基于投影法的快速人脸定位

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1、基于投影法的快速人脸定位姜贺，王金城大连理工大学电子与信息工程学院，辽亍大连(116024)E-mail:rinoa19820@hotmail.com摘要：人脸识别是近年来热门而且发展很迅速的一个研究课题。人脸定位作为人脸识别的第一步，显得更加重要。本文比较了现有的各种投影定位方法,给出了各方法的实验结果，并提出了一种新的投影方法。实验结果表明，这种方法不仅速度非常快，而且定位准确率要远远高于现有方法。关键词：人脸识别；人脸定位；垂直积分投影；水平积分投影；灰度差投影；中图分类号：TP391.4

2、11.引言人脸识别技术由于在刑侦破案、证件验证、入口控制和视频监视屮有着重要的应用，从而己经成为当前模式识别和人工智能,计算机视觉等领域的一个研究热点。与指纹、视网膜、虹膜、基因、掌形等其它人体生物特征识别系统相比，人脸识別系统更加直接、友好⑴。人脸定位作为人脸识别的前期的一个必要步骤，它的准确率对后续的识别过程有非常大的影响。如果是简单背景的且为头颈图像单一人脸定位，一般使用投影法。现有的投影方法包括对二值图进行投影叫和对原图灰度进行投影內等。本文针对二值投影和灰度投影的不足，提出了一种新的在

3、竖直方向定位人脸左右轮廓的灰度差投影法。投影法本质上是一种基于统计的方法，在具体应用时乂结合了人脸特征分布的先验知识。这种方法不需要对图像进行任何预处理，对投影积分图也不需要任何平滑等操作，因而算法简单，准确率高，速度很快。2.灰度投影法2.1图像的灰度积分投影原理积分投影法是根据图像在某些方向上的投影分布特征來进行检测的，这种方法在本质上是一种统计方法，主要有垂直灰度投影和水平灰度投影：M卩(0=》/(兀,刃⑴v=lNH(y)二》？(兀，刃(2)在式(1)中，(尢,y)表示像素所处的位置，I(

4、x,y)表示该像素点的灰度值，M表示一列所有的像素点数，可见垂直投影就是将一列所有的像素点的灰度值进行累加后再显示。在式(2)中，(兀,刃表示像素所处的位置，/(x,y)表示该像素点的灰度值，N表示一行所有的像素点数，可见水平投影就是将一行所有的像素点的灰度值进行累加后再显示⑷。Fig.1Locatingintegralprojectionfigure图1是定位积分投影图两侧边缘算法的示意图，其中图中的曲线U(x)是某二值化图像的垂直积分投影曲线，W为该图像的宽以像素为单位，P(x,y)以及均为

5、V(x)±的点且西>兀，则线段PR与水平线段的夹角表示为P、Pry.-y(Xv=arctan」■亠=arctan—~-(3)PP2-x则丙在预先设定的范围(s,◎内吋的最大夹角为(Xv=max{(XVi(西>sandxl0andx此时的p点位于(禺，x)处，则兀二禺即为人脸轮廓左侧的水平位置。同理在公式⑶中取X为最小值，II在公式(5)中取(X为最小值，此时P位于点(兀，儿)处，则人脸轮廓右侧边

6、缘的水平位置x=xKo2.2利用灰度积分投影法确定人脸轮廓图像通常是由物体和背景组成。因此，为了对人脸图像进行特征提取和对人脸进行识别，首先要将人脸从原图像的背景屮分离出来。利用积分投影法确定人脸在这个图像屮的位置。观察不同单人图像的垂直投影曲线，可以发现人脸所在区域将使垂直投影曲线形成一个具有一定宽度的凸峰。这个凸峰的左右边界大致代表了人脸的左右边界，这是因为与背景相比，人脸区域往往具有佼高的亮度。在人脸左右边界处，垂直方向上亮度值的总和迅速减小，形成一个明显的凸峰。因此，只需确定垂直灰度投影

7、曲线中主要的凸峰的左右边界，即可得到人脸的左右边界。将凸峰的上升沿梯度值最大的点作为人脸的左边界，凸峰的下降沿梯度值最小的点作为人脸的右边界。这个凸峰的左右边界大致代表了人脸的左右边界⑸。人脸的轮廓确定是为了排除其它边缘线和噪声的干扰，以便精确地提取人脸的特征。图3、4分别为图2的垂直和水平积分灰度投影曲线：图2原图像Fig.2Originalimage1O4.8水平灰度投彩曲线IMS10垂直灰度投影曲銭图3图像的垂直灰度投影曲线Fig.3Verticalintegralprojcction20

8、406080图傑尺寸虑翕140001300012000304050eo708090100120图4图像的水平灰度投影曲线Fig.4Horizontalintegralprojection图5是图2的人脸轮廓左右边缘泄位的效果图:图5灰度积分投影法定位后的效果图Fig.5Integralprojectionimage3.灰度差投影3.1图像的灰度差投影灰度投影是求竖直方向的积分投影，得到垂直积分投影图，图上的突起部分正好对应于目标（人脸）存在的区域。突起部分的两侧边缘，就对应人脸在竖直方向上的范围