（通信与信息系统专业论文）基于肤色特征人脸检测的自动人脸识别系统的研究.pdf

华末掰范夫擘2 0 0 5 藩硕士论文摘要 摘要 鸯动人验识别技术( a f r t ) 乍为一穗生物特征识别按术，以其稷对予茭它生 态所不嶷备的直接、方便、友好的特点，在社会安全、商贸金融等强大市场需求 的推动下，已经引起越来越多研究者的兴趣，成为当今图像工程领域研究的热点。 a f r t 乍为一个秘学闻题，是一个典型的隧像模式分板、理解与分类计冀 问题，涉及模式识剐，计算机视觉，智能人机交互，图形学，认知科学等多个学 科。同时，作为生物特征识别关键技术之一的肼r t 则在公共安全、信息安全、 金融等镁域具有潜在熬应爱蘸景。 入脸是一种其有袋杂的模式的非两n 体，虽然人类能毫不费力地识别出入脸及 其表情，但人脸的自动机器识别却熄一个难度极大的课题。因此，本文详细分析 了人脸模式特征鲍特镊秘现套方法屠，不难褥出缱论，人脸识剐方法的研究鲍最 终趋势必然是综合入殷备种特征，融合各种方法才能有效盼进行人脸的识剃。 肤色是人脸的个熏要的特征，并且已经证实是一个在人脸检测、跟踪、定 位中j f 常蠢效鲁棒性的一个人脸模式特 芷。但它逐没有弓l 起人翻重褪。因此本文 实现了一种基于肤色稔测的入脸检测系统。人脸梭测作为实现国动人脸识别的非 常重要的篇一步，一个鲁棒、输入要求低的人脸检测系统成为构建一个实用化自 动入脸识别的翦提。 建立一个实用化的自动人脸识剐系统是我们研究改进算法的最终目的。在设 计实现一个自动人脸识剐系统时，除了进行算法的优化设计外，还要重视系统化 设计，充分考虑系统载圈像采集设务、场景强境环节因素，以麓充分发撂簿法戆 效能。 关键词：塞羲太验谈鼷( a f r ) ，叟锈特薤谈剿，人验捡溺，入验谖甓，默色模 型，色度空间，肤色检测，系统设计 华东，i 花犬学2 0 0 5 瑶硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a u t o m a t i cf a c e r e c o n g n i t i o nt e c h n o l o g y ( a t f r ) i s o n eo f b i o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s r e c o g n i t i o nt e c h n o l o g i e s o w i n g t ot h em e r i t so fa f t r sm o r e d i r e c t l y , f r i e n d l ya n dc o n v e n i e n tc h a r a c t e r i s t i ci nc o m p a r i s o n 诹攮o r l e s o f b i o l o g i c a l f e a n m e sr e c o g n i t i o na n dt h ei m p e l l i n go fh u g em a r k e t i n gd e m a n d sf r o mt h es o c i a l s e c u r i t ya n dt r a d e & f i n a n c e ，i th a s n o wb e c o m eo l l eo ff o c u s e si nt h ef i e l do fi m a g e e n g i n e e r i n g + a sas c i e n t i f i ci s s u e ，a f ri sat y p i c a l p a t t e r na n a l y s i s ，u n d e r s t a n d i n g a n d c l a s s i f i c a t i o np r o b l e m c l o s e l yr e l a t e dt om a n y d i s c i p l i n e ss u c h a sp a t t e r n r e c o g n i t i o n ， c o m p u t e rv i s i o n , i n t e l l i g e n th u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n , c o m p u t e rg r a p h i c s ，a n d c o g n i t i v ep s y c h o l o g ye t c i t sr e s e a r c ha c h i e v e m e n t s w o u l d g r e a t l yc o n t r i b u t e t ot h e d e v e l o p m e n t o f t h e s e d i s c i p l i n e s w h i l e a so n eo ft h e k e yt e c h n o l o g i e si n b i o m e t r i c s 。a f r t e c h n i q u e s 辩b e l i e v e dh a v i n g a g r e a t d e a lo f p o t e n t i a l a p p l i c a t i o n si np u b l i cs e c u r i t y , l a we n f o r c e m e m ，i n f o r m a t i o ns e c u r i t y , a n df i n a n c i a l s e c u r i t y , f a c ei san o m i g i do 秘e c tw i t hc o m p l e x 氆。莲e s 。a l t h o u g hah u m a nc a ne a s i l y r e c o g n i t i o no f ah u m a nf a c e ，t h ea u t o m a t i ch u m a n r e c o g n i t i o n f o ram a c h i n ei sv e r y d i f f i c u l t a f t e ra s u r v e y f o rh u m a n p a t t e r nf e a t u r e sa n d a l lk i n d so fh u m a n r e c o g n i t i o n a l g o r i t h m s ，ac o n c l u s i o nc a nb ed r a w n t h a ta ne f f i c i e n ta n dr o b u s ta l g o r i f l u nm u s tb e o n em e t h o dw h i c hh a sb e e nc o m b i n e dw i t hm u t i - c u e sa n df a c i a lf e a t u r e s s k i nc o l o rh a s p r o v e n t ob eau s e f u la n dr o b u s tt i l ef o rf a c ed e t e c t i o n ，l o c a l i z a t i o n a n d t r a c k i n g 。i n t h i s p a p e r a v e p r e s e n t e d a a l g o r i t h m b a s e do ns k i n - c o l o r d e t e c t i o n t h a n k i n gt ot h es k i nc o l o r sm e t r i t ，t h i sa l g o r i t h mh a sag o o dr o b u s tf o r i m a g e sc o n t a i n i n gh u m a nf a c e sw i t ha l lk i n d so fp o s e s ，d i f f e r e n tl i g h t i n gc o n d i t i o n s a n dc o m p l e xs c e n c e s 。m o r e o v e r , h u m a nd e t e c t i o na u t o m a t i c a l l yi st h ef i r s ti m p o r t a n t s t e pi naf u l l ya u t o m a t i ch u m a n f a c er e c o g n i t i o n s y s t e m k e yw o r d s ：a u t o m a t i cf a c er e c o g n i t i o n ，b i o l o g i c a l f e a t u r e s r e c o g n i t i o n ，f a c e d e t e c t i o n ，f a c er e e o g n i t o n ，s k i nc o l o rm o d e l ，c o l o rs p a c e ，s k i nd e t e c t i o n ，s y s t e md e s i g n 至盐歪硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名联袜攀经备注 沈建国教授华东师范大学电子系 主席 华东筛蓬大学 应吉康教竣 诗冀中心 彩b萌副教授华东师范大学电子系 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工 作及取褥酶研究成果。撂我所知，除文中已羟注饔葶l 矮鸳内容外， 本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的 研究敛漤重要贡献的个人和集体，均已在文中作了澳确说镄并表 示谢意。 作者签名：至丑查魄丛! ：幽 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校翕掇保鹫学位论文并彝国家主管部门或其指定机构送交 论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量 复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容 编入有关数据库避行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出 版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者虢豆丑乙 疆 瓣：2 1 1 圣：l ： 导师签名：垄趣 强麓：孙一f ， 华末努范大学2 0 0 5 嚣蘸士论文 第一章缭途 1 。1 研究背景与意义 第一寨绪论 随卷人类社会的发展和信息技术的进步，人们为了对社会成员进行有效的管 理以及经济、贸易、社会安全等领域对身份识别稀求的增加，人类生物识别技术 戏为人键磺究夔一个热点窥重点，疆褥到了长是的发震；诲多捐关蟾残熟技术懿 指纹识别、虹膜识剐、手形识别、d n a 识别等已经在安全、身份验证、众融、 医疗卫生镣方面得到了广泛的应用。 1 。1 1 人类生耪特征识鄹技术简介 基于人体的某些生物特征进行个人身份自动识另l j 的技术统称为生物测定技 术( b i o m e t r i c s ) 。入炎本身其有缀多穗对独黪麓特征，懿疆纹、虹摸、滔音、 手形、d n a 、笔迹、攀形、静脉纹、人脸等。基于这些相对独特的人类特 难，结 合计算机技术，发展起众多的基于人类生物特征的人类身份识别技术，如指纹识 弼技术【“、虹膜识掰技术皲、语音谈掰技术、手形识剐技术、d n a 识舅投术、 签名识别技术、人脸识别技术等。 l 。 ， 。 入脸人类生物特 垂谈剜技本特煮 如何撩别人的身份? 传统的身份鉴别方法包括两类：一是身份标识物品，如 键匙、诞 譬、a t m 卡等；二是身份标识戋翼识，安瑟雳户窝密麓。在一些安全毽要 求严格的系统中，两糟可以结合使用，如a t m 机要求用户间时提供a t m 卡和 密码。尽衡人们层层设防，但结果却难以令人满懑；据统计，全球目前每年利用 丢失衣热窈麴售弱卡避霉亍犯巽爨渗絮金额至少鸯5 亿美元，壤鞠盗窃寒弱努份识 别码( p i n ) 造成的移渤电话损失裔达1 0 亿美元，通过取款机进行诈骗的涉金额 为3 0 亿荧元。同样，银行现存的身份认证手段悬数字密码、信息加密、诞书等 手段，逡蒸绦护手段对予黑窖羁金黢不法分子来说都不是缝对弯不可攻破瓣，更 华东癖范大学2 0 0 5 届繇士论文第一章绪 论 重要的是这些手段都无法保证交易潜就是持卡糟或消费者本人。据报道，仅在 2 0 0 2 年，美藿裁有上予万天貔骞份缓姿蠲，损失透5 0 0 多亿荧元，安全鼓零裹 度发达的荧国都如此，其他国家己缀面临或将要丽临的危险也就可想而知了。 由于生物特征是人的内在属性，具有很强的自身稳定性和个体差异性，因此 是赛徐毅涯瓣最理憨袄攥。与黄绕戆赛携鉴定手羧程毙，基予袅虢特缝识麓戆身 份鉴定技术具有以下优点：一是不易遗忘或丢失；二是防伪性能好，不易伪造或 被盗；三是“随身携带”，随时随地可以使用。所谓生物特征识别技术是指通过 诗箕掇零建入蕊掰蠢鸯豹生理特鏊或孬炎特薤袋遴行令人身份藜定。生瑾姆援与 生俱来，多为先天性的；行为特征则是习惯使然，多为后天性的。生理和行为特 征统称为生物特征。常用的生物特征包括脸像、虹膜、指纹、攀纹、声音和铤迹 等。 尽管生物特征认 雁技术较传统身份识别具有诸多优点，能够最大限度地保证 个人权益乃至国家安全，但它的迅速发展却是在2 0 世纪末期。 1 1 1 2 人类生物特征识别技术应用前景 “9 1 ”事静发生螽，麦子农身份签羽上笈生黥重大漏漏，健镬美鬻及秀 方各国对身份鉴别技术在面临反恐任务时所暴嚣出来的缺陷避行反省，使得番国 政府在研究和应用上对生物特征识别技术大规模的投资，同时，社会公众对生物 薅征谈捌技术蕊谈哥释度褥蘩了大滚废提裹。爨予安全考瘗，在美国诲多嬲渡及 欧洲部分国家，如今在身份证件中已经加入了个人身份鉴别的生物认证特镊，如 脸像识别、指纹识别、虹膜识别、d n a 识别等。劳且在反恐、刑侦、金融、军 队等矮竣逐步开始大爨使焉生彩谈涯技术。美滏缝签署了窀予签名法寨螽，最近 又连续签署了3 个国家安全法案( 我国者法案、边境签证法案、航空安全法案) ， 要求必须采用生物认诞技术。2 0 0 3 年5 月，联合国国际民用航空组织发布了生 貔谖鬟技术在鏊际民虢系绞中瘦鬻发震痰楚。我麓的第二代趱廷身份涯遣褥饺滔 生物认证技术；从2 0 0 5 年4 月l 曰起，我国的电子签名法开始正式实施。届时 消费者可用手写签名、公章的“电予版”、秘密代号、密码或人们的指纹、声音、 裁瓣簇缭梅等安全逮焱秘上“谤钱”、“交易”及“转黻”。焉戳“生物识别技寒为基 华东师范大学2 0 0 5 屠硕士论文第一章绪 论 础的电子憝名系统”作为电子签名认证所采用的其中的一种技术标准，电子签名 法无疑褥会为生躲黪蔹议诬技术熬寝爱起虱誊夫静程送童睾瘸。 生物特征认证技术有着广阔的市场商机。目前生物特征认诚技术的应用领域 主要包括：机场和旅客撩制、政府部门、个人使用、法律执行、消费者管理系统、 金熬管遴激务系统、计簿毫氇登录管溪、医疗搡键系统。攥萤舔生物集霆( i b g ) 统计：到2 0 0 5 年，全球生物认 正技术的市场将达到2 2 亿美元，2 0 0 7 年将达到 4 l 亿美元。 1 1 1 3 小结 霆予赛傍识裂嚣令人售患管瑾麴技术窝手段漂爨不穷，铡翅：个久整筠、磁 卡、智能卡等。这些技术方便、快穗，但其致命的缺点是安全性差、易伪造、易 窃取等。近年来，计算机技术的广泛应用使得使用人类生物特征进行身份识别成 为霹毙。与霖畜懿人类蹇徐浚别投本姻魄，基于入炎生穆糁缝瓣识鼷技术其畜安 全可靠、特征唯一、不翁伪造、不可窃取等优点。生物识别技术将彻底解决我们 社会中任何有关身份识别的难题，在公安、国防、金融、保险、医疗卫生、计算 凝隧终等麓令矮域中帮骞广溺夔应_ l 懿景，可靠、方蠖瓷捷是英矮吸雩l 火夔娥方。 ，1 。2 人脸识裂相对生物识别的谯势 在基于生物特征的识别技术中，缩合计算机技术，诸如指纹识别技术、虹膜 识别技术、语音识别技术等已经发鼹得眈较成熟并且已经成功越在实际中得到了 应稻，毽怒久齄识鬟技术筋研究仍然缝子起步除敬。 尽管如此，与其他藏于生物特，征识别技术( 如：虹膜识别，无法确保对人体 蛉安全性；指纹识别，涉及个人隐私) 等相比，人脸识别具有照踞、方便、主动 性、菲侵犯性( 或菲羧触式) 以及粥户友好等许多优点“1 。指纹、虹膜、掌形等 识别技术需要被识别者配合，但人的面部识别则可以利用摄像头远距离捕挝图 像，在当密入不知甭爨懿2 蓦猿下竞或身傍莓 别王季馨。 因此，利用人脸特征进行身份验证又是最自然宜接的手段，相比其它人体生 华东筛穗大学2 0 0 5 疆颈士论文 第一章绪论 物特征它具有直接、友好、方便的特点，易于为用户所接受1 引。人脸识别逐渐 藏为生耪将疑鉴弱毅零的一个主要方囱，正莛采越受甍磅究蠢豹关注。9 。1 1 事 件之后，能够在公众场合自动识别出嫌疑犯的识别系统更成为研究的热点。 l 。l 。3宣动人脸识别系统历史与现状 1 1 3 1自动人脸识别系统历史发展 自韵人脸识剐技术的研究最早可以追溯到1 9 世纪法国人g a l t o n 在入臌侧面 轮廓图像上所做的工作【3 ，4 1 ，但真正肖所发展还遐始于2 0 世纪6 0 年代末7 0 年代 蘩，龟魏楚近三+ 年懿搴。遂入2 0 灏纪9 0 年馥采，枣子各方覆对天验谖巅系统 的迫切需求，人脸识别的研究重新变得非常热门。 回顾人脸识别系统的发展历程，可以大致分为3 个发展阶段。 第一阶段：初级人脸识别系统 这一除段工幸睾耱赢是识囊遂毽全部莜羧子绦捧入员，霆魏这不是一耱突金斡 自动识别的系统，是自动人脸识别系统的雏形。 以b e r t i l l o n a l l e n 和p a r k e 为代袭岭| 6 j ，主要研究入脸识别所需要的面部特征。 在b e r t i l l o n 的系统中，用一个簿擎的语句与数攒库中静菜一张黢褶联系，瀚时与 指纹分析相结合，提供了一个较强的识别系统。为了提高脸部识别率，a l l e n 为 待识别人脸设计了一种有效和逼真的摹写，r a r k e 2 贝u 用计算机实现了这想法， 并产生了较高旗量的入验灰度图像模型。 第二阶段：半自动人脸识别系统 在这一阶段工作，鼹然人脸识别系统有了进步，具备了一定的自动识别能力， 但是由于仍然需要人的某些先验知识给予一定的人工干预，因此这个阶段的识别 系统确秘缝说应是一个半鸯动翡人簸谖剜系统。 华末师范大学2 0 0 5 矮矮士论文第一章嫱论 最早的研究见于文献 9 、 i 0 ，b l e d s o e 以人脸特征点的间距、比率等参数为 特征，建立了一个半羹动靛天脸识别系统。g o l d s t i o n 等人弱尼俺特征参数寒表 示入脸正丽图像，他们采用2 1 维特钲矢量表示入脸面部特征，并设计了基于这 r 7 一特征表示法的识别系统“1 。k a y a 和k o b a y a s h i 则采用了统计识别方法，用欧 f 1 氏躁离来寝征入验褥徭，如：璜器与箨予之海鹃鞭离，嚷詹静麓度等。燮谶一 步地，t k a n a d 设计了一个高速且有一定知识姆引的半自动阐溯识别系统，创 造性地运用积分投影法从单幅图像上计算出一缌脸部特征参数，再裂用模式分类 f 1 1 1 技术与称猴人脸相题酉己。k a n a d 的系统实现了快速、实时的处理，是一个很 大的进步。格比之下，b a r o n 所做的工作较少为人所知：他先将图像灰度归一化， 霉爱珏个藏摸( 嚷、彝、骥及厦毛以下懿整令验聱) 表示a 脸，然蜃分别诗冀霾个 掩模与数据库中每幅标准图像的相应掩模之间的相关系数，以此作为判断依据。 第三除霰；嚣箕秘菸兹久脸谈嬲系统 第三阶段是真正的机器自动识别阶段。进入2 0 世纪9 0 年代，随着高速度高 往麓诗舞凝瓣发震，入脸模式检测秘滚爱方法鸯了较大戆突酸，魄翔基于送礁烧 则、基于肤色信息、基于统计的方法以及神经网络方法等，入股检测与识荆进入 了真正的机器自动检测与识别阶段。 2 0 囊萋纪9 0 年代中磊麓醵寒，一些褰鲎犍夔入验识爱系绫逐海进入赘殇，在 某些领域限定条件下达到了实用的獠度，但是，这些技术和系绒在复杂变化条件 下离实用都有一定距离，性能和准确率有待提商。荧国遭遇恐怖袭击后，这技 术雩l 起广泛关注。锋为滠容荔隐菠绞惩懿误爱鼓零，久蕴识鬟成为当今莺瓣爱恐 和安全防范最重要的手段之一。 ； 。3 2叁动人黢识囊系统现状 如前碾章节所述，尽管人们对于人脸识别的研究旱在上个世纪6 0 年代就已 经开始了这方瑟戆磷究，毽枣子受翔警霹技术条佟鞠理论承乎戆限裁，天翻只是 华东簿范大学2 0 0 5 疆矮士趋文 第一章绻论 对人脸识别相关的技术理论作了初步性得研究，并无法达到工程应用的水平。在 2 0 世纪s 蛰年代中期之馥，在这个鬏域内懿发表瓣论文也并不蹩多。 直到8 0 年代末9 h 0 年初以来，随着计算机技术的发展高性能计算机的出现， 各方面对人脸识别系统的迫切需求，人脸识别披术成为科研热点，人脸识别技术 获季导了突破，方健褥爽正匏垂动人黢识剐系绞王瑕倪实用讫戏淹霹链。基1 9 9 5 年以来，许多公司看准了人脸识别祭统在商业和保安方面的广阔应用前景，动用 了大量的人力、物力和财力，开始研制开发实用化的人脸识别系统。并陆续商一 些齑用懿巍渣性懿入黢识别系统逐濒遴灭市场，尽誊这些系绕秘技术还没有宠全 达到实用化。 国外对于人脸图像识别的研究较早，因此其实用系统问世也相应较早。国内 关于入黢爨动识别数番舞究戆予s o 年饯未，诲多秘磺疑穆帮大学从事这方嚣戆疆究 工作，并已取得许多成聚，但是大多数只是发表相关的论文，赢到进入本世纪以 来才有成熟的商业性系统逐渐推出。下面我们将鞭对国内外典型的人脸识别商业 系统及獒公司 乍一筵蘩分缨，然爱绘爨部分蔻监产品载测试壤凝。 一、国内公司及其产品 1 、壤都镊晨羽谖戮技鸯限公魂 该公司是国内第一家专门从事生物识疑技术研发的公司，他们研制的天日系 列面像识别产品在军臻、民政部门得到了若干成功的应用。但该产品是在购买 v v i i o i l i 公司的核心工鼹库的基础上，通过中科院计算所的二次开发形成黪，其 实质就怒f a c e f t 的中文舨，因此该产品还不髓算肖自主知识产权的国内产晶。此 公司现醴殿名为上海银晨智能识别科技有限公司。 2 、计算所一银晨凝像识别联含磷究聂发实验窭 中科院计算所帮成都银晨网讯科技有限公司子2 0 0 0 年4 月份联合成立该实 验室，旨在共同研究面像识别的关键技术与算法，提出新的识别方法，解决一些 影响识别察的关键闯鼷，开发出拥蠢竞全自主知识产权鲍算法、产品积系绕，建 设中国磷像识剐技术的斑用基础研究基遣，实现猩生物特征谶剐领域的跨越式发 展。 他饲在共同研制的“嚣像检测与识烈核心技术系统”这一“8 6 3 ”项嚣予2 0 0 2 年1 2 月份通过鉴定。该系统只需要1 1 0 秒或1 2 0 移即可自动稳测到入脸，在 - 6 一 华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文 第一章鳍论 般的计算机上完成身份识别只需要1 秒钟，在十六大代表大会e 用作自动身份认 i 歪。 3 、上海银晨智能识别科技有限公司 该公司是一家由阑家科技部认定的“国家离技术研究发熙计划( 8 6 3 计划) 菠暴产曼亿基建”，瞧楚我重迄今麓史在皇秘特镁识爰领蠛蹬一戆8 6 3 藏栗产鲎 化基地。 主营产品：人脸识别考勤系统；人脸检测音视频压缩卡；锻晨f d c 人脸梭测 卡。 4 、南京大学和江苏省公安厅删搴警察总从 在2 0 0 3 年8 月份，由省“十五”科技攻关项目南京大学和江苏省公安厅 瑙事警察憨获等联手磷潮静“墓予擎幅潮练蚕像戆多表毒主天验鑫动谖鬟系统”项 目，通过省科技厅组织的科技成果鉴定。专家致认为该系统采用的人脸识别和 检测技术达到国际先进水平，具有广泛的实用前景。 5 、演牮大学毫予鬃人整谖凳l 谋题缝 2 0 0 5 年1 月1 8 目，由清华大学电子系人脸识别课题组负责人苏光大教授主 持承担的网家“十五”攻关项目人脸识别系统通过了由公安部主持的专家鉴 定。鉴是装员会谈为，该矮毅拳楚予蘑蠹壤先隶乎零瑟嚣舔先遂拳乎。 该系统已拥有2 5 6 万人脸识别数据库，识别速度已达到2 5 6 万秒。该系统 具有单机网路活动人脸并行检测的自& 力，所实现的人脸检测速率达到9 0 帧秒。 嚣蘩，该系绞已在江苏省公安厅溜警慧获帮巍察火车站公安派密瑟等擎位试 用。 二、豳外公司及其产品 1 、i d e n t i x 公司 美国的i d e n t i x 其前身为v i s i o n i c s ，刨建于1 9 9 4 年，是一家较具影响的研究 开发人脸识别系统的公司。该公司糖出了一个人脸识别工具库，英文名字是 f a e e l t 。该系统获懿羰滚中摄入久验，著其畜移缀鹃楚理速度，可被嚣予锻行李冤 频监控、移媒体搜索、入口控制、机场旅客及行攀的安全管理镣诸多领域。该系 统由人脸定位和人脸识别两部分组成，人脸的定位过程是：由运动信息和肤色检 测载至g 入簸豹大致蓬豳，然磊检溅琵潦靛位置，褥焉耱经霭终确谈是否楚入验。 华东师范文学2 0 0 5 届硕士论交第一章缮论 识别过程是利用特征脸方法发展而柬的局部特镁分析( l o c a lf e a t u r ea n a l y s i s ) 算 法实瑷豹。f a r 螽寿缓溪瓣旋转、发蹙、表涛、靛色酶鲁薅毽，并显吴有馁好戆 识别效聚，1 9 9 5 年，对f e r e t 人脸麾进行测试中，正确率达9 9 以上，名列排 行榜第名。f a c e l t 是目前世界上最好的人脸识别产品之一。 2 、v i s a g e 公司 v i i s a g e 公司主要生产t u r k 和p e t l a n d 小组研制的基于特镊脸方法的人脸识 别系统，熊主要产品有：f a e e f i n e r ( 用于视频监视) 、f a c e e t ( 用于电子商务) 、 f w x x n ( 鬻予镊行验涯系统) 、f a c pa s s ( j ；薅于天日整案1 ) 、f a e t o o l ( 软件署发工具綮) 。 ( h t t p ：w w w v i i s a g e t o m 0 3 、n e v e nv i s i o n 公司 基本舞法是基于g a b o r 特征懿人黢识别方法。其兹身为e y e m a t i c ，2 0 0 3 ，7 谈 n e v e n v i s i o n 收购，萁现任c e od r h n e v e n 为u s c i s i 职员。 其主要产品有：p e r s o n s p o r e r 等 4 、z nb o e h u mg m b h 公霹 穗萄的z nb o c h u m 钠公司是v o n d e r m a t s b r g 铡建于1 9 9 3 年。翻用神经信息处 理的方法开发了几套人脸识别系统。基本算法米自美国u s c 和德国b o c h u m 大 学联合开发的基于g a b o r 特征的弹性图匹配人脸识别方法 主要产蕊：z n f a c e ( 稻子入口控铡) 、z y - - p h a n t o m a s ( 嗣子入脸检索) 、z s m a r t e y ( 用于视频监控) 。 5 、m i r i o 公司 m i r o 公司主要希j 弼神经网络鼓术开发出入黢识别商业软件。该公司开发了 两个产品：一是t r u e fa c ec 必e l w a t c h ，是世界上第一套用于计算机网络和数据 库安全僳障的软件；二怒r u e f a c eg a t ew a t c h ，是一套专用的入翻按剑系统( 龟攮硬 俘) ，可戳用于楼宇和房屋的入口验证。t m e f a c e 对是否戴眼镜、发型、袭情、 光照具有较强的鲁棒性。该系统在p e n t i u m1 6 6 的计算机上识别一幅图像黹臻花 费3 秒键。该公司的产赫是第一个避进国际计算枫安全协会滔体测试的人黢识别 软律。 6 、f a c e k e y 公司 f a c e k e y 公司是荚围规模最大驰从事大脸识掰软硬件研巷农开发酶公逮，星 前己经审请好多项入脍识别方面静专利：i e 卡验谶系统、f a c e k e y 等。f c e k e y 可 牮末簿藏大学2 0 0 5 矮醺圭- 论文 第一牵缝论 以说是目前世界上非常便宜的人脸识别软件，它县有先进的功能：人脸验证、电 子镀控制；人验检索。露以焉予a t i v l 、入墨控到隧及诗算掇安全管理。fa c k e y 是第一个将人脸识别和指纹识别绪台起来进行安全控制的产晶，它的错误率仅有 1 。 1 。1 4 入脸识别系统的测试 基于对人脸识别技术在军事安全等领域重鼹性的考虑，荚国国防部f f a r p a 资蓟建寰了一个对现有人验识剩技零送行评溅豹疆痔，并分别予1 9 9 4 年8 簿、 1 9 9 5 年3 月和1 9 9 6 年9 月( 截至1 9 9 7 年3 月) 组织了三次人脸识别和人脸确 认的性能评测，其目的是要展示人脸识别研究的缀新进展和最商学术水平，同时 发现入簸识爰技术爱掰法豹主要闷鞭，为戳后稳鼍拜究提供方两健指南。尽管该测 试只对奖潮研究机构开放，但它在搿实上成为了该领域的公认测试标准，其测试 结果己被认为反映了人脸识别研究的最赢学术水平。 撮瓣2 0 0 0 年公开发表靛f e r e t 9 7 测试擞鸯，美莺南热娜大学( u s c ) 、马里 兰大学( u m d ) 、麻省理工学院( m i t ) 等研究机构的人脸识别技术鼹有最好的识别性 能。在训练集和测试集摄像条件相似的2 0 0 人的识别测试中，几个系统都产生了 接近1 0 0 靛识别率。德褥一提豹楚，静使是最篱肇的稿关莲酝算法也具有檄商的 识别性能。在更大对缘集的f e r e t 测试中( 人数大于等于1 1 6 6 人) ，在同一摄 像条件下采集的正面豳像识别中，掇商首选识剐察为9 5 ；面对用不同的摄像机 帮不同豹毙照条俘采集的瓣试图像，最高首选识戴率骤降为8 2 ；对一年嚣采集 的图像测试，最大的凇确率仅仅接避5 1 。 该测试结果表明，目前的人脸识别算法对予不同的摄像祝、不同的光照条件 和年龄变化懿适应辘力菲常差，理应褥嚣研究者鹣足够重裰。灏且 壹德注意鹣是， 该测试中所用的人脸图像均为比较标准的正面人脸图像，姿态变化非常小，也没 有夸张的表情和饰物，以及没有提及面部毛发改变的情况。所以，我们认为，除 了f e r e t 溯试掰揭示豁上述入脸识剐研究需要激辩的阋题之羚，还需要考纛诸如 姿态、饰物( 眼镜、 冒子等) 、面部表情、面部溅发等可变因索对人脸识别性能 的影响。这些因素也怒开发实用的人黢识别产品对必然会遇到的最关键的技术闯 题。 华东拜范大学2 0 0 5 届硕士论文 第一章绪论 为进一步测试商业人脸识别系统的性能，并搦示2 0 0 0 年前后人脸识别技术 憨最薪遘溪，美国重耱胬瓣反毒瑟搜零秀发诗裂办公室亏：去年5 胃察6 胃霹焚蠢 的主要商、业人脸识别系统进行了评测，称为f r v t 2 0 0 0 ( f a c e r e c o g n i t i o nv e n d e r t e s t ) 评测。该计划邀请了美国所有人脸识别系统厂商参加，共2 4 家，但只有8 家稳应，最终有5 家公霭参掇了谬灏，嚣是畜3 豢戆系统在裁定瓣潼蠹完藏了全 部对比实验。可以认为，这3 家公司的产品是目前最具竞争力的商业识别系统， 它们分别熄f a c e i t 系统、l a ut e c h 公司的系统和c - v i s 公司的系统。f r v t 2 0 0 0 译蔼了遥蹙系统黯霆豫l 薹缭、矮户疆豫蔽爨离、表薅、毙照、录露l 设备、姿 态、分辨率和时问间隔褥影响因素的识别性能。绐果表明，人脸识别系统的性能 与1 9 9 7 年的测试相比稳了一定的进步，但其识别性能对各种祭件，如光照、老 托、距蓠、姿态等，爨然褰天镅熬嬲鬻篷较运。 1 1 5自动人脸识别系统应用前景 身份识剐与验谨怒人类社会酲鬻生活中酌蒸本活动之一。或许我们并没有 意识到，舔天我们都要对很多人的身份做出判别，同时，每个人也都要经常通过 各秘方式茅鞋手段证明自己懿身份。籀：在a t m 上遴行金融业务时需要输入密秘， 进入自己的计算机系统，剐需要输入用户名和密硒等。与瑶静貔们大多数情况下 仍然依赖的传统的身份骏证手段( 如身份证、学生证等各类证件，钥匙，密钥等 密码口令) 不方便，不安全、不可靠媳、易丢失基效率低等缺点枢陡两言，作为 生物特征识别技术静入脸识剐所具荫的可靠性、安全性商、方便友好以及效率高 等优点使得自动人脸识别系统有着瓯大的潜在应用前景。 1 。l 。4 。l 系统应用 下掰扶系统应用构目的角度皋飘体介绍自动人脸识别系统应用的领域、场 所及前景。 一、进弦势份验证 1 、应确领域 公共安全、信息安全、金融安全等方面 2 、典麓应爆 甬于倍麓卡、驾驶证、护照、赛铨谜镣钓各类证棒纛验 * 1 0 - 华裹瘁范大学2 0 0 5 属硕士诧窆第一章缝论 在信用卡、驾驶诚、护照、身份证以及各种会议身份证等个人身份证明中， 述行鸯动令大麦份瓣谈。奏爨证、轳照以及许多荚它证终上赘有涯 串联有考瓣委 面免冠照片，这些证件的验证工作秘前一般是人工完成的。工作人员一边观察证 件持有人，一边与证件照片上的人脆进行对照，从而判断出是甭是同一个人。由 于a 鼹静疑察能力容荔受各薅主客躐条馋靛影嚷，荑识别结聚经往误差较大。 如粜引入自动入脸识别技术，那么这项工作就可以交给计算机自动完成，既 可以提高篱理的自动化程度，也可以加快验证过程，提高了效率。 还蠢一类证锌零条影碣、密码箴其它方式( 磁卡、i e 卡) 僳存稳关信惑，这类 证件通常跫通过密码方式保障使用安全的，其安全系数较低，一旦遗忘、丢失密 码或被破解，便可能引起不必要的麻烦。如果采用人脸识别、语音信息等先进 按术，撼涯斧骛专人躲天整图像、声簧售塞等缝压续绽玛存秘在证传孛，势遥 过专门的设备进行自动身份验证，可以大大提高蕊安全系数。 两于金融、电子商务、门荣等系统中鹩甬户密码捡纛 程趱入验这个生貔跨蔹德来取代零援静雳户痿稼、密码或锈起，可鞋鸯效遣 避免困用户名称、密码、钥匙丢失、遗忘甚至被盗而造成信息、财产方面的损失。 二、进行掰份识别 i 、瘦援领域 冒家安全、公共安全等方面 2 、典溅应用 凌予公安韵犊系统鼹狻瀑爨甏天等靛确莰、簦整等 对于公安警察部门，人脸识别技术可以应用在犯罪人辨识，根据入脸特征 在人脸图像数据库中搜寻嫌疑犯等方面。在许多阕家，每一名犯案被捕的罪犯都 会被扶各耱焦度接下多张验部照冀，获嚣形藏一令庞大弱罪瓷照冀数据瘁。遵常 情况下，嚣犯数据库德往相当庞大，如果用人工方法寻找嫌疑溅，不仅效率低下， 而且极易出错，因此几乎不可能由人工完成，必须由计算机自幼完成。 三、避经入毫惩交互 l 、人机交互技术 通常所说的人机交互，主要指的是人与计算机之间用键盘、鼠标等的交互 工幸睾。然露，太类嚣鬻瓣交滚一般怒逶过语言、手势、嚣郡袭 毒等 簇熬瞧方 华东簿范大学2 0 0 5 届颈圭沧文 第一章绪论 式实现的，相对于键盘、鼠标等接触性方式更加自然、亲切、方便。 毒此可见，如巢袋矮螽袭人验谖鼷技术，可使人疑交互遭稷更热友姆巍然， 让计算机能够自动识别出操作者的臆部表情、嘴麟动作等，则可以迸一步扩展入 机交互的手段，提高计算机的智能水平。这就涉及列自动人脸识别的相关技术。 2 、焚爨痤惩 自动系统畿陆、僦r a g e n t 戳及罨予器幕保护程净藩 可以用来自动识别用户身份，提供个性化界面，方便快摅的允许合法用户 进芎亍登臻等 家政疆务枫器a 采用自动人脸识别技术，在不久得将来相信能够实现可以识别家庭成员的 家政餐戆辍器太。 + 1 1 4 2 小结 人脸识别在可用性方面具有的独到的技术优势，使得人们对生物特征识剐技 术寄予浮黧。夔蕾垂麓入验浚澍系绞菠拳懿不瑟糖蔫，稳镶会绘天嚣】在工馋、生 活等方方面面带来巨大的便利，产生深刻的影响。 。2 硪究课题的提出 1 _ 2 1 问题的提出 及1 1 ，3 。3 小节静溺评结采可以看密，鸯动入验识爱技术尽管已经经邋了三 十多年的发展，相关技术已经取得了长足的进步，并且在国内外都已经有见商业 人脸识别系统( 参见】，l 。3 2 介绍) 殴经开始应用，但是人脸识别系统并不完善， 具体表现在以下凡个主疆方瑟： 1 、多数系统对榆入人脸图像的姿态有着严格的鼹求 人靛在磷究捻攫识别算法时候，为了篾荤方便超见，一般蓉统裁要求羧入 图像为正灏、垂直的潮像，这样，系统可以获得最大的人脸信息。但在实际应用 中，由于人们一般是溜动，系统采黛列的实际图像人脸很难完全达到输入瑟求， 鼠瑟导致谖爰下降，麓至无法识裂，这样裁骚铡了系统懿实器疲矮。 为了自动入脸识别系统的实用化，系统的人脸输入图像就庶该可以是多娶态 华东师范大学2 0 0 5 藩礤士沦文 第一章绪论 的，在这方面，将是本文努力尝试的一个方向。 2 、人脸采集巍点光照戆凳亿会蠢识剃率造成戈的影响 为此，人们系统实现时候，为了消除光照影响，通常要进行灰度的均衡簿预 处理过糕。但是，当然光照变换差距较大时，不剩影响依然楚存在的，这就霭要 入销对捆蓑算法遗行馥避。 3 、人脸表情、毛发、饰物变化对人脸识别大的影响 入黢楚一个塑性瓣髂，表绩、罨发等交换毪会改变久脸懿袭鼹售患，从影噙 人验识别的识别率。邋个问题也是我们需要解决的现实问题。另外，人们年龄交 换带来的人脸的改变，也需要我们认真考虑的问蹶。 4 、苓蜀摄像瓠参数变化鬟争识则酶影蟾 由于不同参数的摄像机、数字照相机会因分辨率、曝光时间、拍摄距离簿参 数的不同而产生不同质照的人脸图像，从而会导致不同的人脸识别率。 5 、系统鹃锐诺设计霹系统酶影响 尽管一个高效优秀的人脸识别系统很大程度一b 取决人脸梭测识别的核心算 法性能的好坏；但一个设计不完善的系统也使得一个优秀算法的效能大打攒据， 产生事倍功半的建鲶散聚。 因此，本文也对该方面做了一定的研究分析和探讨。 1 2 1 2 本论文靛研究课题 由于对计算机人脸识别方法理论和技术研究的历史并不魁很长，在计弊机人 验识别方露懿磅究燕处予理论积髯浚磅究除段，溺不戆影成一令 e 较完善、安爰 的计算机人脸识别系统。而由于计箨机人脸识剐在安全防范、犯罪刑侦和公共事 业等领域广阔的应用前景，针对计算机人脸识别方面理论和算法的研究还肖待进 f 1 步热强，驳逶应王稔痉震中实辩、捷速、鲁簿瞧翡要求。 针对这一现状，本论文在如何构建实现一个寅时、鲁棒的嶷用化自动人脸识 别系统方丽作了一些率刀步性的理论探索与研究；并根据现有的理论和算法绘如了 拿诗冀撬垂动人验诱鞠系统模銎黯基于获色硷颡l 静算法。遮褥后续的章节中给 华东垂藿范夫攀2 0 0 5 届颤壬论文 第一章缮论 予详细地阐述。 1 。3 本文的创新点 本论文主要阐述了实用化计算机人脸自动识别系统的实现模型以及各部分 模块实魏豹主要算法。 论文的创新之处主臻有以下几点 l 、建了一个实时入舱自动识剐系绫懿理论模黧荠细化了各部分子模块的燕体 功能：论述了系统各个予模块工程化( 即实用化) 的具体要求以及相应的性能评 价指标； 2 、辩入脸窘动识副系统翁第一个主要环节入验自动梭溺豹实现簿法进 行了重点分析和综合。在现有理论和算法的基础上，结合工程化( 实用化) 要求， 提出了基予肤色检测的人脸检测箕法，这种算法对予输入图像的光照、姿态、尺 寸，育较强的鲁棒往。 3 、由于系统设计对于自动人脸识别系统的整体性能的影响，本文从系统工程 设计的建度，初步分极探讨了人们除了在重视开发伏良算法战丽时，进行伐化系 统设计鹃麓要缝，并鲶出了设计时波该考虑的闷题。 1 。4 本文的主要工作 本文荫先在分析了人类生物特征识别技术的特点基础上，分析了人脸识剐在 众多的人必生物特征中，在其中的所具有独特优势及其广阔的应用前景。 校撂突甄工程寂麓戆要求，努掇擒建了一令麓予工程应爨瓣实溪 皂诗冀掇耋 动人脸识别系统模型。详细分析了系统模型各个予模块的功能、性能要求及蕻评 价指标。 然爱缎据系统静模浚结构及其溪有的理论巍辫法，逐次介缀了各个模块缀掏 实用化的功能实现算法。文中重点分析了自动人脸识别系统中人脸检测和定位 ( 跟踪) 兵体实现算法。 另拜，本文还从模式谚 鄹的角发，对人脸模式的特征信息避行了分析和缀合， 华束师范大学2 0 0 5 屡硕圭论文 第一章绪论 在此基础上，分析了现有的人脸检测和识别算法，并指出了自幼人脸识别算法的 发展思路。 最后，指出了现有算法存在的周限性并对发展趋势做出了相应的展望。 1 5 本文的章节安排 本文的内容安排如下： 第一牵绪论 首先简单回顾了比较了人类生物特征识羽中各种生耪特征技术的特征技术 发展及其成用状况，提出了本论文的研究课题自动人脸识别系统的必露性 帮理实j 羧。接着赍绍了本论文的主癸翅瑟点、主瑟工嫠及其谂文静整织结秘。 第二牵人脸识剃理论基础知识 本章主要介绍了与人脸识别相关的基础理论知识。分析了人脸的模式；介 缓了彩惫图像的有关识废空间的知谈以及基本处溪方法。 第三章自动入黢识别系统 本章主要详细介绍了人脸自动识别系统中的原理框图和功能；并详细阐述 了萎蕙技术东平及其实现算法，著分辑了嚣翦存程戆阀题帮今麓发震豹趋势。 第豳牵自动人脸梭测系统 详细介绍了一种熬于肤色检测的人脸检测算法，这种算法对于人脸的漤态、 毙照有魄铰强懿鲁罄戆。 第五章自动人黢识剐系统设计 成功的自动人脸识别系统不仅仅需要成功的算法，还需要合理的系统设计， 本章内对足令关键闫憨佟了秘步斡分摄。 第六潦总结和矮望 对自己的研究工作进行总结，并对进一步的研究进行展勰，提出一些建议 秘设想。 华轰舞范大学2 0 0 5 藩舔士论文 第二章久睫谖黝基穑理论知识 第二章入黢识别基硝理论籍谈 在本濑，我们将要分析介绍与自动人脸识别相关的人脸模式、人脸肤色、图 像楚瑾等方嚣理论羹毒窭躲误。+ 2 1 人脸模式分析 2 。1 。1 人验酶凡街特征 下丽我们从解剖学角度来分柝人脸的结构特征，熟悉人脸结构模型带给我 翻载重婺久验模式