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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計-人臉面部識別系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

2025-01-08 19:51 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 共 37 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 4 系統(tǒng)詳細設(shè)計 該軟件最主要的功能就是要能識別出人臉,首先該系統(tǒng)需要對 一個 BMP 人臉圖片進行一系列處理才可進行下一步的工作,該處理過程也稱圖像預(yù)處理。預(yù)處理這個模塊在整個面部識別系統(tǒng)的開發(fā)過程中占有很重要的地位,只有預(yù)處理模塊做得好,才可能很好地完成后面的人臉定位和特征提取這兩大關(guān)鍵模塊。因此本設(shè)計中 所要完成的主要功能如下所述: ( 1) 圖像獲取功能 該模塊主要是從圖片庫中獲取圖片,獲取后的圖片可以在軟件的界面中顯示出來,以便進行識別。 ( 2) 圖像預(yù)處理功能 該模塊主要包括圖像相似度計算、二值化、標記皮膚區(qū)域和頭發(fā)區(qū)域、直方圖變換等。 ( 3) 人臉定位功能 該模塊主要是將處理后的人臉圖片進行定位,將眼睛、鼻子、嘴巴標記出來。 基于膚色的人臉檢測算法 色彩空間與色彩空間的聚類 根據(jù)計算及色彩理論,對一種顏色而言,在計算機中有不同的表達方式,這樣就形成了各種不同的色彩空間。當(dāng)然各種色彩空間只不過是色彩在計算機內(nèi)不同的表達形式而已,每一種色彩空間也都有其各自的產(chǎn)生背景、應(yīng)用領(lǐng)域等。主要的色彩空間有以下幾種: (1)RGB格式(紅、綠、藍三基色模型) 由于彩色圖像是多光譜圖像的一種特殊情況,對應(yīng)于人類是覺 的 三基色即紅、綠、藍 3個波段,是對人眼的光譜量化性質(zhì)的近似。因此利用 R、 G、 B三基色這 3個分量來表征顏色是很自然的一種格式。而且多數(shù)的圖像采集設(shè)備都是以CCD技術(shù)為核心,直接感知色彩的 R、 G、 B這 3個分量,這也使得三基色模型成為圖像成像、顯示、打印等設(shè)備的基礎(chǔ),具有十分重要的作用。 (2)HIS格式(色度、飽和度、 亮度模型) 這種格式反應(yīng)了人類觀察色彩的方式,同時也有利于圖像處理。在對色彩信息的利用中,這種格式的優(yōu)點在于它將亮度 (I)與反應(yīng)色彩本質(zhì)的特性的兩個參數(shù) —— 色度 (H)和飽和度 (S)—— 分開。在提取一類物體(比如現(xiàn)在研究的人臉)在色彩方面的特性時,經(jīng)常需要了解其在某一色彩空間的聚類特性,而這一聚類特性往往體現(xiàn)在色彩的本質(zhì)特性上,且經(jīng)常受到光照明暗等條件的干擾長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 共 37 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 影響。光照明暗給物體顏色帶來的直接影響就是亮度分量,若能將亮度分量從色彩中提 取出來,而只用反應(yīng)色彩本質(zhì)特性的色度、飽和度來進行聚類分析,會獲 得比較好的效果 。這也正是 HIS格式在色彩圖像處理和計算機視覺的研究中經(jīng)常被使用的原因。 (3)YCbCr(YUV)格式 這種色彩空間是以演播室質(zhì)量標準為目標的 CCIR601編碼方 案中采用的彩色標識模型,被廣泛的應(yīng)用在電視的色彩顯示等領(lǐng)域中。它 同樣具有 HIS格式中將亮度分量分離的優(yōu)點,但由于他可以從 RGB格式線性變化得到,所以直接應(yīng)用于物體色彩聚類分析的情況不多,相比之下,在其基礎(chǔ)上的變換模型的應(yīng)用更為普遍。 在人臉檢測中也常常用到 YCrCb空間,因為一般的圖像都是基于 RGB空間的,在 RGB空間里人臉的膚色受亮度影響相當(dāng)大, 所以膚色點很難從非膚色點中分離出來,也就是說在此空間經(jīng)過處理后,膚色點是離散的點,中間嵌有很多非膚色,這為膚色區(qū)域標定 (人臉標定、眼睛等 )帶來了難題。如果把 RGB轉(zhuǎn)為YCrCb空間的話,可以忽略 Y(亮度 )的影響,因為該空間受亮度影響很小,膚色會產(chǎn)生很好的類聚。這樣就把三維的空間 變 為二維的 CrCb,膚色點會形成一定得形狀,如:人臉的話會看到一個人臉的區(qū)域,手臂的話會看到一條手臂的形態(tài),對處理模式識別很有好處,根據(jù)經(jīng)驗?zāi)滁c的 CrCb值滿足: 133≤ Cr≤ 173,77≤ Cb≤ 127 那么該點被認為是膚色點,其他的 就為非膚色點。 膚色模型 (1)光線補償 (Lighting Compensation)處理 光線補償想法的提出主要是考慮到膚色等色彩信息經(jīng)常受到光源顏色、圖像采集設(shè)備的色彩偏差等因素的影響,在整體上偏離本質(zhì)色彩而向某一方向移動,即我們通常所說的色彩偏冷、偏暖,照片偏黃、偏藍等。這種現(xiàn)象在藝術(shù)照片中更為常見。 針對實際圖像中光照過亮、過暗等情況 ,提出了一種光線補償方法。通過將圖像亮度灰度范圍內(nèi)的兩端區(qū)域進行壓縮 ,降低過亮和過暗區(qū)域的對比度 。再用對數(shù)函數(shù)做非線性變換函數(shù) ,使變換后圖像的對比度增加。該 方法能夠?qū)^亮、過暗以及中間區(qū)域的像素灰度值進行修正 ,為后續(xù)的膚色分割、人臉檢測奠定基礎(chǔ)。 為了抵消整個圖像中存在著的色彩偏差,將整個圖像中所有像素的亮度(是經(jīng)過了非線性γ —— 校正后的亮度)從高到低進行排列,取 最亮 的像素,就將他們的亮度作為“參考白”( Reference White),即將它的色彩的 R、 G、 B 分量值都調(diào)整為最大的 255。整幅圖像的其他像素點的色彩值也都按這一調(diào)整尺度進行變換。 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 共 37 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ (2)非線性分段色彩變換( Nonlinear Color Transformation) 這一非線性分段色彩變換得到 的膚色模型屬于色彩空間中的聚類模型,這一類膚色模型的建立首先要選取一種合適的色彩空間。 YCbCr 色彩空間具有如下一些優(yōu)點。 ① YCbCr 色彩格式具有與人類視覺感知過程相類似的構(gòu)成原理。 ② YCbCr 色彩格式被廣泛地應(yīng)用在電視顯示等領(lǐng)域中,也是許多視頻壓縮編碼如 MPEG、 JPEG 等標準中普遍采用的色彩表示格式。 ③ YCbCr 色彩格式具有與 HIS 等其他一些色彩格式相類似的將色彩中的亮度分量分離出來的優(yōu)點。 ④ 相比 HIS 等其他一些色彩格式, YCbCr 色彩格式的計算過程和空間坐標表示形式比較簡單。 ⑤ 試驗結(jié)果表明在 YCbCr 色彩空間中 膚 色的聚類特性比較好。 同時,正如前面所分析的那樣, YCbCr 色彩格式直接由 RGB 色彩格式通過線性變換得到,所以其亮度分量 Y 并不是完全獨立于色度信息而存在的,膚色的聚類區(qū)域也是隨亮度分量的不同而呈現(xiàn)非線性變化的趨勢。 在 YCbCr 色彩空間中,膚色聚類是呈兩頭尖的紡錘形狀,也就是在 Y 值較大和較小的部分,膚色聚類區(qū)域也隨之縮減。簡單地排除 Y 分類,按照傳統(tǒng)的做法在二維的 Cb— Cr子平面中尋求膚色的聚類區(qū)域是不可行的,必須考慮 Y之不同造成的影響,從而對 YCbCr 色彩格式進行非線性分段色彩變換。 用 4 個邊界來限制膚色聚類區(qū)域可以很好地適應(yīng)亮度過明或過暗的區(qū)域,從而使膚色模型的魯棒性大大提高。 經(jīng)過了非線性分段色彩變換得到的色彩空間我們用 YCb′ Cr′來表示。YCbCr 坐標空間到 YCb′ Cr′坐標空間的變換過程推導(dǎo)如下。 ( 1)將膚色區(qū)域的中軸線分別用 Cb( Y)和 Cr( Y)來表示,可以得到 Cb( Y)和 Cr ( Y)的表達式為: 108+( KiY) *(118108)/(KiYmin) if(YKi) Cb( Y) = 108+( YKh) *(118108)/(YmaxKh) if(KhY) ( 41) 154+( KiY) *(154144)/(KiYmin) if(YKi) Cr( Y) = 154+( YKh) *(154132)/(YmaxKh) if(KhY) 其中 , Ki和 Kh為常量 ,即非線性分段色彩變換的分段域值 ,分別為 : Ki=125, 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 共 37 頁 第 15 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ Kh =128。 Ymax和 Ymin也是常數(shù),它們是實驗數(shù)據(jù)的得到的膚色聚類區(qū)域中 Y 分量的最小和最大值: Ymin=16 , Ymax =235 ( 2)同樣,將膚色區(qū)域的寬度分別用 Wcb( Y)和 Wcr( Y)來表示,這也是一個分段函數(shù),其表達式為: WLci+( YYmin) *(Wci WLci)/(KiYmin) if(YKi) Wci( Y) = ( 42) WHci+( YmaxY) *(Wci WHci)/(YmaxKh) if(KhY) 其中 i 代表 b 或 r, Ki、 Kh、 Ymin和 Ymax同( 1)中的數(shù)據(jù)。 Wc、 WLc 和 WHc也是常數(shù)他們分別為: Wcb= , WLcb=23 , WHcb=14 Wcr= , WLcr=20 , WHcr=10 ( 3)最后,根據(jù)上面的結(jié)果得到如下的非線性分段色彩變換公式: ( Ci( Y) Ci( Y)) *Wci/ Wci( Y) + Ci( Y) if(YKi)or(KhY) Ci′( Y) = ( 43) Ci( Y) if(Y∈ [Ki,Kh]) 按照傳統(tǒng)的方法,可以用一個橢圓來近似膚色區(qū)域。我們得到它的解析表達式為: ( xecx) 2/a2+(yecy)2/b2=1, 其中, x cosθ sinθ Cb′ cx y cosθ sinθ Cr′ cy ( 44) 解析式中的常量分別為: cx= , cy= ecx= , ecy= a= , b= 人臉區(qū)域分割 ( 1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 共 37 頁 第 16 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 人臉區(qū)域分割的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 41 所示。 圖 41 系統(tǒng)示意圖 在上面的示意圖中,輸出的一系列矩形就將取代原來的整幅圖像作為 后面的人臉檢測算法的輸入。對于這些矩形的要求如下。 ① 這一系列矩形應(yīng)該盡可能的包含待檢測圖像中的所有人臉 對于 距離較近或者是有接觸多個人連,分割后得到的膚色區(qū)域自然距離較近或者是連在一起,這時可以用一個矩形區(qū)域覆蓋它們。不漏檢、
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