基于图像处理的人脸识别系统

人脸识别技术（Ｆａｃｅ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）是机器视觉和模式识别领域最 富有挑战性的课题之一，同时也具有较为广泛的应用意义，在诸如证件检验、银 行系统、军队安全、安全检查方面都具有相当大的应用前景。这方面的研究最早 始于二十世纪七十年代初期，由于当时计算机技术发展水平等因素的限制”“ｌ，此 项研究并没有受到广泛的重视，甚至一度处于相对停滞状态。进入二十世纪九十 年代以来，计算机人脸识别的研究重新成为人们所关注的热点，在心理学、“神 经网络”、“工程学”、“图像处理及分析”、“数字图像处理”、“计算机视 觉”等方面发表了大量的关于人脸识别的论文，仅从１９９５年３ｉＵ２００１年之间，ＥＩ检 索到的相关文献就多达数千篇。由于人脸表情丰富，并且受光照、成像角度及成 像距离等因素的影响，还涉及模式识别和神经网络等学科，同时也和对人脸的认 识程度密切相关，这诸多因素使得人脸识别成为一项极富挑战性的研究课题。
在模式识别学科中，就“模式”与“模式类”而言，模式类是一类事物的代 表，而“模式”则是某一事物的具体体现，如数字０，ｌ，２，３，４，５，６，７，８， ９是模式类．而用户任意手写的一个数字或任意一个印刷数字则足“模式”，是数 字的具体化。
在模式识别技术中，被观测的每个对象称为样品，用ｘ表示，样品的数量用Ｎ 表示。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐａＲｅｍ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｃｅｒ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆａｃｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅ
ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。
本文对人脸识别系统进行了实现，对一张含有真人脸与假人脸共有的图像进 行了处理，采用肤色图像模型，再经过膨胀、腐蚀等处理，对人脸区域进行定位。 通过对人的眼睛的亮度进行匹配比较，去掉假眼睛的区域，得到眼睛的中心点。 再对嘴巴进行定位，得出嘴巴的中心点，最后把人眼和嘴巴用三角形表示，熬个 人脸用椭圆近似，成功地识别出人脸准确位置。
东北大学 硕士学位论文 基于图像处理的人脸识别系统 姓名：周丹 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：王建辉
20050701
东北大学硕士学位论文
基于图像处理的人脸识别系统
摘
要
摘要
人脸是当前计算机图像模式识别与处理的重要内容。是模式识别和机器礼堂 领域里最高有挑战性的课题之一。在人的身份鉴定、金融、保安系统和资料鉴定 等领域具有广泛的应用。
在模式识别学科中，就“模式”与“模式类”而言，模式类是一类事物的代 表，而“模式”则是某一事物的具体体现，如数字０，ｌ，２，３，４，５，６，７，８， ９是模式类，而用户任意手写的一个数字或任意一个印刷数字则是“模式”，是数 字的具体化。
在模式识别技术中，被观测的每个对象称为样品，用ｘ表示，样品的数量用Ｎ 表示。
对于一个样品来说，必须确定一些与识别有关的因素作为研究的根据，侮‘ 个因素称为一个特征。模式就是样品所具有的特征描述。模式的特征集由处于同 一个特征空间的特征向量表示，特征向量的每个元素成为特征，该向量也因此称 为特征向量。一般地用小写英文字母ｘ， Ｙ，ｚ来表示特征。如果一个样品Ⅳ有ｎ 个特征，则可把Ｘ看作一个ｎ维列向量， 该向量ｘ称为特征向量，记作：
关键词：模式识别图像处理人脸识别特征提取
·ＩＩ·
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ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｆａｃｅ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅ ｏｎ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｆａｃｅ—ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆｔｈｅ ｍｏｓｔ ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ ｉｍａｇｅ Ｐａｔｔｅｒｎ ｍｃｏｇｎｈｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｖｉｓｉｏｎ， ｐｌａｙｓ ａ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｓｕｃｈ ａｒｅａｓ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｗｉｄｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄｓ ｓｕｃｈ ａｓ：ｈｕｍａｎ－ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｆｉｎａｎｃｉａｌ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｍｅｄａｌ—ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｓ ｉｍａｇｅ Ｐａｔｔｅｒｎ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｆａｃｅ－ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｐａｔｔｅｍ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｅｒｖｅｓ ａｓ ｃｒｕｃｉａｌ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ａｎｄ ａ ｋｅｙ ｌｉｎｋ ｉｎ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｏ ｃｌａｓｓｉｆｙ ａｎｄ ｒｅｃｏｇｎｉｚｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒａｔｈｅｒ ｔｈａｎ ｂｙ ｈｕｍａｎ，ｉｍａｇｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｒｅｍｏｖｅｓ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｄｉｓｐａｒｉｔｙ ｉｎ ｅａｃｈ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．ａｓ ｗｅｌｌ ａＳ ｓｏｒｔｓ ｍａｄ
ａｎａｌｙｓｅｓ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂａＳｅｄ ｏｎ ｇｅｎｅｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒ．Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ：
ｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ ｄｅｓｉｇｎ·一ｓｕｃｈ ａｓ ｆｏｒｍｗｏｒｋ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ，Ｂａｙｅｓ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ ｂａｓｅｄ
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模式识别问题就是根据ｘ的几个特征来判别模式肖属于ｑ，∞，。。。类中的 哪一类。
１．Байду номын сангаас模式识别系统组成
一个典型的模式识别系统如图３．１所示，由数据获取、预处理、特征提取、分 类决策及分类器设计五部分组成。一般分为上下两部分。上半部分完成未知类别 模式的分类：下半部分属于设计分类器的训练过程，利用样品进行训练，确定分 模式的分类；下半部分属于设计分类器的训练过程，利用样品进行训练，确定分
东北大学硕士学位论文
第一章引言
如何能正确识别大量的人并满足实时性要求是迫切需要解决的问题。总之，要让
计算机象人一样方便准确地识别大量的人脸尚需不同学科研究领域的科学家共同 做出不懈的努力。
１．３模式识别的基本概念
模式识别研究的内容是利用计算机对客观物体进行分类，在错误概率最小的 条件下，使识别的结果尽量与客观物体相符合。
ｘ榧
Ｇ 一一
Ｘ２
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、● ● ●Ｌｒ ●０ ● ，
模式识别问题就是根据ｘ的几个特征来判别模式工属于ｑ，国：，．．．，∞。类中的 哪一类。
１．４模式识别系统组成
一个典型的模式识别系统如图３．１所示，由数据获取、预处理、特征提取、分 类决策及分类器设计五部分组成。一般分为上下两部分。上半部分完成未知类别 模式的分类；下半部分属于设计分类器的训练过程，利用样品进行训练，确定分
学位论文作者签名：融
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第一章 引言
第一章引言
１．１ 人脸识别的意义和发展现状
随着安全入口控制和金融贸易方面应用需要的快速增长，生物统计识别技术 得到了新的重视。目前，微电子和视觉系统方面取得的新进展，使该领域中高性 能自动识别技术的实现代价降低到了可以接受的程度１１－４１。而入脸识别是所有的生 物识别方法中应用最广泛的技术之一，最近几年倍受重视。
本文主要对图像模式识别理论和数字圈像处理技术进行了研究，并且对人脸 识别系统进行了实现。模式识别是图像处理的重要理论基础和环节，图像识别的 目的在于用计算机自动处理某些信息系统，以代替人去完成分类及系统辨识的任 务。图像识别将各种信息中与它们各不相同的物理内容去除掉，根据它们的共性 进行分类。具体包换分类器的设计，模板匹配分类器，基于概率统计的Ｂａｙｅｓ分类 器，图像的分割与特征提取和聚类分析等内容。在此基础上对基于最小错误率的 Ｂａｙｅｓ复合算法进行了研究，提出了一种新的轮廓一～区域人脸识别的复合算法。
人类在日常的社交活动中经常需要“认人”，这主要是通过识别人身上最独
特、最重要的特征——人脸，人类识别人脸的能力非常强，是目前所有用计算机
实现的自动人脸识别系统所无法比拟的。
１．２人脸图像模式识别的研究特点
人脸识别技术是一个非常活跃的研究领域，它覆盖了数字图像处理、模式识 别、计算机视觉、神经网络、心理学、生理学、数学等诸多学科的内容１１０－１３１。如 今，虽然在这方面的研究已取得了一些可喜的成果，但是ＦＲＴ在实用应用中仍面临 着很严峻的问题．因为人脸五官的分布是非常相似的，而且入脸本身又是一个柔性 物体，表情、姿态或发型、化妆的千变万化都给正确识别带来了相当大的麻烦。
ｏｆｅｒｒｏｒｓ．
Ｔｏ ｐｒｏｃｅｓｓ ａ ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ ｗｉｔｈ ｇｅｎｕｉｎｅ ａｎｄ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｆａｃｅｓ ｔｏｇｅｔｈｅｒ，ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｐｐｌｉｅｓ ｓｋｉｎ—ｃｏｌｏｒｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ， ｌｏｃａｔｅｓ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆｆａｃｅｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈｒｏｍｉｎａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｕｍｉｎａｎｃｅ ｏｆｅｙｅｓ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒｒｅｍｏｖｅｓ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｅｙｅｓ，ｆｉｎｄｓ ｔｈｅ ｆｏｃｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｕｉｎｅ ｅｙｅｓ．Ｗｅ ｌｏｃａｔｅ ｔｈｅ ｆｏｃｕｓ ｏｆｍｏｕｔｈ ａｓ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｗａｙ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｇｅｎｕｉｎｅ ｆａｃｅ，ｅｎｃｉｒｃｌｉｎｇ ｔｈｅ ｆａｃｅ ｗｉｔｈ ｅｌｌｉｐｓｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｅｙｅｓ ａｎｄ ｍｏｕｔｈ ｗｉｔｈ ｔｒｉａｎｇｌｅ，
东北大学硕士学位论文
第一章引言
如何能正确识别大量的人并满足实时性要求是迫切需要解决的问题。总之，耍让
计算机象人一样方便准确地识别大量的人脸尚需不同学科研究领域的科学家共咧
做出不懈的努力。
１．３模式识别的基本概念
模式识别研究的内容是利用计算机对客观物体进行分类，在错误概率最小的 条件下，使识别的结果尽量与客观物体相符合。
对于一个样品来说，必须确定一些与识别有关的因素作为研究的根据，侮 个因素称为一个特征。模式就是样品所具有的特征描述。模式的特征集由处于Ｉ训 一个特征空间的特征向量表示，特征向量的每个元素成为特征，该向量也因此称 为特征向量。一般地用小写英文字母ｘ Ｙ．ｚ柬表示特征。如果一个样品ｘ有ｎ 小特征，则可把ｘ看作一个ｎ维列向量 该向最ｘ称为特征向最，记作：
ｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，ｉｍａｇｅ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ，ａｎｄ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ
ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｃｌａｓｓｅｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｎｅｗ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｒａ ｏｆｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｏｕｒ ｏｆａ ｆａｃｅ，ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂａｙｅｓ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｒａｔｅｓ