臉自定兩點(diǎn)間的歐氏距離、5曲率、角度。人臉器官的關(guān)鍵點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)于不同的積分投影方式產(chǎn)生的波峰波谷。(2)基于模板匹配：模板匹配的方法大多是用歸一化互相關(guān)，直接計(jì)算兩幅圖像之間的匹配程度。由于這種方法要求兩幅圖像上的目標(biāo)要有相同的尺度、取向和光照條件，所以預(yù)處理要做尺度歸一化和灰度歸一化的工作。識(shí)別時(shí)，未分類的圖像跟數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，采用相關(guān)作為典型的匹配函數(shù)。(3)隱馬爾可夫模型：隱馬爾可夫模型（hidden Markov model ,HMM）是用于描述信號(hào)系統(tǒng)特征的一種常見(jiàn)的統(tǒng)計(jì)模型，被廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音判定中。人臉面部特征的分布都依照一種自然的順序，即從上到小、從左到右，即使人臉在平面和垂直方向上發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種順序也不會(huì)變化，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)的難度較大。(4)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法是近年來(lái)比較活躍的一個(gè)研究方向。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）是一種以大的量處理單元（神經(jīng)元）為節(jié)點(diǎn),處理單元之間實(shí)現(xiàn)加權(quán)值互聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),處理單元是人類大腦神經(jīng)單元的簡(jiǎn)化。Cottrell 等人使用級(jí)聯(lián)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行人臉識(shí)別,對(duì)部分受損的人像、光照有所變化的人像，個(gè)人識(shí)別能力較好，但是神經(jīng)元數(shù)目通常很多，訓(xùn)練時(shí)間很長(zhǎng)，具有固有缺陷：收斂速度慢、容易陷入局部極小、先驗(yàn)參數(shù)多且參數(shù)的確定憑經(jīng)驗(yàn)而定 [8]。(5)特征臉識(shí)別：特征臉?lè)ㄊ侨四樧R(shí)別中常用的一種方法。該方法主要是從人臉圖像的全局出發(fā)，運(yùn)用KL變換理論，在原始人臉空間中求得一組正交向量，并以此構(gòu)成新的人臉空間，使所有人臉的均方差最小，達(dá)到將為的目的。降維的思想，降低了運(yùn)算量，有利于此算法運(yùn)用于硬件配置相對(duì)中低端的手持設(shè)備中。但是此算法也存在缺陷：特征臉?lè)椒ㄈ菀资芙嵌?、光照、表情等干擾導(dǎo)致識(shí)別率下降。通過(guò)以上算法的介紹，結(jié)合算法的特征還有應(yīng)用的平臺(tái)，我們選擇PCA算法。它可以為我們減少大量的計(jì)算，從而提高程序運(yùn)行的效率，因?yàn)閷?shí)在手機(jī)上運(yùn)行我們更應(yīng)該考慮到運(yùn)算量的大小，綜合考慮本文的主要算法實(shí)現(xiàn)我們采用PCA算法。 運(yùn)用程序功能分析本文應(yīng)用程序最主要的功能就是要能識(shí)別出人臉，首先該系統(tǒng)需要對(duì)通過(guò)攝像頭拍照而獲取到的原始的人臉圖片進(jìn)行一系列處理才可進(jìn)行下一步的工作，該處理過(guò)程也稱圖像預(yù)處理。預(yù)處理這個(gè)模塊在整個(gè)人臉識(shí)別系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中占6有很重要的地位，只有預(yù)處理模塊做的好，才可能很好的完成后面的特征提取這一關(guān)鍵模塊。因此本設(shè)計(jì)中所要完成的主要功能如下所述：圖像的獲取功能：主要是通過(guò)手機(jī)攝像功能獲取人臉圖像。圖像的存取功能：在手機(jī) SD 卡中建立相關(guān)文件夾，用于存取人臉圖像，其中包括訓(xùn)練圖像、待識(shí)別圖像以及相關(guān)的數(shù)據(jù)。圖像的預(yù)處理功能：主要是對(duì)獲取的圖像進(jìn)行灰度化、直方圖均衡化、平滑濾波、邊緣檢測(cè)等處理。圖像特征提取的功能：按照 PCA 算法對(duì)圖像進(jìn)行特征提取。識(shí)別功能：這部分功能主要實(shí)現(xiàn)待識(shí)別圖像與訓(xùn)練后圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，得出相應(yīng)的結(jié)果。 研究方案的確定通過(guò)以上分析本文的研究方案確定為以下幾點(diǎn)：熟悉 Java 編程語(yǔ)言為進(jìn)一步熟悉 Android 編程平臺(tái)打下基礎(chǔ)，初步實(shí)現(xiàn)利用Android 手機(jī)實(shí)現(xiàn)拍照和存取功能。進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)字圖像處理相關(guān)知識(shí)，為圖像的預(yù)處理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。研究各圖像處理的算法，然后進(jìn)行編程運(yùn)行，通過(guò)編程的實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行相應(yīng)的變換、改進(jìn)。主要預(yù)處理步驟如圖 21：圖像預(yù)處理層次圖。圖像預(yù)處理彩色圖像的灰度化 灰度圖像的直方圖均衡化圖像的平滑濾波 圖像的邊緣檢測(cè)圖 21 圖像預(yù)處理層次圖圖像預(yù)處理獲取標(biāo)準(zhǔn)人臉后，學(xué)習(xí)人臉識(shí)別相關(guān)算法，對(duì)主要人臉識(shí)別算法進(jìn)行總結(jié)、歸納。確定本課題人臉識(shí)別算法，并對(duì)算法認(rèn)真理解、研究。最終實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別算法，完成本課題要求。 技術(shù)路線由以上分析，技術(shù)路線如圖 22：人臉識(shí)別技術(shù)路線。7相關(guān)文獻(xiàn)閱讀學(xué)習(xí)C/C++、Java基礎(chǔ)復(fù)習(xí)數(shù)字圖像處理學(xué)習(xí)初步框架構(gòu)想圖像的預(yù)處理知識(shí)的準(zhǔn)備PCA 算法學(xué)習(xí)程序框架的搭建圖像預(yù)處理PCA 算法實(shí)現(xiàn)程序完善運(yùn)行結(jié)果分析程序優(yōu)化查資料圖 22 人臉識(shí)別技術(shù)路線3 人臉圖像獲取 Android 編程平臺(tái) Android 開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建本文 android 開(kāi)發(fā)平臺(tái)是基于 Windows 環(huán)境下搭建的，具體方法步驟如下：在 Oracle 官方網(wǎng)站免費(fèi)下載最新的 JDK 安裝程序，網(wǎng)址為： JDK 軟件。打開(kāi) DOS CMD命令窗口輸入 java version 命令檢查是否安裝成功。若成功會(huì)顯示 JDK 版本號(hào)等8相關(guān)信息。接下來(lái)配置環(huán)境變量：在系統(tǒng)環(huán)境變量里添加 PATH 變量，內(nèi)容為JDK 安裝目錄中 bin 文件夾路徑，并且同時(shí)添加 CLASSPATH 變量，內(nèi)容為 JDK安裝目錄中 lib 和 demo 的路徑。并且用。來(lái)隔開(kāi)的。登陸 Android 官方網(wǎng)站 SDK 安裝包。下載完成后只需要解壓，不需要安裝。但是要同樣需要配置環(huán)境變量。將SDK 解壓后的目錄下的 tools 目錄的絕對(duì)路徑添加到系統(tǒng) Path 中，然后同樣用DOS CMD 命令 android –h 檢查是否安裝成功。登陸 Eclipse 官方網(wǎng)站 完成的 Eclipse 安裝包解壓硬盤(pán)。雙擊 打開(kāi) eclipse 軟件，在 HelpInstall New Software，安裝 ADT。完成后重啟 eclipse，在 WidowsPreferences下選擇 androidBrowse 添加 android SDK 路徑，單擊 OK 完成。這樣 android 開(kāi)發(fā)環(huán)境基本搭建完成。Android 開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建好了就可已進(jìn)行android 應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)了。 Android 開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介程序庫(kù)表面管理 媒體框架 SQLite OpenGLFreeType WebKit SGL SSL libc應(yīng)用程序框架活動(dòng)管理 窗體管理 視圖系統(tǒng)包管理 電話管理 資源管理 位置管理 通知管理內(nèi)容提供Linux 內(nèi)核顯示驅(qū)動(dòng) 相機(jī)驅(qū)動(dòng) IPC 驅(qū)動(dòng)鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng) WiFi 驅(qū)動(dòng) 電源管理閃存驅(qū)動(dòng)音頻驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序活動(dòng)管理 活動(dòng)管理 活動(dòng)管理 活動(dòng)管理9圖 31 Android 平臺(tái)架構(gòu)圖Android 平臺(tái)是在 Linux 版本的基礎(chǔ)上改造的，提供了各種的函數(shù)庫(kù)和完整的應(yīng)用程序框架。我們把 Android 大體上分為 4 層：Linux 內(nèi)核，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)庫(kù)，應(yīng)用程序框架以及應(yīng)用程序。具體參看圖 31：Android 平臺(tái)架構(gòu)圖應(yīng)用程序是包括 Android 平臺(tái)配置的一套應(yīng)用程序集，以及用戶基于 Android平臺(tái)的應(yīng)用程序框架，使用 Java 語(yǔ)言自行開(kāi)發(fā)的程序。應(yīng)用程序框架：開(kāi)發(fā)者可以完成使用與那些內(nèi)核應(yīng)用程序相同的框架，這些框架是用于簡(jiǎn)化和重用應(yīng)用程序的組件。通過(guò)應(yīng)用程序，用戶自定義的程序可以執(zhí)行用戶程序之外的預(yù)設(shè)功能，這樣可以極大的減少用戶程序的額外工作量。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)庫(kù)：Android 定義了一套 C/C++ 庫(kù)供 Android 平臺(tái)的其他組件使用。這些功能通過(guò) Android 應(yīng)用程序框架提供給開(kāi)發(fā)者，開(kāi)發(fā)者不能直接使用這些庫(kù)。Linux 內(nèi)核：Android 的核心系統(tǒng)服務(wù)依賴于 內(nèi)核，如內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、驅(qū)動(dòng)模型等。Linux 內(nèi)核也同時(shí)作為硬件和軟件棧之間的抽象層 [5]。 人臉圖像獲取 Android 應(yīng)用程序組件(Activity 簡(jiǎn)介)在 android 中，Activity 擁有四種基本狀態(tài)：(1)Active/Running 狀態(tài)，一個(gè)新 Activity 啟動(dòng)入棧后，它在屏幕最前端，處于棧的最頂端，此時(shí)它處于可見(jiàn)并可和用戶交互的激活狀態(tài)。(2)Paused 狀態(tài)，當(dāng) Activity 被另一個(gè)透明或者 Dialog 樣式 Activity 覆蓋時(shí)的狀態(tài)。此時(shí)它依然與窗口管理器保持連接，系統(tǒng)繼續(xù)維護(hù)其內(nèi)部狀態(tài)，所以它仍然可見(jiàn)，但它已經(jīng)失去了焦點(diǎn)故不可與用戶交互。(3)Stopped 狀態(tài) ,當(dāng) Activity 被另外一個(gè) Activity 覆蓋、失去焦點(diǎn)并不可見(jiàn)時(shí)處于 Stopped 狀態(tài)。(4)Killed 狀態(tài)，Activity 被系統(tǒng)殺死回收或者沒(méi)有被啟動(dòng)時(shí)處于 Killed 狀態(tài)。 Android 是通過(guò)一種 Activity 棧的方式來(lái)管理 Activity 的，一個(gè) Activity 的實(shí)例的狀態(tài)決定它在棧中的位置。處于前臺(tái)的 Activity 總是在棧的頂端，當(dāng)前臺(tái)10的 Activity 因?yàn)楫惓；蚱渌虮讳N(xiāo)毀時(shí)，處于棧第二層的 Activity 將被激活，上浮到棧頂。當(dāng)新的 Activity 啟動(dòng)入棧時(shí)，原 Activity 會(huì)被壓入到棧的第二層。一個(gè) Activity 在棧中的位置變化反映了它在不同狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換 [3]。Activity 的狀態(tài)與它在棧中的位置關(guān)系如圖 32 所示：圖 32 Activity 的狀態(tài)與它在棧中的位置關(guān)系圖Android 程序員可以決定一個(gè) Activity 的“生” ，但不能決定它的“死” ，也就時(shí)說(shuō)程序員可以啟動(dòng)一個(gè) Activity，但是卻不能手動(dòng)的“結(jié)束”一個(gè) Activity。每一個(gè) Activity 都有自己的生命周期，而 Activity 的生命周期統(tǒng)一交給系統(tǒng)管理。如圖 33：Activity 生命周期示意圖。重新激活失去焦點(diǎn)不在棧頂?shù)腁ctivity,可能被系統(tǒng)銷(xiāo)毀、收回資源Activity1 (Running)Activity2 (Paused/Stopped/Killed)Activity3 (Paused/Stopped/Killed)………11onCreate()onStart()onResume()onPause()Activity startsActivity is runningonStop()onDestroy()onRestart()Activity is shut downProcess is killed圖 33 Activity 生命周期示意圖Android 平臺(tái)定義了一種稱為 Intent(意向)的異步消息，該消息用于激活A(yù)ctivity、Service 和 Broadcast Receiver 組件。具體用法如下：Intent intent=new Intent()。(,)。startActivity(intent)。 相關(guān)文件夾建立Android 文件的實(shí)體操作包括文件的創(chuàng)建和刪除，本文將用到文件夾的建立，文件夾主要用于存儲(chǔ)相關(guān)圖像。程序中主要的核心代碼如下：//判斷是否插入SD卡boolean sdvalue = ().equals()。//創(chuàng)建文件夾12File fileTake = new File(String_SDroot+/FaceDetector/Take)。 if(!()) {()。 } 控制照相機(jī)照