复杂背景中的人脸识别技术研究

Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ０ ｎ Ｆａ ｃ ｅ Ｒｅ ｃ ｏ ｇ ｎ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｎ Ｃｏ ｍｐｌ ｅ ｘ Ｂａ ｃ ｋｇ ｒ ｏ ｕ ｎｄ
ＷＡ Ｎ Ｇ Ｊ ｉ ｎ － ｙ ｕ ｎ ， Ｚ ＨＯ Ｕ Ｈｕ ｉ － ｊ ｉ ｅ ， Ｊ Ｉ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ￣
ｔ ｈｅ ｓ ａ ｍｅ ｈ ｕ ｍａ ｎ ａ ｎｄ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｌ ｌ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ，ａ ｎ ｄ ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｉｅ ｆ ｓ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｍｉ ｌ ａ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｍａ ｇ ｅ ．Ｂｙ Ｏ ＲＬ ｄ ａ ｔ ａ ｂ ａ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ ｏ ｕｔ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｍａ ｇｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ，ｅ ｘｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ
基 金 项 目：国家 自然科 学 基金 资助项 目（ ６ １ １ ７ ５ ０ ５ ４ ）
算法检测人脸，应用一种新的人脸序列图像的对齐方法和
基于张量分解的线性子空问识别方法进行人脸识别 。文 献【 ５ ］ 提出一种新的自适应肤色分割的算法定位人脸 ，采用 局部 Ｓ Ｖ Ｄ方法提取人脸图像特征值，以 Ｐ Ｃ Ａ算法加以识
ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｓ Ｔ ｗ ｏ — ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ Ａ ｎ ａ １ ｙ ｓ ｉ ｓ （ ２ Ｄ Ｐ ｃ Ａ ） ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍｓ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｍ ｅ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ
第３ ９ 卷
第８ 期
王金云 ，周 晖杰 ，纪 政 ：复杂 背景 中的人脸识别技术 研究
１ ９ ７
Ｐ Ｃ Ａ ） 、 二维主成分分析（ Ｔ ｗ ｏ － ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ Ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ
视觉的通用算法 ，具有开放式源代码、强大的图像处理和
［ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｓ ａ ｆ ａ ｓ ｔ ｆ ａ ｃ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｃ ｏ ｇ ｎ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｂ ａ ｃ ｋ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ
ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｓ ｃ ｏ ｍｐｌ ｅ ｘ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ Ｏｐ ｅ ｎ ＣＶ ｉ ｎｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｔ ｏ ｓ ｏ ｌ ｖｅ ｆ ａ ｃ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｌ ｏｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｒ ｅ — ｓ ａ ｖｅ ｉ ｍａ ｇｅ ， ｐ ｒ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ， ａ ｎ ｄ ｉ ｌ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎｆ ｌｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｗｉ ｌ ｌ ｂ ｅ ｃ ｏ ｎ ｑ ｕｅ ｒ ｅ ｄ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ，ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｎａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｖａ ｎｔ ａ ｇ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｄ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｂ ａ ｎ ｃ ｅ ｏｆ ｃ ｏ ｍｐｌ ｅ ｘ ｂ ａ ｃ ｋｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ． Ａｆ ｔ ｅ ｒ ｗａ ｒ ｄ ，ｉ ｔ
基于肤色模型与矩阵特征的综合方法、基于肤色模型与模 板匹配相结合的方法来检测人脸。在检测与识别复杂背景 下的人脸方面， 文献［ ４ ］ 采用嵌入式 Ｂ ｏ ｏ ｔ ｓ ｔ ｒ ａ ｐ — 动样本选择
算法与基于聚类有效性分析及 Ｆ ｌ ｏ ａ ｔ Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ多姿态人脸检测
它与指纹、视网膜、虹膜、基因等其他人体生物特征识别
ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｓ ｆ ａ ｃ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｃ ｏ ｇ ｎｉ ｔ ｉ ｏｎ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｂ ａ ｃ ｋ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎｄ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ｆ ａ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ
作 者简 介 ：王金 云（ １ ９ ７ ９ 一） ，男 ，高 级工 程师 、硕 士 ，主 研 方向 ：软件 工程 ， 图像 识别 ；周 晖杰 ，硕 士 ；纪
政 ，博 士研 究 生
收稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ２ — ２ ５
修回 日 期 ：２ ０ １ ２ — ０ ５ — １ １
Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｗ ａ ｎ ｇ ｊ ｉ ｎ ｙ ｕ ｎ ５ ９ ８ ５ ９ ５ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
系统相比，具有友好、方便、易于被用户所接受等特点， 广泛应用于公安机关的刑侦破案、证件验证、入口控制、 视频监视等领域。 目前 ，国内对于复杂背景下的人脸识别技术已开展广 泛的研究 ，并取得一定成果。如文献【 １ 】 在总结和分析了复 杂背景下灰度人脸检测技术基础上，提出了基于肤色检测 和多级证实的彩色人脸检测算法。在基于多视图多姿态人 脸识别方面，提出了基于层次模型和融合决策的多姿态人 脸识别技术。在人脸检测技术方面 ，文献【 ２ — ３ 】 分别提出了
ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｔ ｈａ ｎ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｎｓ ， ｏ ｖ ｅ ｒ ９ ０ ％ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｒ ｅ ｃ ｏｇ ｎ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ．
［ Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ Ｉ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｂ ａ ｃ ｋ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ； Ｏｐ ｅ ｎ Ｃ Ｖ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ； ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ； Ｔ ｗｏ ・ ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ Ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ Ａｎ ａ １ ｙ ｓ ｊ ｓ （ ２ ＤＰ ＣＡ１ ： ｆ ａ ｃ ｅ
第３ ９卷 第 ８期
Ｖ＿ ０ １ ． ３ ９ ＮＯ ． ８
计
算
机
工Biblioteka Baidu
程
２ ０ １ ３年 ８月
Ａｕ ｇ ｕ ｓ ｔ ２ ０ １ ３
Ｃｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
・
人工智能及识别技术 ・
文章编号｛ １ ０ ０ ｏ — ＿ ３ ４ ２ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ｏ ８ —０ １ ９ ６ — － ０ ４ 文献标识码ｌ Ａ
摘
要 ：针对 复杂 背景 下 的人脸 图像 ，提 出一种快 速人 脸检 测识别 方法 。包括 基于 肤色模 型和 Ｏ ｐ ｅ ｎ Ｃ Ｖ 的综合 方法进 行人脸 检测
定位 ，并对 图像 重新 保存 、预 处理 ，用以克 服光 照 因素 的干扰 ，剔 除复杂 背景 对人 脸识 别不 利 因素 的影响 。采 用二 维主成 分分 析 算法 ，对 同一个 人多 幅不 同表情 的人脸 图像 进行采 集和 特征 提取 并 归类 。对 Ｏ Ｒ Ｌ人脸 库及 实 际外 场背景 下 的人脸 图像进 行测 试 ， 结果表 明 ，该方 法可 有效解 决复杂 背景 下 的人脸识 别 问题 ，具有 快速 、高效 的实 用性 ，正确识 别 率可达 ９ ０ ％以 上。 关健词 ：复杂背 景 ；Ｏ ｐ ｅ ｎ Ｃ Ｖ 方法 ；肤色 模 型 ；二 维主 成分分 析 ；人脸识 别技 术
ｒ ｅ ｃ ｏ ｇ ｎｉ ｔ ｉ ｏｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏｌ ｏ ｇ ｙ
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ３ ４ ２ ８ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ８ ． ０ ４ ２
１ 概述
随着图像处理和模式识别技术的发展，人脸识另 ０ 技术 已经成为现代模式识别和人工智能领域的研究热点之一。
别。总之，目 前对人脸定位算法中以肤色模型与其他检测
算法相结合的方法较为常用，人脸识别常采 用主成分分析
或与其他算法综合应用的方法来提高识别率。 单一背景下人脸识别方法。 。 主要有基于 几何特征方
法、基于模板匹配方法、特征子空问分析方法、基于神经
网络等方法。 其中， 主成分分析（ Ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，
Ｎｉ ｎ ｇ ｂ ｏ ３ １ ５ ２ １ ２ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ； ３ ． Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｃｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ４ ０ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
矩阵运算能力。它是基于 Ｈ ａ ａ ｒ 特征人脸分类器算法 ， 通过 数千个样本训练，可区分人脸和非人脸 的图像 ，利用样本 图像的 Ｈ ａ ａ ｒ 特征 ，基于 Ａ ｄ ａ Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ 分类算法，进行分类器 计算。文献［ １ ４ ］ 提出基于人脸特征和 Ａ ｄ ａ Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ 算法的多姿 态人脸检测方法 ，也是通过肤色特征快速排除绝大部分背
（ １ ． Ｈｅ ｂ ｅ ｉ Ｈａ ｎ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ Ｈｅ ａ ｖ ｙ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｃｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｈａ ｎ ｄ ａ ｎ ０ ５ ６ ０ ２ ８ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎｉ ｎ ｇ ｂ ｏ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，
中 圈分类号；Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ４ １
复杂背景 中的人脸识 别技 术研 究
王金云 。周晖杰 。 纪 政
（ １ ． 河 北汉 光重工 有 限责任公 司 ，河 北 邯郸 ０ ５ ６ ０ ２ ８ ；２ ． 宁 波大学 科 学技 术 学院 ，浙江 宁波 ３ １ ５ ２ １ ２ ；
３ ． 上 海交通 大学 计算机 系 ，上海 ２ ０ ０ ２ ４ ０ ）
景区域，然后通过眼睛和嘴巴特征确定人脸大致 区域 ，用 Ａ ｄ ａ Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ 算法分类识别。本文采用肤色模型与 Ｏ ｐ ｅ ｎ Ｃ Ｖ Ｌ ｌ 综合方法 ，进行人脸检测 。实验 中采用海康威视的 Ｄ Ｓ － ４ ０ ０ ８ Ｈ Ｆ高清采集卡，利用它提供的 Ｈ ｉ ｋ Ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｓ Ｄ Ｋ ． ｈ库函 数进行 Ｖ ｃ 抖下编程实现。Ｓ ｔ ａ ｒ ｔ Ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ Ｐ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ０ 为视频采集 函数，Ｇ ｅ ｔ Ｏ ｒ ｉ ｇ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｍ ａ ｇ ｅ （ ） 为视频图像抓取函数。