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基于肤色模型的人脸检测研究

2011年04月02日 11:09 次阅读

  本文对基于肤色分割结合模板匹配的人脸检测方法进行了改进,提出基于“光照预处理+肤色模型+模板匹配”的人脸检测解决思路,即在光照预处理的前提下,利用肤色特征建立肤色模型;根据肤色模型进行肤色检测和阈值分割;在对分割区域特征分析的基础上,将筛选出的人脸候选区域与人脸模板相匹配;最后将匹配较好的区域在原图像中用矩形框标示出来。

  1 肤色模型

  人脸的肤色不依赖于面部的其他特征,对于人脸姿态和表情的变化不敏感,具有较好的稳定性,而且明显区别于大多数背景物体的颜色。大量实验证明,不同肤色的人脸对应的色调是比较一致的,其区别主要在于灰度。人脸的肤色特征主要通过肤色模型来描述。肤色模型是在一定色彩空间描述肤色分布规律的数学模型。本文选用备受青睐的高斯模型。

  1.1 色彩空间

  一般说来,色调和饱和度相对亮度来说,是相互独立的。在不同的光照条件下,虽然物体颜色的亮度会产生很大的差异,但是它的色度在很大范围内具有恒常性,基本保持不变。研究表明,人类的肤色在YCbCr色彩空间的分布相对比较集中(被称为肤色的聚类特性),不同种族之间肤色的差异主要是由亮度引起,而与颜色属性无关。利用此特性,将图像像素分为肤色和非肤色像素两类,这样可以大大提高人脸检测的效率和正确性。

  在YCbCr色彩空间中,Y表示亮度,Cb和Cr是颜色差别信号,代表色度。因此,本文的肤色模型只选用YCbCr色彩空间的Cb和Cr色度分量,并用这两个分量建立色度分布图。实验中,需要先将普遍采用RGB色彩空间描述的图像转换到YCbCr色彩空间。

  1.2 建立肤色样本

  建立肤色模型需要使用大量包含不同肤色、不同大小人脸的RGB图像。本文从互联网、人脸库和日常的生活照中选用了100幅肤色各不相同的人脸图像,然后从中裁剪出人脸皮肤区域的一小部分,作为肤色样本。接着将其从RGB色彩空间转换为YCrCb色彩空间。

  经过色彩空间转换之后,人脸图像不可避免地会出现噪声。本文采用滑动窗口为3&TImes;3的二维中值滤波器来去除椒盐噪声,并在速度和效果上都取得了很好的结果。

  1.3 建立肤色模型

  滤除噪声后,先用二维高斯分布来描述这种Cb-Cr的色度分布,然后对肤色样本进行训练,以此得到一个分布中心,再根据所观察的像素离该中心的远近来得到一个肤色的相似度。最后利用均值和方差计算得到高斯分布模型,这就是实验中的肤色模型。二维高斯分布的表达式为:

  

 

  2 人脸检测

  2.1 光照预处理

  由于受外界光照环境的影响,尤其是光源颜色,采集来的彩色图像经常会发生彩色偏移。本文使用Gray World彩色均衡方法来消除这种彩色偏移。该方法首先通过图像的R,G,B三个分量中各自的平均值avgR,avgG,avgB确定出图像的平均灰度值avgGray,然后调整每个像素的R,G,B值,使得调整后图像的R,G,B三个分量中各自的平均值都趋于平均灰度值avgGray。实验结果表明,消除彩色偏移能有效提高算

  法的检测率和准确率。

  2.2 类肤色检测

  本文算法最为关键的一步便是人体皮肤区域的粗检测。检测方法是计算图像像素与肤色模型的相似度,这个值描述了像素与肤色的相似程度。相似度计算公式为:

  

 

  通过计算图像中每个像素与肤色模型的相似度,生成一幅类肤色灰度图像,如图1所示。

  

 

  2.3 阈值分割

  由于人体皮肤区域的像素与肤色模型的相似程度较高,计算得到的相似度值就比较大,因此在类肤色灰度图中,皮肤区域显得比其他部分更亮。这样一来,通过选取合适的阈值即可分割出肤色区域。

  本文实验选择的阈值以0.1为间隔从0.65逐渐减小到0.05。通过对选择的相邻两个阈值的图像相减,可以找到分割区域数量变化最小的阈值取值点,这个阈值就是最佳阚值。根据这个阈值,就可以将类肤色灰度图转换为二值图。

  图2为转换后的二值图。

  

 

  

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信道编译码技术可以检测并且纠正信号在传输过程中引入的错误,能够保证数据进行可靠的传输[1]. LDP...

发表于 2017-11-30 10:21 304次阅读
 基于二分图构造LDPC码的校验矩阵算法及性能分...

五大常用算法:分治、动态规划、贪心、回溯和分支界...

算法(Algorithm)是指解题方案的准确而完整的描述,是一系列解决问题的清晰指令,算法代表着用系...

发表于 2017-11-30 09:50 275次阅读
五大常用算法:分治、动态规划、贪心、回溯和分支界...

二叉树层次遍历算法的验证

实现二叉树的层次遍历算法,并对用”A(B(D,E(H(J,K(L,M(,N))))),C(F,G(,...

发表于 2017-11-28 01:05 185次阅读
二叉树层次遍历算法的验证

TCP协议、算法和原理的介绍

TCP在网络OSI的七层模型中的第四层——Transport层,IP在第三层——Network层,A...

发表于 2017-11-27 13:54 557次阅读
TCP协议、算法和原理的介绍

模块化结构橡塑行业温度控制方案,提高橡塑行业设备...

橡塑行业传统的温度控制采用不同温区单表控制的方法,容易造成相邻温区的互相干扰,温度容易产生波动。基于...

发表于 2017-11-27 06:25 1970次阅读
模块化结构橡塑行业温度控制方案,提高橡塑行业设备...

程序的十大基础实用算法及其讲解

本文盘点程序员必须知道的十大基础实用算法及其讲解。

发表于 2017-11-25 14:45 343次阅读
程序的十大基础实用算法及其讲解

自顶向下和逐步求精

分治法是计算机科学中很重要的一种思想。英文为Divide and Conquer,直译即为分治,或者...

发表于 2017-11-25 12:52 325次阅读
自顶向下和逐步求精

面向可重构系统的一种功耗相关硬件任务调度算法设计

可重构系统是指以软件改变硬件结构以实现具体应用的计算平台,一般由非柔性但可编程的处理器和柔性的以程序...

发表于 2017-11-22 07:05 94次阅读
面向可重构系统的一种功耗相关硬件任务调度算法设计

GPP开发无线通信算法问题四种解决方法及主要技术

SORA是微软研究中心的软件无线电(Software Radio :简称Sora)是一种新型的软件无...

发表于 2017-11-21 20:26 167次阅读
GPP开发无线通信算法问题四种解决方法及主要技术

新型的无线接入点OpenBTS介绍及其改进和优化

随着移动通信用户不断增多,业务需求不断多样化,无线接入网的负载也逐渐增大,基站建设成本不断升高[ 1...

发表于 2017-11-21 19:15 141次阅读
新型的无线接入点OpenBTS介绍及其改进和优化

基于System Generator的Rife算...

在FPGA平台上应用System Generator工具实现了高精度频率估计Rife算法。不同于传统...

发表于 2017-11-18 09:01 134次阅读
基于System Generator的Rife算...

图像处理基本算法-立体视觉

立体视觉是计算机视觉领域的一个重要课题,它的目的在于重构场景的三维几何信息。立体视觉的研究具有重要的...

发表于 2017-11-17 10:09 589次阅读
图像处理基本算法-立体视觉

计算机科学中最重要的32个算法

图形搜索算法,从给定起点到给定终点计算出路径。其中使用了一种启发式的估算,为每个节点估算通过该节点的...

发表于 2017-11-16 15:57 177次阅读
计算机科学中最重要的32个算法

训练神经网络的五大算法

神经网络模型的每一类学习过程通常被归纳为一种训练算法。训练的算法有很多,它们的特点和性能各不相同。问...

发表于 2017-11-16 15:30 307次阅读
训练神经网络的五大算法

机器学习特征选择常用算法

特征选择 ( Feature Selection )也称特征子集选择( Feature Subset...

发表于 2017-11-16 01:28 335次阅读
机器学习特征选择常用算法

一文读懂数据结构中的算法

在进一步学习数据结构与算法前,我们应该先掌握算法分析的一般方法。算法分析主要包括对算法的时空复杂度进...

发表于 2017-11-15 15:19 716次阅读
一文读懂数据结构中的算法

Base64算法原理简介(算法实现及例子)

base64算法被设计用来把任意序列的8位字节描述为一种不易被人直接识别的形式,达到一眼望去完全看不...

发表于 2017-11-14 11:02 269次阅读
Base64算法原理简介(算法实现及例子)