实时瞳孔检测与跟踪方法研究.pdf

西北工业大学
硕士学位论文
实时瞳孔检测与跟踪方法研究
姓名:党治
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:冯晓毅
20060301
摘要实时瞳孔检测与跟踪是计算机视觉领域一个重要的课题,在人脸检测、人脸识别、司机驾驶行为监控、人机接等方面具有重要应用。瞳孔检测与跟踪可分为三个阶段:人脸检测、瞳孔检测、瞳孔跟踪。近年来,科学家们在上述各个方面进行了很多研究,但这些问题仍未得到很好解决。本文试图对一些现有的人脸检测、瞳孔检测与跟踪方法进行改进,以得到一个性能良好的瞳孔检测与跟踪系统。首先,研究了不同彩色空间下不同的肤色模型。针对己有肤色模型在人脸检测中存在的不能较准确检测出皮肤、对光照条件敏感等问题,在大量实验数据基础上,建立了一种基于ú士占涞姆羯P汀J笛榻峁砻鳎罕疚姆椒ㄔ不同肤色以及较大的光照变化条件下均具有较好的检测率。其次,针对基于人面部各个特征部位济ā⑼ǹ住⒈亲印⒆彀偷之间的几何结构的眼睛检测方法只考虑了特征部位相互问的相对位置信息的不足,将人脸特征部位的对称性引入该方法的评价函数中。实验证明改进后的评价体系瞳孔检测更准确。最后,将卡尔曼滤波与算法相结合用于瞳孔跟踪的方法,不仅提高瞳孔跟踪的准确性,还提高了跟踪速度。关键字:肤色模型,人脸几何模型,瞳孔检测与跟踪卡尔曼滤波,.惴西北工业大学硕士学位论文中文摘要
琺瓻琈西北丁业大学硕士学位论文英文摘要—.琭,甌:,..篠珿琍Ⅱ
第一章绪论研究背景及意义实时瞳孔检测与跟踪技术是计算机视觉领域一个重要的研究课题,涉及到生理学、人工智能、模式识别、计算机视觉、图像分析与处理等多个学科。瞳孔检测与跟踪技术最初是随着人脸检测与跟踪,表情分析等人脸分析技术的发展而发展起来的。早在上个世纪六、七十年代提出了人脸识别要求检测人脸,就伴随着瞳孔检测需求的提出。随着人脸分析技术成为研究热点,作为其基础的瞳孔检测与跟踪技术迫切需要得到很好解决。本文将对实时瞳孔检测与跟踪技术进行研究。实时瞳孑觳庥敫偌际醯难芯吭诠ü舶踩ūU稀⒔煌ò踩ḿ嗫亍⒁搅啤⑿侦等领域的需求越来越迫切。作为人脸检测、识别与跟踪技术的基础阻及其广泛的应用前景,其研究价值是显而易见的。随着经济的发展、计算机技术以及人机交互技术的突破,如何实现计算机对人身份的自动识别与监控以及理解人类的行为模式的研究需求变得越来越迫切。目前的自动人脸识别系统还需要人的干预。如对敏感场所小⒊小⑼车场等募嗫兀怯杀0踩嗽∈毖猜摺2糠殖∷坝猩阆窕ɑ是需要专门工作人员监视显示器以便及时发现异常事件。这样不仅需要投入大量的人力、物力资源,而且由于人的精力和注意力有限,在高强度的工作环境下往往可能会出现疏漏,从而不能及时对异常情况做出反应。为避免这些不足,利用计算机视觉和图像图形的方法,在不需要人干预、或者只需要很少干预的情况下,通过对摄像机拍录的视频图像序列进行分析来实现人脸的检测、识别与跟踪,在此基础上获取人体姿态和运动参数,并进一步进行语义分析和行为理解。总之,要在不侵犯被分析者的前提下,实现运动分析的自动化,从而使人从繁琐的劳动中解放出来。于是自动人脸识别际醭晌A苏飧鲇τ昧煊虻难芯咳鹊阒唬孔检测与跟踪技术作为际醯闹氐愫湍训悖⑶易魑DJ绞侗稹⒓扑慊泳以及图像分析与处理等多个学科的综合性课题,自然应该得到足够的重视。西北工业大学硕士学位论文第一章绪论
典型应用研究现状实时瞳孔检测与跟踪方法研究具有很大的理论和应用价值。理论方面,瞳孔检测与跟踪的研究涉及到心理学、生理学、人工智能、模式识别、计算机视觉、图像分析与处理等多个学科领域,更是模式识别、图像处理和计算机视觉的有机结合的综合性课题。对这一问题的深入研究和彻底解决,有助于对其他对象自动识别问题的研究分析和解决。瞳孔检测与跟踪技术被重视的另一个重要原因是其在医疗卫生、交通安全、公共安全保障、军事、刑侦等领域有巨大的潜在的应用价值。在此,简要地举几个在生活中实际应用的例子:在医疗方面,我们可以通过检测和跟踪监视一个人的瞳孔情况可以判断一个人的精神状况,比如精神是否正常;交通安全方面,我们可以对驾驶员的瞳孑屑觳庥敫伲萜渫ǹ的活动情况判断是否是疲劳驾驶,不仅可以避免交通事故的发生,而且可以节约不必要的人力和财力资源,间接地提高经济效益;在审问犯人过程中对其瞳孔进行监测与跟踪,判断其心理活动情况,掌握审问的主动权,还可以根据其瞳孔活动情况判断其供词的真实性。在下一代人机接口技术中,还会出现通过眨瞳孔以替代目前点击鼠标的输入方式㈣】。瞳孔检测作为人脸识别的一部分被提出。关于瞳孔检测方面,国内外虽然有不少人提出了不同的观点,目前主流的方法有模板匹配方法、投影法、“特征眼”法、基于小波变换方法、对称性方法和基于神经网络的方法。及其他研究人员开发了从一幅静态图像中检测瞳孔特