基于模板匹配的人脸检测

ｏｆ
ａ
ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
ｏｒ
ａｓｈ ｄｅｇｒｅｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｉｆ ｉｔ ｉｓ
ｆａｃｅ ｏｆ ｐｅｒｓｏｎ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｆａｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｃｏｍｅ ｄｏｗｎ
Ａｐｐｅａｒａｎｃｅ Ｌｙｅ
Ｍｏｄｅｌ），直接外观模型（Ｄｉｒｅｃｔ
Ａｐｐｅａｒａｎｃｅ
Ｍｏｄｅｌ）的方法等。
本文首先在对人脸检测、人脸识别技术的相关文献进行综述的基础上，提 出了基于模板的人脸检测算法：该方法直接采用了平均脸模板匹配算法。由于 双眼在人脸检测、人脸识别中往往起着关键的作用，因此本算法中用到的模板 分为双眼模板和人脸模板两类。模板是对多个人脸样本取平均构造出来的，首 先用手工画出选取的样本图像中的入脸区域，作为人脸样本，接着对每个人脸 样本进行尺度标准化和灰度分布标准化。将所有经尺度标准化、灰度分布标准 化后的样本图像取灰度平均得到平均人脸图像。进一步重采样到一定尺度得到 原始模板，拷贝原始模板的双眼部分，进行灰度分布标准化后作为双眼模板；
对原始模板进行灰度分布标准化得到人脸模板，为尽可能适应不同形状的人脸， 我们按不同的长宽比对人脸模板进行拉伸，构成人脸模板组。匹配时首先用双 眼模板进行粗筛选，再使用人脸模板组进…步匹配的方法确定待检测图像中可 能是人脸的区域，然后用梯度马赛克图的梯度特征去除部分假脸，最后，将通过 筛选的图像区域送入基于奇异值特征分布的人脸子空间进行验证，确认是否是 人脸，是则标出人脸的位置。
ｏｎ
ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ
ｇｒｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｗｅ ｇｏｔ ｔｈｅ
ｇｒｅｙ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
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ｔｅｍｐｌａｔｅ，ｗｅ ｇｏｔ ｔｈｅ ｐｅｒｓｏｎ’ｓ ｆａｃｅ ｔｅｍｐｌａｔｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｍｕｃｈ
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ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
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ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｒｅｌａｔｅｄ ｍａｔｃｈ，ｌｉｎｅａｒ ａｎａｌ【ｙｔｉｃａｉ ｍｅｔｈｏｄ，ｓｉｎｇｕｌａｒ ｖａｌｕｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｅｔｈｏｄ，ｄｙｎａｍｉｃ
密级
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工程硕士专业学位论文（设计）
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ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
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ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｓｏｎ’ｓ
…卫一
基于模板匹配的人脸检测
软件工程领域
研究生龙开文
指导老师周激流陈军
人脸检测是计算机视觉、计算机图形学中的～个研究热点和难点。 目前，人脸检测、人脸识别的方法主要有基于肤色特征和灰度特征两大类。 基于肤色特征的方法首先要确定一定的肤色模型，然后进行肤色分割，根据它 们在色度上的相似性和空间上的相关性分割出可能的人脸区域，同时利用区域 的几何特征或灰度特征进行是否是人脸的验证。主流的人脸特征检测技术基本 上可以归结为三类，即：基于几何特征的方法、基于模板的方法和基于模型的 方法。基于几何特征的方法中具有代表性的是Ｓｎａｋｅｓ方法和 ＤｅｆｏｒｍａｂｌｅＴｅｍｐｌａｔｅ（可变行模扳）方法。基于模板的方法可以分为特征脸方法、 基于相关匹配的方法、线性判别分析方法、奇异值分解方法、神经网络方法、 动态连接匹配方法等，其中最具有代表性，也是最成功的是特征脸方法。基于 模型的方法则有主动形状模型（Ａｃｔ．ｉｖｅ Ｓｈａｐｅ Ｍｏｄｅｌ），主动外观模型’（Ａｃｔ
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ｐｕｌｌ ｔｈｅ ｆａｃｅ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｂｙ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｗｉｄｔｈ ｔｏ
ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｔｈｅ ｐｅｒｓｏｎ
ｆａｃｅ ｔｅｍｐｌａｔｅ．Ｗｅ ｆｉｒｓｔ ｔｏｏｋ ｒｏｕｇｈ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｗｉ也ｅｙｅｓ ｔｅｍｐｌａｔｅ
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｆａｃｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｖａｌｕｅ
Ｆａｃｅ
Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ
Ｔｅｍｐｌａｔｅ
Ｍａｔｃｈｉｎｇ
Ｓｉｎｇｕｌａｒ
Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＳＶＤ）
ｌ皤州大掌工程颤｝。学位论文
摹于模扳匹配的人艟检测
１
引言
１．１研究的背景
１
１．１研究的目的和意义
高性能、高智能和高可用性被普遍认为是当前计算科学发展的主要方向， 而智能人机接口技术要研究的正是如何提高计算设备的智能性和可用性问题， 其目标就是要建立和谐自然的人机交互环境，使用户可以方便、自然地利用人 类所熟知的方式使用计算机。这其中一个基础性环节就是要使计算机能够准确 无误地感知包括自然语言、手势语言、面部语言在内的各种不同的人类表达方 式。从２０世纪７０年代起，对这些人类语言方式的机器理解研究，就成为国际 上重要的研究课题，即所谓智能人机接口技术研究。 人脸是人最重要的外貌特征，由于脸部信息可以通过非接触的方式（如摄像 头）取得，所以非常适合于作为身份鉴别的依据。脸识别就是对于输入的人脸 图像或者视频，首先判断其中是否存在人脸，如果存在人脸，则进一步确定每 张人脸的位置、大小和各个主要面部器官的位置信息，并依据这些信息，进一
关键词：人脸检测
人脸识别
模板匹配
奇异值分解
Ｆａｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｔｅｍｐｌａｔｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ
Ｓｏｆｌｗ盯ｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｔｕｄｅｎｔ：Ｌｏｎｇ Ｋａ ｉ Ｗｅｎ
Ａｄｖｉｓｅｒ：Ｚｈｏｕ ＪｉＬｉｕ
Ｃｈｅｎ Ｊｕｎ
Ｆａｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｆｏｃｕｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｐｏｉｎｔ ｉｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｆｉｇｕｒｉｎｇ．． Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｒｅ
ｐｉｃｔｕｒｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅ—ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｏ ｃｅｒｔａｉｎ ｓｉｚｅ，ｗｅ ｇｏｔ ｔｈｅ ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｌａｔｅ，ｃｏｐｙｉｎｇ ｔｈｅ ｅｙｅｓ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｌａｔｅ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ ｅｙｅｓ ｔｅｍｐｌａｔｅ．Ｃａｒｒｙｉｎｇ
ｔｏ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｔｈｅ ｔｈｅ ｓｋｉｎ
ｏｎ
ｍａｋｅ
ｃｅｒｔａｉｎ
ｃｏｍｐｌｅｘｉｏｎ
ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｎ ｐｒｏｃｅｅｄ
ｃｏｌｏｒ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅｉｒ
ｕｓｅ
ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｉｎ ｃｏｌｏｕｒ
ａｎｄ
ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｉｔｙ
ｔｈｅ ｓｐａｃｅ ｏｕｔ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｄｉｓｔｒｉｃｔ，ｍａｋｅ
ｇｒａｄｉｅｎｔ ｒｕｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｍｏｓａｉｃ ｉｍａｇｅｓ
ｗｅ ｓｅｎｄ ｔｈｅ ｐｉｃｔｕｒｅｓ
ｐｅｒｓｏｎ’ｓ ｆａｃｅ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｔｏ ｇｅｔ ｒｉｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｆａｌｓｅ ｆａｃｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，
ｏｎ
ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｔｈａｔ ｐａｓｓｅｄ
ｔｏ
ｔｈｒｅｅ
ｏｎ
ｔｙｐｅｓ，ｎａｍｅｌｙ：ｍｅｔｈｏｄ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
０ｎ
ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ
Байду номын сангаас
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｂａｓｅｄ
ＯＮ
ｔｅｍｐｌａｔｅ
ａｎｄ
ｉｓ
ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｂｙ
ｏｎ
ｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ
ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｔｅｍｐｌａｔｅ
ａｎｄ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｉｓ
ｍｅｔｈｏｄ
ａ
ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｆａｃｅ ｔｅｍｐｌａｔｅ
ｍａｔｃｈ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ａｓ ｔｈｅ ｅｙｅｓ ｐｌａｙ
ｋｅｙ ｐａｒｔ ｉｎ ｐｅｒｓｏｎ’ｓ ｆａｃｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ
ａｎｄ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉｖｉｄｅ ｔｈｅ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｅｙｅｓ ｔｅｍｐｌａｔｅ
步提取每张人脸中所蕴含的身份特征，并将其与已知人脸库中的人脸进行对比，
从而识别每张人脸所代表的个人。人脸识别是一个交叉学科，它的研究内容涉 及计算视视觉、模式识别、计算机图形学、图像处理、生理学、心理学、认知 科学等。面像识别技术可采用非接触式的、连续的和实时的方式，在国家安全、 军事安全和公安、司法、民政、金融、民航、海关、边境、口岸、保险及民用 等领域具有广泛而特殊的用途。例如：公安布控监控、监狱监控、司法认证、 民航安检、口岸出入控制、海关身份验证、银行密押、智能身份证、智能门禁、 智能视频监控、智能出入控制、司机驾照验证、各类银行卡、金融卡、信用卡、 储蓄卡的持卡人的身份验证，社会保险身份验证，能够识别主人身份的智能玩 具、家政机器人，具有真实面像的虚拟游戏玩家等等。产业化前景极为广阔。 这一技术典型应用如下： １．身份鉴定（一对多的搜索）：在鉴定模式下，确定一个人的身份，该技 术可以快速地计算出实时采集到的面纹数据与面像数据库中已知人员的面纹数
Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｆｉｒｓｔ，ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
ｏｎ ｏｉｌ
ｍｏｄｅｌ ｆａｃｅ
ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎ
ｏｎ
ｔｈｅ
ｒｅｌｅｖａｎｔ
ｕｓｅｓ
ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ ａｂｏｕｔ ｆａｃｅ
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ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｆａｃｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ
ａｎｄ
ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ
ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｃｏｍｐｌｅｘｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘｉｏｎ
ａｎｄ
ｇｒｅｙ ｄｅｇｒｅｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｆｉｒｓｔ ｉｓ ｕｓｅｄ