專利名稱：面部識別設(shè)備、方法、Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備和計算機(jī)程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于識別諸如相片等的圖像中的面部的面部識別設(shè) 備、面部識別方法、Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備和計算機(jī)程序，更具體的， 涉及通過使用代表空間特性并且基于代表窗口的高斯函數(shù)、代表頻率 響應(yīng)的正弦或余弦函數(shù)的Gabor濾波器來提取面部圖像的特征值，從 而識別面部的面部識別設(shè)備、面部識別方法、Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備 和計算機(jī)程序。
本發(fā)明還涉及在不固定Gabor濾波器系數(shù)的類型或數(shù)目的情況 下高精度地識別面部圖〗象的面部識別i殳備、面部識別方法、Gabor濾 波器應(yīng)用設(shè)備和計算機(jī)程序，更具體的，涉及在無需增加硬件復(fù)雜度 或增加處理復(fù)雜度的情況下進(jìn)行面部圖像的高性能識別的面部識別設(shè) 備、面部識別方法、Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備和計算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
面部識別技術(shù)具有廣泛的各種應(yīng)用，例如無需個人進(jìn)行特定操作 就能夠驗(yàn)證該個人的個人驗(yàn)證系統(tǒng)、檢測個人性別的系統(tǒng)、以及其它 許多人機(jī)接口。面部識別技術(shù)的當(dāng)前趨勢是使用前臉圖像，但是過去 嘗試了使用側(cè)臉圖像。
面部識別系統(tǒng)包括面部提取處理，用于從CCD攝像機(jī)等拍攝 的圖像中提取面部圖案；以及面部識別處理，用于基于所提取的面部
圖案來識別面部。所述用于提取面部圖案(或者提取面部圖像的特征 值)的面部提取處理以及所述面部識別處理可以通過例如使用多個具
有方向選擇性和不同頻率特性的濾波器進(jìn)行Gabor濾波來完成(例如 參見曰本未審專利申請公開No. 2006-4041 )。
已知人體感光細(xì)胞包括在特定方向上具有選擇性的細(xì)胞。所述方 向選擇性是通過垂直發(fā)火(fire vertically)的細(xì)胞和水平響應(yīng)的細(xì)胞 的組合來實(shí)現(xiàn)的。類似的，Gabor濾波器是包括多個具有方向選擇性 的濾波器的空間濾波器。
Gabor濾波器使用Gabor函數(shù)來代表空間特性，所述Gabor函 數(shù)包括代表窗口的高斯函數(shù)以及表示頻率響應(yīng)的正弦或余弦函數(shù)。濾 波器窗口的尺寸被固定在例如24x24個像素。如果對于五個不同頻率 f中的每一個和8個不同方向中的每一個準(zhǔn)備一個Gabor濾波器，則 準(zhǔn)備總共40個Gabor濾波器。
Gabor濾波器的操作包括確定待對其應(yīng)用Gabor濾波器的像素 值與Gabor濾波器的系數(shù)的巻積。Gabor濾波器的系數(shù)可以分為由代 表頻率響應(yīng)的余弦函數(shù)給出的實(shí)分量以及由代表頻率響應(yīng)的余弦函數(shù) 給出的虛分量。對于所述實(shí)分量和所述虛分量單獨(dú)地計算巻積，并且 將所得巻積分量相加以獲得表示Gabor濾波的最終結(jié)果的一個標(biāo)量 值。如果使用最多40個具有不同頻率f和不同角度0的Gabor濾波 器，則獲得總共最多40個標(biāo)量值。所得40個標(biāo)量值的集合稱為Gabor 特征向量標(biāo)記(jet)。在面部識別處理中，Gabor特征向量標(biāo)記^皮確 定為在給定面部識別數(shù)據(jù)上沿水平和垂直方向等間隔定位的特征值提 取位置中每一個處的局部特征值。應(yīng)當(dāng)注意，即使特征值提取位置在 特定范圍內(nèi)變化或者即使圖像變形到特定程度，Gabor特征向量標(biāo)記 也不變4匕。
對于每個登記面部圖像，預(yù)先對于各個特征值提取位置計算 Gabor特征向量標(biāo)記。當(dāng)給出要檢查的面部圖像(下文中，將這種面 部圖像簡稱為輸入面部圖像)時，對于每個特征值提取位置確定該輸 入面部圖像相對于所登記面部圖像的Gabor特征向量標(biāo)記的相似度，
并且確定相似度向量，該相似度向量的每個元素表示在一個特征值提
取位置處的相似度。隨后，支持向量機(jī)(support vector machine SVM ) 基于相似度向量進(jìn)行分類以確定輸入面部圖像是否與登記面部圖像等 同。更具體的，支持向量機(jī)計算所關(guān)注相似度向量距邊界平面的距離 (該平面中的距離為0)，并且確定相似度向量是屬于在內(nèi)人體類別 (intra-personal class )還是另夕卜人體類另l] ( extra-personal class )。 如果對于任何登記面部圖像，確定相似度向量不屬于在內(nèi)人體類別， 則確定輸入面部圖像是其面部尚未登記的個人的面部圖像(例如參見 B. Scholkopf等人，"Advance in Kernal Support Vector Learning" (The MIT Press, 1999 ))。如果支持向量機(jī)學(xué)習(xí)許多面部圖像(即， 如果許多面部圖像被登記)，則能夠確定輸入面部圖像是否與登記(學(xué) 習(xí)到的)面部圖像之一等同，即，輸入面部圖像是屬于在內(nèi)人體類別 還是另外人體類別(例如參見本國重新公開WO03/019475或者日本未 審專利申請公開No. 2006-4003)。當(dāng)前對模式識別技術(shù)中的支持向量 機(jī)的評價為支持向量機(jī)具有最高的學(xué)習(xí)能力。
發(fā)明內(nèi)容
如上所述，在Gabor濾波中，使用最多40個在代表頻率響應(yīng)的 Gabor函數(shù)的頻率f和角度0方面不同的Gabor濾波器來進(jìn)行計算。 然而，如果每次進(jìn)行Gabor濾波時通過計算來確定大量濾波系數(shù)，將 對計算機(jī)施加很大的計算負(fù)荷，并且花費(fèi)大量時間進(jìn)行計算。如果濾 波系數(shù)的類型和數(shù)量是固定的(或者有限的)，則可以降低對計算機(jī) 施加的計算負(fù)荷。但是，這可能導(dǎo)致識別精度的降低。
如果筒單地將所有濾波系數(shù)存儲在ROM (只讀存儲器)中，則 結(jié)果是硬件尺寸的增加。例如，在醫(yī)學(xué)圖像處理中使用Gabor濾波器 (例如參見日本未審專利申請公開No. 2005-21334)的情況下，允許 使用大硬件尺寸的昂貴設(shè)備，并且還允許花費(fèi)相當(dāng)長時間來計算。但 是，在許多應(yīng)用中，諸如使用面部識別來減少在使用小型數(shù)字?jǐn)z像機(jī) 進(jìn)行拍照等時的聚焦時間的技術(shù)、壓縮動態(tài)范圍以便對于主題優(yōu)化曝
光的技術(shù)等中，使Gabor濾波時所需的硬件尺寸和計算負(fù)荷最小是很 重要的。
考慮到以上因素，期望提供一種能夠通過使用基于代表窗口的高 斯函數(shù)以及代表頻率響應(yīng)的正弦或余弦函數(shù)的、代表空間特性的 Gabor濾波器來適當(dāng)?shù)靥崛∶娌繄D像的特征值的面部識別設(shè)備、面部 識別方法、Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備和計算機(jī)程序。
還期望提供一種能夠在不固定Gabor濾波器的系數(shù)的類型和數(shù) 目的情況下高精度地進(jìn)行面部圖像識別的面部識別設(shè)備、面部識別方 法、Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備和計算機(jī)程序。
還期望提供一種能夠在不增加硬件尺寸或計算負(fù)荷的情況下使 用Gabor濾波器來高精度地進(jìn)行面部圖像識別處理的面部識別設(shè)備、 面部識別方法、Gabor濾波器應(yīng)用i殳備和計算機(jī)程序。
考慮到以上因素，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種面部識別設(shè) 備，用于基于一個或更多個登記面部圖像來識別輸入面部圖像，所述 面部識別設(shè)備包括面部圖像輸入裝置，用于輸入要識別的面部圖像； Gabor濾波器應(yīng)用裝置，用于對于由代表空間特性且使用代表窗口的
Gabor濾波器的響應(yīng)函數(shù)的一組預(yù)定頻率值中的每一個以及一組預(yù)定 角度中的每一個，計算在輸入圖像的每個特征值提取位置處的像素值 與所述Gabor濾波器的系數(shù)的巻積，由此確定包含有與Gabor濾波器 的類型數(shù)目相同的數(shù)目的Gabor特征向量標(biāo)記；相似度計算裝置，用 于計算輸入面部圖像的每個特征值提取位置處的Gabor特征向量標(biāo)記 與登記面部圖像的Gabor特征向量標(biāo)記之間的相似度，并且確定相似 度向量，所述相似度向量的元素由代表各個特征值提取位置處的相似 度的值給出；以及等同性確定裝置，用于基于所述相似度向量，確定 輸入面部圖像是否與登記面部圖像等同，其中所述Gabor濾波器應(yīng)用 裝置包括濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM,用于存儲通過計算高斯函數(shù)而確 定的濾波器窗口的值；正弦數(shù)據(jù)ROM,用于存儲通過計算各個角度 的正弦函數(shù)而確定的響應(yīng)函數(shù)的值；余弦數(shù)據(jù)ROM,用于存儲通過計算各個角度的余弦函數(shù)而確定的響應(yīng)函數(shù)的值；以及Gabor濾波器 系數(shù)計算裝置，用于通過將從濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM讀取的值乘以從 正弦數(shù)據(jù)ROM和余弦數(shù)據(jù)ROM讀取的值來計算Gabor濾波器的系 數(shù)，由此所述Gabor濾波器應(yīng)用裝置計算輸入面部圖像與由Gabor 濾波器系數(shù)計算裝置計算出的Gabor濾波器系數(shù)的巻積。
在檢測或識別面部的處理中，可以通過使用具有方向選擇性并且 具有不同頻率特性的多個濾波器執(zhí)行Gabor濾波來提取給定面部圖像 的特征值。每個Gabor濾波器基于代表窗口的高斯函數(shù)和代表頻率響 應(yīng)的正弦或余弦函數(shù)來代表空間特性。通過計算給定圖像與Gabor濾 波器的巻積，可以只提取在與Gabor濾波器的方向相同方向上的輪廓 線。
如果對于Gabor濾波器的響應(yīng)函數(shù)的預(yù)定頻率值集合中的每一 個和預(yù)定角度集合中的每一個，在輸入圖像的每個特征值提取位置處 進(jìn)行使用Gabor濾波器的巻積計算，則可以獲得包括與Gabor濾波器 類型數(shù)目相同的數(shù)目的標(biāo)量值的Gabor特征向量標(biāo)記。對于每個特征 值提取位置，計算輸入面部圖像與登記面部圖像之間的Gabor特征向 量標(biāo)記的相似度。結(jié)果，獲得其元素代表在各個特征值提取位置處的 相似度的相似度向量。基于獲得的相似度向量，確定輸入面部圖像是 否與登記面部圖像等同。
通過利用Gabor濾波器對圖像進(jìn)行巻積，可以只提取在與Gabor 濾波器的方向相同的方向上延伸的輪廓線。Gabor濾波器的該特征不 僅在面部識別中有用，而且在諸如模式識別的使用圖像處理的許多應(yīng) 用中有用。
然而，如果通過每次執(zhí)行Gabor濾波時進(jìn)行計算來確定大量濾 波器系數(shù)，則對計算機(jī)施加了大計算負(fù)荷，并且花費(fèi)長時間進(jìn)行計算。 如果將所有濾波器系數(shù)簡單地存儲在ROM中，則結(jié)果是硬件尺寸的 增加o
在本實(shí)施例中，為了避免以上問題，通過消除與代表窗口的高斯 函數(shù)相關(guān)聯(lián)的冗余數(shù)據(jù)以及與代表頻率響應(yīng)的正弦或余弦函數(shù)相關(guān)聯(lián)的冗余數(shù)據(jù)，來使與存儲在ROM中的Gabor濾波器系數(shù)相關(guān)聯(lián)的數(shù) 據(jù)的總數(shù)據(jù)尺寸最小。為了以上目的，Gabor濾波器應(yīng)用裝置可以包 括濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM,用于存儲通過計算高斯函數(shù)而確定的濾 波器窗口的值；正弦數(shù)據(jù)ROM,用于存儲通過計算各個角度的正弦 函數(shù)而確定的響應(yīng)函數(shù)的值；余弦數(shù)據(jù)ROM,用于存儲通過計算各 個角度的余弦函數(shù)而確定的響應(yīng)函數(shù)的值，所述Gabor濾波器應(yīng)用裝 置還可以包括Gabor濾波器系數(shù)計算裝置，用于通過將從濾波器窗口 數(shù)據(jù)ROM讀取的值乘以從正弦數(shù)據(jù)ROM和余弦數(shù)據(jù)ROM讀取的 值來計算Gabor濾波器的系數(shù)。
由此，通過將濾波器系數(shù)分為基于高斯函數(shù)計算的值和基于正弦 或余弦函數(shù)計算的值，使得與Gabor濾波器的所有系數(shù)被簡單地存儲 在ROM中的情況相比，可以減少存儲在ROM中的總數(shù)據(jù)尺寸，由 此實(shí)現(xiàn)硬件尺寸的降低?？梢栽跓o需高計算能力的情況下僅通過將與 從ROM讀取的高斯函數(shù)相關(guān)聯(lián)的值與從ROM讀取的正弦或余弦函 數(shù)相關(guān)聯(lián)的值相乘來容易地確定Gabor濾波器的系數(shù)。
由此，在根據(jù)本實(shí)施例的面部識別設(shè)備中，使用高斯函數(shù)的特性 以及正弦或余弦函數(shù)的周期性來消除數(shù)據(jù)的冗余，并且所得最小量數(shù) 據(jù)被存儲在ROM中，由此實(shí)現(xiàn)硬件尺寸的減小。
在所述面部識別設(shè)備中，所述Gabor濾波器應(yīng)用裝置可以用于 應(yīng)用在八個方向上定義的Gabor濾波器，所述Gabor濾波器應(yīng)用裝置 可以包括用以存儲與Gabor濾波器相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的以下部件0/90。 正弦數(shù)據(jù)ROM,用于存儲基于正弦函數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在0°和卯。 方向上的值；0/90。余弦數(shù)據(jù)ROM,用于存儲基于余弦函數(shù)計算出的 響應(yīng)函數(shù)在0°和90。方向上的值；45/135。正弦數(shù)據(jù)ROM,用于存儲 基于正弦函數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在45。和135。方向上的值；45/135°余 弦數(shù)據(jù)ROM，用于存儲基于余弦函數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在45°和135° 方向上的值。
所述Gabor濾波器應(yīng)用裝置還可以包括用以存儲與Gabor濾波 器相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的以下部件27/63/117/153。正弦數(shù)據(jù)ROM，用于存 儲基于正弦函數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在27。、 63。、 117°和153。方向上的 值；27/63/117/153。余弦數(shù)據(jù)ROM,用于存儲基于余弦函數(shù)計算出的 響應(yīng)函數(shù)在27。、 63°、 117°和153。方向上的值，由此存儲響應(yīng)函數(shù)在 正弦函數(shù)和余弦函數(shù)具有周期性的27°、 63°、 117°和153。方向上的值， 由此獲得對響應(yīng)函數(shù)在22.5°、 67.5。、 H2.5。和157.5。方向上的值進(jìn)行 近似的值，其中所述22.5。是0。與45。之間的中心角，所述67.5。是45。 與90。之間的中心角，所述112.5°是90°與135。之間的中心角，所述 157.5°是135°與180。之間的中心角。
這些ROM中的每一個可以用于存儲從基于在各個角度的方向上 的正弦函數(shù)或余弦函數(shù)計算出的值中選擇的沒有冗余的最小數(shù)目的數(shù) 據(jù)。
所述面部識別設(shè)備還可以包括地址轉(zhuǎn)換裝置，用于將特征值提 取位置轉(zhuǎn)換成濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM、與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的正 弦數(shù)據(jù)ROM、以及與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的余弦數(shù)據(jù)ROM的對應(yīng) 地址，并且所述Gabor濾波器系數(shù)計算裝置能夠依照與從地址轉(zhuǎn)換裝 置提供的特征值提取位置對應(yīng)的地址，從濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM、與 各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的正弦數(shù)據(jù)ROM、以及與各個濾波器角度相 關(guān)聯(lián)的余弦數(shù)據(jù)ROM讀取濾波器窗口值以及與各個濾波器角度相關(guān) 聯(lián)的響應(yīng)函數(shù)的值，并且所述Gabor濾波器系數(shù)計算裝置通過將濾波 器窗口值與響應(yīng)函數(shù)的值相乘來確定對于特征值提取位置的Gabor濾 波器的系數(shù)。
由此，利用高斯函數(shù)的特性以及正弦和余弦函數(shù)的周期性消除了 數(shù)據(jù)冗余，并且所得最小量數(shù)據(jù)被存儲在ROM中，由此實(shí)現(xiàn)硬件尺 寸的減小。
所述面部識別設(shè)備還可以包括濾波器類型數(shù)據(jù)存儲裝置，用于 存儲對要在每個特征值提取位置處使用的濾波器類型進(jìn)行指定的數(shù) 據(jù)；以及選擇裝置，用于對于每個特征值提取位置，從各個ROM選 擇性地讀取在確定由存儲在濾波器類型數(shù)據(jù)存儲裝置中的數(shù)據(jù)所指定 類型的濾波器的系數(shù)時使用的濾波器窗口的值以及響應(yīng)函數(shù)的值，并
且將所讀取的值提供給Gabor濾波器系數(shù)計算裝置。
Gabor濾波器的類型和數(shù)目可以根據(jù)輸入面部圖像中的位置(特 征值提取位置)而任意選擇。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)在諸如面部識別、笑容 識別、性別識別等許多應(yīng)用中的高識別精度。此外，與固定濾波器的 類型和數(shù)目的情況相比，可以縮短處理時間(即，所有濾波器用于所 有特征值提取位置)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種計算機(jī)程序，其以計算機(jī)可讀 形式描述并且能夠由計算機(jī)執(zhí)行，以便進(jìn)行基于一個或更多個登記面 部圖像來識別輸入面部圖像的處理，所述處理包括以下步驟輸入要 識別的面部圖像；應(yīng)用Gabor濾波器，所述應(yīng)用Gabor濾波器的步驟 包括對于由代表空間特性且使用代表窗口的高斯函數(shù)和代表頻率響 應(yīng)的正弦函數(shù)或余弦函數(shù)的Gabor函數(shù)定義的Gabor濾波器的響應(yīng)函 數(shù)的一組預(yù)定頻率值中的每一個以及一組預(yù)定角度中的每一個，計算 在輸入圖像的每個特征值提取位置處的像素值與所述Gabor濾波器的 系數(shù)的巻積，由此確定包含有與Gabor濾波器的類型數(shù)目相同的數(shù)目 的Gabor特征向量標(biāo)記；計算輸入面部圖像的每個特征值提取位置處 的Gabor特征向量標(biāo)記與登記面部圖像的Gabor特征向量標(biāo)記之間的 相似度，并且確定相似度向量，所述相似度向量的元素由代表各個特 征值提取位置處的相似度的值給出；以及基于所述相似度向量，確定 輸入面部圖像是否與登記面部圖像等同，其中所述應(yīng)用Gabor濾波器 的步驟包括從用于存儲通過計算高斯函數(shù)而確定的濾波器窗口的值 的濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM、用于存儲通過計算各個角度的正弦函數(shù)而 確定的響應(yīng)函數(shù)的值的正弦數(shù)據(jù)ROM、以及用于存儲通過計算各個 角度的余弦函數(shù)而確定的響應(yīng)函數(shù)的值的余弦數(shù)據(jù)ROM中讀取值， 通過將從濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM讀取的值乘以從正弦數(shù)據(jù)ROM和余 弦數(shù)據(jù)ROM讀取的值來計算Gabor濾波器的系數(shù)，以及計算輸入面 部圖像與計算出的Gabor濾波器系數(shù)的巻積。
該計算機(jī)程序定義了要在計算機(jī)上執(zhí)行以進(jìn)行上述處理的過程。 換言之，通過在計算機(jī)中安裝該計算機(jī)程序，能夠在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)上
述面部識別設(shè)備的功能。
如上所述，本發(fā)明提供很多優(yōu)點(diǎn)。即，本發(fā)明提供能夠通過使用
Gabor濾波器來適當(dāng)?shù)靥崛∶娌繄D像的特征值的面部識別設(shè)備、面部 識別方法、Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備和計算機(jī)程序，該Gabor濾波器基 于代表窗口的高斯函數(shù)以及代表頻率響應(yīng)的正弦或余弦函數(shù)來代表空 間特性。
本發(fā)明還提供了能夠在不固定Gabor濾波器的系數(shù)的類型和數(shù) 目的情況下高精度地識別面部圖像的圖像識別設(shè)備、圖像識別方法、 Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備和計算機(jī)程序。
本發(fā)明還提供能夠在不增加硬件尺寸或計算負(fù)荷的情況下通過 使用Gabor濾波器來高精度地進(jìn)行面部圖像識別的面部識別設(shè)備、面 部識別方法、Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備和計算機(jī)程序。
此外，通過消除與代表窗口的高斯函數(shù)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的冗余以及 與代表頻率響應(yīng)的正弦或余弦函數(shù)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的冗余，使與存儲在 ROM中的Gabor濾波器系數(shù)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)尺寸最小。即， 濾波器系數(shù)被分為基于高斯函數(shù)計算的值和基于正弦或余弦函數(shù)計算 的值，并且使用高斯函數(shù)的特性以及正弦或余弦函數(shù)的周期性來消除 數(shù)據(jù)冗余，并且所得最小量數(shù)據(jù)被存儲在ROM中，由此實(shí)現(xiàn)硬件尺 寸的減小。
此外，可以根據(jù)輸入面部圖像中的位置(特征值提取位置)任意 選擇Gabor濾波器的類型和數(shù)目。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)在諸如面部識別、 笑容識別、性別識別等許多應(yīng)用中的高識別精度。此外，與濾波器的 類型和數(shù)目固定的情況相比，可以縮短處理時間(即，所有濾波器用 于所有特征值提取位置)。
根據(jù)參考附圖的示例實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它目的、特
征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
圖1是例示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的面部識別系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的示意
圖2例示了面部識別單元的結(jié)構(gòu)示例；
圖3例示了檢測到的面部圖像被縮小、移動和/或旋轉(zhuǎn)以獲得在 面部識別中使用的歸一化形態(tài)的方式；
圖4A例示了由高斯函數(shù)表示的具有24x24個像素的固定尺寸的 濾波器窗口；
圖4B例示了基于正弦或余弦函數(shù)的響應(yīng)函數(shù)；
圖4C例示了通過將圖4B所示的響應(yīng)函數(shù)乘以圖4A所示的濾波 器窗口而得到的Gabor濾波器；
圖4D例示了 8種類型的Gabor濾波器，每種類型是通過將彼此 相差22.5°方向的8個響應(yīng)函數(shù)中的一個乘以濾波器窗口而得到的8種 類型的Gabor濾波器；
圖4E例示了 40種類型的Gabor濾波器，每種類型是通過將具 有從5個值中選擇的一個頻率f并且具有從8個值中選擇的一個角度 的響應(yīng)函數(shù)乘以濾波器窗口而得到的；
圖5例示了在具有60x60個像素的歸一化面部圖像上的82個特 征值提取位置；
圖6例示了 Gabor濾波器應(yīng)用單元的結(jié)構(gòu)示例；
圖7例示了控制信號發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示例；
圖8例示了由控制信號發(fā)生器生成的控制信號；
圖9例示了濾波器窗口的示例；
圖IOA示出了對于各個XY位置、基于高斯函數(shù)計算出的具有 24x24個像素的固定尺寸的濾波器窗口的值；
圖10B示出了對于各個XY位置、基于高斯函數(shù)計算出的具有 24x24個像素的固定尺寸的濾波器窗口的值；
圖IIA示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于正弦函數(shù) 計算出的在0°和90。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖11B示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于正弦函數(shù) 計算出的在0°和90。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；圖12A示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于余弦函數(shù) 計算出的在0。和90。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖12B示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于余弦函數(shù) 計算出的在0°和卯。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖13A示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于正弦函數(shù) 計算出的在45。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖13B示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于正弦函數(shù) 計算出的在45。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖13C示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于正弦函數(shù) 計算出的在135。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖13D示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于正弦函數(shù) 計算出的在135。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖14A示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于余弦函數(shù) 計算出的在45。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖14B示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于余弦函數(shù) 計算出的在45。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖14C示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于余弦函數(shù) 計算出的在135。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖14D示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于余弦函數(shù) 計算出的在135。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖15A示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于正弦函數(shù) 計算出的在27。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖15B示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于正弦函數(shù) 計算出的在27。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖16A示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于余弦函數(shù) 計算出的在27。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖16B示出了對于一個窗口的24x24個XY位置、基于余弦函數(shù) 計算出的在27。方向上的響應(yīng)函數(shù)的值；
圖17示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的控 制信號對應(yīng)的高斯數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn)換表的示例；
圖18A示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的0/卯。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn)換表的示
例，在該地址處存儲有基于正弦函數(shù)計算的在o。方向上的響應(yīng)函數(shù)的 值；
圖18B示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的0/90。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn)換表的示 例，在該地址處存儲有基于正弦函數(shù)計算的在90。方向上的響應(yīng)函數(shù)
的值；
圖19A示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的0/90。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn)換表的示
例，在該地址處存儲有基于余弦函數(shù)計算的在o。方向上的響應(yīng)函數(shù)的 值；
圖19B示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的0/90。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址時^f吏用的地址轉(zhuǎn)換表的示 例，在該地址處存儲有基于余弦函數(shù)計算的在90。方向上的響應(yīng)函數(shù) 的值；
圖20A示出了在快速確定與 一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的45/135。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn)換表的 示例，在該地址處存儲有基于正弦函數(shù)計算的在45。方向上的響應(yīng)函 數(shù)的值；
圖20B示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的45/135。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn)換表的 示例，在該地址處存儲有基于正弦函數(shù)計算的在135。方向上的響應(yīng)函 數(shù)的值；
圖21A示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的45/135。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn)換表的 示例，在該地址處存儲有基于余弦函數(shù)計算的在45。方向上的響應(yīng)函 數(shù)的值； 圖21B示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的45/135。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn)換表的 示例，在該地址處存儲有基于余弦函數(shù)計算的在135。方向上的響應(yīng)函 數(shù)的值；
圖22A示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的27/63/117/153。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn) 換表的示例，在該地址處存儲有基于正弦函數(shù)計算的在27。方向上的 響應(yīng)函數(shù)的值；
圖22B示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的27/63/117/153。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn) 換表的示例，在該地址處存儲有基于正弦函數(shù)計算的在63。方向上的 響應(yīng)函數(shù)的值；
圖22C示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的27/63/117/153。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn) 換表的示例，在該地址處存儲有基于正弦函數(shù)計算的在117。方向上的 響應(yīng)函數(shù)的值；
圖22D示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的27/63/117/153。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn) 換表的示例，在該地址處存儲有基于正弦函數(shù)計算的在153。方向上的 響應(yīng)函數(shù)的值；
圖23A示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的27/63/117/153。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn) 換表的示例，在該地址處存儲有基于余弦函數(shù)計算的在27。方向上的 響應(yīng)函數(shù)的值；
圖23B示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的27/63/117/153。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn) 換表的示例，在該地址處存儲有基于余弦函數(shù)計算的在63。方向上的 響應(yīng)函數(shù)的值；
圖23C示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的控制信號對應(yīng)的27/63/117/153。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn) 換表的示例，在該地址處存儲有基于余弦函數(shù)計算的在117。方向上的 響應(yīng)函數(shù)的值；
圖23D示出了在快速確定與一個窗口中的位置Y和X相關(guān)聯(lián)的 控制信號對應(yīng)的27/63/117/153。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址時使用的地址轉(zhuǎn) 換表的示例，在該地址處存儲有基于余弦函數(shù)計算的在153。方向上的 響應(yīng)函數(shù)的值；
圖24例示了 Gabor濾波器應(yīng)用單元的結(jié)構(gòu)的另一示例。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖參照實(shí)施例來進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。
如上所述，面部識別包括用于從輸入圖像中提取面部圖像的面 部提取處理；以及用于識別所提取的面部圖像的面部識別處理。下面 再次描述面部檢測和面部識別的定義。
面部檢測是指從圖像(靜態(tài)相片或運(yùn)動圖片的一個場或幀)中檢 測人臉并且確定所檢測人臉的位置和尺寸的處理。應(yīng)當(dāng)注意，在一些 情況下， 一個圖片包括多張臉。另一方面，面部識別是指確定所檢測 的面部是否是預(yù)先登記的特定個人的面部。
圖1是例示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的面部識別系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示 意圖。如圖1所示，面部識別系統(tǒng)l包括面部縮小單元ll、面部檢 測器12、眼部位置檢測器13、面部識別單元14、以及用于存儲多個 圖像的存儲器(SDRAM) 15。面部檢測器12、眼部位置檢測器13以 及面部識別單元14分別具有本地存儲器(SDRAM )。在該系統(tǒng)l中， 輸入圖像并且輸出表示該圖像是否是特定個人的面部圖像的標(biāo)記。
圖像縮小單元11通過將輸入圖像在水平和垂直方向縮小到1/2 來產(chǎn)生圖像，并且將所得到的縮小圖像與原始輸入圖像一起存儲在 SDRAM (同步DRAM ) 15中。在圖l所示的示例中，輸入圖像被表 示為"圖像xl"，通過將輸入圖像的尺寸在水平和垂直方向上都縮小到 1/2而產(chǎn)生的圖像被表示為"圖像xl/2"，并且通過將輸入圖像的尺寸在 水平和垂直方向上都縮小到1/4而產(chǎn)生的圖像被表示為"圖像xl/4"。 這三個圖像被存儲在SDRAM 15中。
為了以高精度獲得縮小的圖像，期望從原始輸入圖像直接產(chǎn)生縮 小圖像。然而，這需要更大的硬件尺寸。為了獲得具有較小硬件尺寸 的縮小圖像，可能重復(fù)進(jìn)行將圖像縮小到1/2的操作。也就是，原始 輸入圖像(具有xl尺寸的圖像)首先被縮小以獲得xl/2尺寸的圖像， 然后具有xl/2尺寸的該圖像被進(jìn)一步縮小以獲得xl/4尺寸的圖像。
面部檢測器12從輸入圖像的面部以及從存儲在SDRAM 15中的 所有縮小圖像中的每一個中檢測面部，并且進(jìn)一步確定所檢測面部中 每一個的尺寸和位置。如果高處理速度并不重要，則通過掃描整個圖 像區(qū)域能夠容易地檢測面部位置。為了檢測具有不固定尺寸的面部， 一種方法是固定圖像分辨率并且對于各種圖像尺寸準(zhǔn)備多個面部檢測 器。另一方法是固定可容許的面部尺寸并且準(zhǔn)備單個面部檢測器。在 該情況下，輸入圖像被縮小到各種圖像尺寸，并且被進(jìn)行面部檢測處 理。后一方法在實(shí)際使用中更為有用。由此，在圖1所示的本示例中， 面部檢測器12確定在對于由面部縮小單元11產(chǎn)生的xl尺寸的圖像、 x1/2尺寸的圖像以及xl/4尺寸的圖4象中每一個的24x24個像素的區(qū)域 內(nèi)，是否存在面部。
在1/2的縮小率過于粗糙的情況下，圖像縮小單元11可以進(jìn)一 步產(chǎn)生x7/8尺寸的圖像、x6/8尺寸的圖像以及x5/8尺寸的圖像，并且 面部檢測器12也可以對于這些圖像進(jìn)行面部檢測。
面部檢測可以使用兩點(diǎn)差值方法來進(jìn)行。在該方法中，對于24x24 個像素的區(qū)域內(nèi)的兩個像素的多個組合，檢查兩個像素之間的特征值 的差值。可以使用Gentleboost算法來進(jìn)行分類。
眼部位置檢測器13確定兩個相應(yīng)眼部的位置，以根據(jù)所述位置 來對通過面部檢測器12檢測的具有高分辨率的圖像中的面部進(jìn)行歸 一化，以為面部識別做好準(zhǔn)備。更具體的，檢測相應(yīng)兩個眼部的位置， 并且基于在具有低分辨率的圖像中檢測到的面部的尺寸、位置和角度， 來確定在具有高分辨率的圖像中的面部的尺寸、位置和角度。
面部檢測器12以24x24個像素的分辨率檢測圖像的面部，而面 部識別單元14以60x66個像素的分辨率識別圖像的面部。由面部識 別單元14進(jìn)行面部識別的該方式需要比面部檢測器12進(jìn)行面部檢測 時所需的分辨率更高的分辨率。因此，例如，當(dāng)由面部檢測器對于x1/2 尺寸的圖像進(jìn)行面部檢測時，從具有xl尺寸的圖像的相應(yīng)區(qū)域中檢測 到雙眼。
在這兩種類型的檢測中，可以使用兩點(diǎn)像素差值方法來進(jìn)行特征 提取。與通過面部檢測器12進(jìn)行面部檢測一樣，對于具有24x24個 像素尺寸的圖像，使用兩點(diǎn)像素差值方法進(jìn)行特征提取，由此，可以 通過連續(xù)執(zhí)行處理來對眼部檢測和面部檢測使用相同的硬件。
面部識別單元14根據(jù)面部圖像確定面部的尺寸、位置和角度， 對于該面部圖像已經(jīng)由眼部位置檢測器13確定了雙眼位置，并且面部 識別單元14根據(jù)所檢測的面部的尺寸、位置和角度，將面部圖像轉(zhuǎn)換 成具有60x66個像素的尺寸的歸一化面部圖像。然后將歸一化的面部 圖像存儲在內(nèi)部SDRAM中以便在確定該面部圖像是否等同于登記面 部圖像時使用。
在本實(shí)施例中，如上所述，面部識別單元14進(jìn)行Gabor濾波以 提取面部圖像的特征。使用Gentleboost算法來進(jìn)行分類。更具體的， 確定在作為對歸一化面部圖像進(jìn)行Gabor濾波的結(jié)果而獲得的數(shù)據(jù)與 對登記面部圖像進(jìn)行Gabor濾波而獲得的數(shù)據(jù)之間的相似度，然后將 Gentleboost應(yīng)用于所確定的相似度，來確定該面部圖像是否與登記圖 像等同。
圖2例示了面部識別單元14的結(jié)構(gòu)示例。在圖2所示的該示例 中，面部識別單元14包括面部圖像輸入單元141、 Gabor濾波器應(yīng) 用單元142、相似度計算單元143、和匹配確定單元144。
面部圖像輸入單元141首先從SDRAM 15讀取面部圖像，該面
置進(jìn)行面部識別，并且面部圖像輸入單元141將面部圖像提供給面部 識別單元14中的本地SRAM 1。面部圖像輸入單元141隨后基于雙眼
的位置確定面部的尺寸、位置和角度，并且根據(jù)所確定的面部的尺寸、
位置和角度對存儲在SRAM-1中的面部圖像進(jìn)行歸一化，由此生成要 進(jìn)行面部識別的面部圖像。所得面部圖像被存儲在面部識別單元14 的本地SRAM-2中。更具體的，面部圖像輸入單元141在需要時，對 從SRAM-1讀取的面部圖像進(jìn)行縮小、移動和/或旋轉(zhuǎn)，以使得根據(jù)眼 部位置信息使右眼和左眼的位置在SRAM-2中具有固定坐標(biāo)，由此在 SRAM-2中產(chǎn)生要進(jìn)行面部識別的面部圖像(參見圖3)。
Gabor濾波器應(yīng)用單元142將Gabor濾波器應(yīng)用于由圖4象輸入 單元141歸一化的面部圖像。
如上所述，Gabor濾波器基于代表窗口的高斯函數(shù)、代表頻率響 應(yīng)的正弦或預(yù)先函數(shù)，來代表空間特性。在本實(shí)施例中，如圖4A所 示，濾波器窗口具有24x24個像素的固定尺寸。通過將由如圖4B所 示的具有固定頻率的正弦或余弦函數(shù)表示的響應(yīng)函數(shù)乘以濾波器窗 口，如圖4C所示，獲得Gabor濾波器。例如，如果將八個響應(yīng)函數(shù) 分別乘以濾波器窗口，則如圖4D所示獲得八個Gabor濾波器，所述 八個響應(yīng)函數(shù)中的每一個由在0°、 22.5。、 45°、 67.5°、 90。、 112.5°、 135°和157.5。八個方向之一上的正弦或余弦函數(shù)表示，每個所述方向 與相鄰方向相差22.5。的方向。此外，如果在所述八個方向e中的每一 個中對于從低頻到高頻的范圍中的五個不同頻率f準(zhǔn)備響應(yīng)函數(shù)，則 如圖4E所示，獲得總共40個Gabor濾波器。即，通過以下公式給出 Gabor濾波器(Gabor核心(Gabor kernel) K(x，y))。
<formula>formula see original document page 25</formula>
Gabor濾波的操作由Gabor濾波器的系數(shù)Gi(x，y)與正在被進(jìn)行 Gabor濾波的像素值I(x，y)的巻積定義。每個Gabor濾波器的系數(shù)可
以分為實(shí)部Re(x，y)和虛部Im(x，y)，實(shí)部Re(x,y)包括代表頻率響應(yīng)的 余弦函數(shù)，虛部Im(x，y)包括代表頻率響應(yīng)的正弦函數(shù)。如果對于實(shí)部 和虛部單獨(dú)計算巻積，并且將結(jié)果相加到一起，則獲得表示Gabor濾 波的結(jié)果的標(biāo)量值Ji(x，y)。
Ji(x， y) = Gi(x， y) I(x， y)
其中上述表達(dá)式(x，y)表示提取特征值的像素位置，下標(biāo)i用于表 示使用第i個Gabor濾波器進(jìn)行的計算，并且利用第i個Gabor濾波 器獲得結(jié)果。
由此，通過將最多40個Gabor濾波器應(yīng)用于特征值提取位置(x，y) 處的像素值，獲得總共40個標(biāo)量值，并且所得40個標(biāo)量值的集合 (JhJ2，…，J一稱為Gabor特征向量標(biāo)記。
相似度計算單元143通過對于每個特征值提取位置，計算對于輸 入圖像計算的Gabor特征向量標(biāo)記GS與登記圖像的Gabor特征向量 標(biāo)記GR之間的歸 一化互相關(guān)系數(shù)，來確定相似度d 。
在本實(shí)施例中，通過對于從面部圖像上的總共60x66個像素中選 擇的82個特征值提取位置(參見圖5)中的每一個，計算歸一化互相 關(guān)系數(shù)，來確定相似度。作為結(jié)果，獲得相似度矢量D，該相似度矢
量D的元素d。、 A.....(181分別表示對于所述82個特征值提取位置
計算的歸一化互相關(guān)系數(shù)。
D = (do， di d2v." d81)
在以上說明中，描述了在計算中使用最多40個Gabor濾波器。 這意味著，并非必須對于所有82個特征值提取位置應(yīng)用40個Gabor 濾波器。所使用Gabor濾波器的數(shù)目取決于計算相似度的特征值提取 位置，并且Gabor濾波器的類型以及Gabor濾波器的元素的數(shù)目(即， Gabor特征向量標(biāo)記的元素的數(shù)目)根據(jù)特征值提取位置而變化。
匹配確定單元144基于相似度向量確定輸入圖像是否被視為與登記圖像等同。在本實(shí)施例中，如下所述使用Gentleboost算法來進(jìn)行 以上確定中的分類。
y000 = a000 x (dj000 > q000) + b000
y001 = a001 x ,01 > q001) + b001
y002 = a002 x (dj002 > q002) + b002
y159 = a159 x (djl59 > q159) + b159
其中0Sj000,j001，j002，…，j159《81
應(yīng)當(dāng)注意，a、 q和b的值被預(yù)先以詞典的形式登記。 根據(jù)以下數(shù)學(xué)式來進(jìn)行關(guān)于輸入圖像是否與登記圖像等同的確定。
if ((y000 + y001 + y002 +...+ y159) > threshold) face OK else face NG
雖然在本實(shí)施例中使用Gentleboost算法來進(jìn)行等同性確定，但 是等同性確定并不限于Gentleboost算法，還可以使用其它算法或技 術(shù)。例如，可以使用支持向量機(jī)來進(jìn)行等同性確定，以便使用支持向 量機(jī)基于在相似度向量的邊界平面處的值進(jìn)行分類。
圖6例示了 Gabor濾波器應(yīng)用單元142的結(jié)構(gòu)示例。在圖6所示 的示例中，Gabor濾波器應(yīng)用單元142根據(jù)由控制信號發(fā)生器生成的 控制信號進(jìn)行操作。圖7例示了控制信號發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示例，并 且圖8例示了由控制信號發(fā)生器生成的控制信號。
如圖7所示，控制信號發(fā)生器包括用于指定特征值提取位置的 特征值提取位置計數(shù)器；用于對于每個特征值提取位置指定濾波器類 型的濾波器類型計數(shù)器；以及用于指定具有24x24個像素的濾波器窗 口的Y和X的Y窗口位置計數(shù)器和X窗口位置計數(shù)器。
如圖5所示，為了提取在一個圖像(即， 一個面部)的各個82 個位置處的特征值，特征值提取位置計數(shù)器的計數(shù)值從0變到81，以 依次指定特征值提取位置。所使用Gabor濾波器的類型和數(shù)目根據(jù)特 征值提取位置而變化。在圖6所示的示例中，Gabor濾波器應(yīng)用單元 142被配置為使得與一次使用4個Gabor濾波器并行地進(jìn)行濾波處理。
在圖8所示的示例中，將28 (=4x7)個類型的Gabor濾波器應(yīng) 用于特征值提取位置0 ( pos0 )，并且將12 ( =4x3 )個類型的Gabor 濾波器應(yīng)用于特征值提取位置1 (posl) 。 Gabor濾波器的類型和數(shù) 目可以根據(jù)輸入面部圖像中的位置(特征值提取位置)而任意選擇。 所使用Gabor濾波器的數(shù)目取決于特征值提取位置(d。，di，d2，…，d8山 如上所述，Gabor濾波器的類型和Gabor濾波器的數(shù)目(即，Gabor 特征向量標(biāo)記的元素的數(shù)目)根據(jù)位置而變化。在本實(shí)施例中，所使 用濾波器的最大數(shù)目是40，在濾波處理中一次使用4個濾波器，由此 濾波器類型計數(shù)器的計數(shù)值從0變到9。
對于在并行處理中使用的四個Gabor濾波器，設(shè)置用于對窗口 的y位置進(jìn)行計數(shù)的從0到23的y計數(shù)器以及用于對窗口的x位置進(jìn) 行計數(shù)的從0到23的x計數(shù)器(參見圖9 )。在與24x24=576個時鐘 對應(yīng)的固定長度的時間段中進(jìn)行Gabor濾波處理。
在本實(shí)施例中，4吏用40個(8個方向x5個頻率)類型的Gabor 濾波器。每個Gabor濾波器的系數(shù)由基于高斯函數(shù)的濾波器窗口 (24x24 )確定，實(shí)部包括余弦函數(shù)，虛部包括正弦函數(shù)。各個Gabor 濾波器的系數(shù)可以存儲在ROM中，以使得由硬件給出這些系數(shù)。在 每個系數(shù)由長度為16比特的數(shù)據(jù)表示的情況下，為了在ROM中存儲 所有系數(shù)，ROM需要具有多至720 (=24x24x40x2x16) Kbit的存儲 容量。下面討論用于減少存儲在ROM中的數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)尺寸的技術(shù)。
通過使用高斯函數(shù)計算的濾波器窗口的值與包括正弦函數(shù)和余 弦函數(shù)的響應(yīng)函數(shù)的值的乘積，給出每個Gabor濾波器的每個系數(shù)。 因此，如果使用高斯函數(shù)計算的濾波器窗口的值、基于正弦函數(shù)確定 的值以及基于余弦函數(shù)確定的值被預(yù)先存儲在ROM中，則可以通過 使用存儲在ROM中的值進(jìn)行相乘來確定Gabor濾波器的系數(shù)。這使 得與在ROM中存儲40個Gabor濾波器的所有系數(shù)的情況相比，可 以縮小存儲在ROM中的數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)尺寸。
如上所述，利用高斯函數(shù)關(guān)于峰值對稱的事實(shí)以及正弦和余弦函 數(shù)是周期性函數(shù)(其中相等值周期性地出現(xiàn))的事實(shí)，通過去除在基 于高斯函數(shù)計算的窗口值關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)中的冗余以及在基于正弦或余弦
函數(shù)計算的值關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)中的冗余，可以進(jìn)一步縮小存儲在ROM中 的數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)尺寸。
下面進(jìn)一步詳細(xì)討論濾波器窗口的冗余。圖10A和10B示出了 由對于各個24x24個固定的XY位置，通過高斯函數(shù)給出的濾波器窗 口值。從圖4A可以看出，濾波器窗口在位置(0，0)處具有峰值，并且 隨著與峰值位置距離的增加，該值向著0減小，同時關(guān)于點(diǎn)(0,0)保持 對稱。從圖10A和10B可以看出，在具有由高斯函數(shù)給出的總共576 (-24x24)個字的濾波器窗口中周期性地出現(xiàn)分別由圖10A中的粗線 框包圍的78個字，由此可以使用圖10A中所示的粗線框中的78個字 之一來獲得任何字。
由正弦函數(shù)和余弦函數(shù)給出的值在0。與90°之間、在45。與135° 之間、并且在27。、 63°、 117。和153之間相等，由此，考慮到如上所 述的周期性，與存儲在ROM中的響應(yīng)函數(shù)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的總尺寸可 能縮小。
圖11A和11B示出了在0。方向上的窗口的24x24個XY位置處， 由正弦函數(shù)給出的響應(yīng)函數(shù)的值。圖12A和12B示出了在0。方向上的 窗口的24x24個XY位置處，由余弦函數(shù)給出的響應(yīng)函數(shù)的值。由于 正弦和余弦函數(shù)的周期性，并且由于它們的特征，即，在X和Y互換 的位置處、與0。關(guān)聯(lián)的值等于與90。關(guān)聯(lián)的值，所以在不同的窗口位 置XY處，分別由圖12A中所示的粗線框包圍的12個字周期性地出 現(xiàn)，由此，在當(dāng)前方向上的響應(yīng)函數(shù)的任何值可以使用這12個字之一 來獲得。
圖13A和13B示出了由在135。方向上的窗口的24x24個XY位 置處的正弦函數(shù)給出的響應(yīng)函數(shù)的值。圖13C和13D示出了由在135。 方向上的窗口的24x24個XY位置處的正弦函數(shù)給出的響應(yīng)函數(shù)的值。 圖14A和14B示出了由在45。方向上的窗口的24x24個XY位置處的 余弦函數(shù)給出的響應(yīng)函數(shù)的值。圖14C和14D示出了由在135°方向
上的窗口的24x24個XY位置處的正弦函數(shù)給出的響應(yīng)函數(shù)的值。由 于正弦和余弦函數(shù)的周期性，在不同窗口位置XY處周期性地出現(xiàn)由 圖13A和14A所示的粗線框包圍的總共24個字，由此在當(dāng)前方向上 的響應(yīng)函數(shù)的任何值可以使用這24個字之一來獲得。
基于正弦和余弦函數(shù)的響應(yīng)函數(shù)的其余4個方向可以取在0。與 45。之間的中心角22.5。、在45。與90。之間的中心角67.5。、在90。與135° 之間的中心角112.5。、在135。與180。之間的中心角157.5。(參見圖4C )。 然而，正弦和余弦函數(shù)在這些方向上不具有周期性，由此，無法實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)尺寸的縮小。該問題可以通過如下方式實(shí)現(xiàn)，即，采用27°、 63。、 117。、 153。而不是22.5。、 67.5。、 U2.5。和157.5。，并且通過在27。、 63。、 117。、 153。方向(在這些方向上，正弦和余弦函數(shù)具有周期性) 上的正弦和余弦函數(shù)來近似在22.5。、 67.5。、 U2.5。和157.5。方向上的 正弦和余弦函數(shù)。
角度27°、 63。、 117°、 153。是才艮據(jù)以下/>式確定的，從而正弦和 余弦函數(shù)在這些角度處具有周期性。
27。
arcsin(l/V ]larccos(2/V^) 63。
arcsin(2/V^]larccos(l/V^) 117。
arcsin(2/V^)arccos(-l/V^) 63。
arcsin(l/V^]iarccos(-2/V^)
圖15A和15B示出了由在27。方向上的窗口的24x24個XY位置 處的正弦函數(shù)給出的響應(yīng)函數(shù)的值。圖16A和16B示出了由在27。方 向上的窗口的24x24個XY位置處的余弦函數(shù)給出的響應(yīng)函數(shù)的值。 由于正弦和余弦函數(shù)的周期性，在不同窗口位置XY處周期性地出現(xiàn) 由圖15A和16A所示的粗線框包圍的總共35個字，由此在當(dāng)前方向 上的響應(yīng)函數(shù)的任何值可以使用這35個字之一來獲得。
總之，可以按照如下方式縮小用于表示在Gabor濾波器的八個 方向上的濾波器窗口和響應(yīng)函數(shù)的數(shù)據(jù)的總尺寸。
(1)用于代表基于高斯函數(shù)的具有24x24的固定尺寸的濾波器 窗口的78個字被存儲在ROM中。(2 )用于代表基于在0°和90°方 向上的正弦和余弦函數(shù)的響應(yīng)函數(shù)的12個字被存儲在ROM中。(3) 用于代表基于在45。和135。方向上的正弦和余弦函數(shù)的響應(yīng)函數(shù)的24 個字被存儲在ROM中。(4)在其中正弦和余弦函數(shù)不具有周期性的 22.5°、 67.50、 U2.5。和157.5。方向上的響應(yīng)函數(shù)被在其中正弦和余弦 函數(shù)具有周期性的27。、 63°、 117°、 153。方向上的響應(yīng)函數(shù)所近似， 并且用于表示在這些方向上的響應(yīng)函數(shù)的35個字被存儲在ROM中。 下文中，其中存儲有用于獲得竟?fàn)幩钄?shù)據(jù)的上述數(shù)據(jù)被分別表示為 高斯數(shù)據(jù)ROM、 0/90。正弦數(shù)據(jù)ROM、 0/90。余弦數(shù)據(jù)ROM、 45/135。 正弦數(shù)據(jù)ROM、45/135。余弦數(shù)據(jù)ROM、27/63/117/153。正弦數(shù)據(jù)ROM 和27/63/117/153。余弦數(shù)據(jù)ROM。
根據(jù)表示從控制信號發(fā)生器的Y窗口位置計數(shù)器和X窗口位置 計數(shù)器提供的窗口的X和Y位置的控制信號，地址生成器產(chǎn)生ROM 地址，該ROM地址表示從其讀取基于高斯函數(shù)計算的值以及基于正 弦和余弦函數(shù)計算的值的存儲地址。
更具體的，用于訪問高斯數(shù)據(jù)ROM的地址生成器檢查諸如圖17 所示的地址轉(zhuǎn)換表，以找出與窗口 Y和窗口 X的控制信號對應(yīng)的地址， 由此獲取高斯數(shù)據(jù)ROM中的存儲有所需值的地址。
用于訪問0/90。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址生成器檢查諸如圖18A或 18B所示的地址轉(zhuǎn)換表，以找出與窗口 Y和窗口 X的控制信號對應(yīng)的 地址，由此獲取0/90。正弦數(shù)據(jù)ROM中的、存儲有預(yù)先通過正弦函數(shù) 的計算而確定的在0°和90。方向上的響應(yīng)函數(shù)的獲取值的地址。另選 的，用于訪問0/90。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址生成器可以基于以下數(shù)學(xué)式 根據(jù)窗口 Y和窗口 X的控制信號確定0/90。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址。
0。正弦函數(shù)
if (x < 12) adr = x; else {adr = 23 - x; *adr* = -1} 90。正弦函數(shù)
if (y < 12) adr = y; else {adr = 23國y; *adr* = -1}
用于訪問0/90。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址生成器檢查諸如圖19A或 19B所示的地址轉(zhuǎn)換表，以找出與窗口 Y和窗口 X的控制信號對應(yīng)的 地址，由此獲取0/90。余弦數(shù)據(jù)ROM中的、存儲有通過余弦函數(shù)的計 算而預(yù)先確定在0。和90。方向上的響應(yīng)函數(shù)的獲取值的地址。另選的， 用于訪問0/90。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址生成器可以基于以下數(shù)學(xué)式根據(jù) 窗口 Y和窗口 X的控制信號確定0/90。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址。
0。余弦函數(shù)
if (x < 12) adr = x; else adr = 23 - x 90。余弦函數(shù)
if (y < 12) adr = y; else adr = 23 - y
用于訪問45/135。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址生成器檢查諸如圖20A 或20B所示的地址轉(zhuǎn)換表，以找出與窗口 Y和窗口 X的控制信號對 應(yīng)的地址，由此獲取45/135。正弦數(shù)據(jù)ROM中的、存儲有預(yù)先通過正 弦函數(shù)的計算而確定的在45。和135。方向上的響應(yīng)函數(shù)的獲取值的地 址。另選的，用于訪問45/135。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址生成器可以基于 以下數(shù)學(xué)式根據(jù)窗口 Y和窗口 X的控制信號確定45/135。正弦數(shù)據(jù) ROM的地址。
45。正弦函數(shù)
adr = (23 - x) - y; if (adr < 0) {adr* = -1; *adr* = -1} 135。正弦函數(shù)
adr = x - y; if (adr < 0) {adr* =誦l; *adr* = -1}
用于訪問45/135。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址生成器檢查諸如圖21A 或21B所示的地址轉(zhuǎn)換表，以找出與窗口 Y和窗口 X的控制信號對 應(yīng)的地址，由此獲取45/135。余弦數(shù)據(jù)ROM中的、存儲有通過余弦函 數(shù)的計算而預(yù)先確定的在45。和135。方向上的響應(yīng)函數(shù)的獲取值的地 址。另選的，用于訪問45/135。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址生成器可以基于 以下數(shù)學(xué)式根據(jù)窗口 Y和窗口 X的控制信號確定45/135。余弦數(shù)據(jù) ROM的地址。
45。余弦函數(shù)<formula>formula see original document page 33</formula> 135。余弦函數(shù)
<formula>formula see original document page 33</formula>
用于訪問27/63/117/153。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址生成器檢查諸如 圖22A至22D所示的地址轉(zhuǎn)換表，以找出與窗口 Y和窗口 X的控制 信號對應(yīng)的地址，由此獲取27/63/117/153。正弦數(shù)據(jù)ROM中的、存儲 有預(yù)先通過正弦函數(shù)的計算而確定的在27。、 63。、 117。和153。方向上 的響應(yīng)函數(shù)的獲取值的地址。另選的，用于訪問27/63/117/153°正弦數(shù) 據(jù)ROM的地址生成器可以基于以下數(shù)學(xué)式根據(jù)窗口 Y和窗口 X的控 制信號確定27/63/117/153。正弦數(shù)據(jù)ROM的地址。
27。正弦函數(shù) <formula>formula see original document page 33</formula>if (adr《0) {adr+= 35;} else (*adr* =國1}} else
{adr = (23-x)-y/2 + l;
if (adr S 0) {adr+= 35; *adr* = -1}} 63。正弦函數(shù)
if (y == odd) {adr = y畫(23畫x)/2 + 1;
if (adr《0) {adr+= 35;} else (*adr* = -1}}
else {adr = (23 - y) - x/2 + 1;
if (adr S 0) {adr+= 35 *adr* = -1}} 117。正弦函數(shù)
if (x! == odd) {adr = y - x/2 + 1; if (adr《0) {adr+= 35;} else (*adr = -1}} else {adr = (23 一 y) - (23- x)/2 + 1; if (adr《0) {adr+= 35; *adr* = -1}} 153。正弦函數(shù) if (y == odd) {adr = (23畫x) - (23畫y)/2 + 1; if (adr《0) {adr+= 35;} else (*adr = -1}} else {adr = x-y/2 + 1;
if (adr S 0) {adr+= 35; *adr* = -1}}
用于訪問27/63/117/153。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址生成器檢查諸如 圖23A至23D所示的地址轉(zhuǎn)換表，以找出與窗口 Y和窗口 X的控制 信號對應(yīng)的地址，由此獲取27/63/117/153。余弦數(shù)據(jù)ROM中的、存儲 有預(yù)先通過余弦函數(shù)的計算而確定的在27°、 63°、 117。和153。方向上 的響應(yīng)函數(shù)的獲取值的地址。另選的，用于訪問27/63/117/153。余弦數(shù) 據(jù)ROM的地址生成器可以基于以下數(shù)學(xué)式根據(jù)窗口 Y和窗口 X的控 制信號確定27/63/117/153。余弦數(shù)據(jù)ROM的地址。 27。余弦函數(shù)
if (y == odd) {adr = x-(23 - y)/2 + 1;
if (adr S 0) adr+= 35}
else {adr = (23-x) - y/2 + 1;
if (adr《0) adr+= 35} 63。余弦函數(shù)
if (y == odd) {adr = y-(23 - x)/2 + 1;
if (adr《0) adr+= 35}
else {adr = (23 - y)-x/2 + 1;
if (adr《0) adr+= 35} 117。余弦函數(shù)
if (x! == odd) {adr = y-x/2 + 1;
if (adr S 0) adr+= 35}
else {adr = (23 - y) (23- x)/2 + 1;
if (adr《0) adr+= 35} 153。余弦函數(shù)
if (y == odd) {adr = (23 - x) - (23 - y)/2 + 1;
if (adr S 0) adr+= 35}
else {adr = x - y/2 + 1;
if (adr《0) {adr+= 35}
應(yīng)當(dāng)注意，對于基于正弦函數(shù)計算的值以及基于余弦函數(shù)計算的
值而言，用于轉(zhuǎn)換為ROM地址的轉(zhuǎn)換公式是相同的。
如上所述，并非必須需要使用在所有82個特征值提取位置處的 所有40個Gabor濾波器。所使用Gabor濾波器的數(shù)目取決于特征值 提取位置{^，^，(12，...，(181}，并且Gabor濾波器的類型和Gabor濾波器 的元素的數(shù)目(即，Gabor特征向量標(biāo)記的元素的數(shù)目)根據(jù)特征值 提取位置而變化。為了適當(dāng)?shù)剡x擇Gabor濾波器，Gabor濾波器應(yīng)用 單元142具有濾波器類型SRAM和選擇器。表示要在輸入圖像的各個 特征值提取位置{(!()4142，...481}處使用的濾波器類型的數(shù)據(jù)被預(yù)先存 儲在濾波器類型SRAM中。例如，指定在特征值提取位置0 (pos0) 處使用的Gabor濾波器的pos00、 pos01、 ...、 pos027，指定在特征值 提取位置l(posl)處使用的Gabor濾波器的pos10、 posll、 ...、 pos011 等被存儲在濾波器類型SRAM中。
根據(jù)表示由控制信號發(fā)生器生成的特征值提取位置的地址，表示 要在所關(guān)注的特征值提取位置處使用的濾波器位置的數(shù)據(jù)被從濾波器 類型SRAM中讀取，并且選擇器從各個系數(shù)數(shù)據(jù)ROM中選擇要在所 關(guān)注的特征值提取位置處使用的濾波器系數(shù)(基于正弦和余弦函數(shù)而 計算的響應(yīng)函數(shù))。選定濾波器系數(shù)被提供給濾波單元。
在圖6所示的示例中，Gabor濾波器應(yīng)用單元142被配置為使得 一次對于四個濾波器并行地執(zhí)行濾波。應(yīng)當(dāng)注意，并行執(zhí)行的濾波器 的數(shù)目并不限于4個，而是濾波器的數(shù)目可以根據(jù)濾波器的總數(shù)、處 理速度、硬件復(fù)雜度等來確定。
濾波單元將Gabor濾波器應(yīng)用于被提供給來自SRAM 15的圖像 SRAM的圖像(輸入圖像)。更具體的，濾波器系數(shù)是通過如下方式 確定的，即，將從高斯數(shù)據(jù)ROM讀取的值與從正弦數(shù)據(jù)ROM和余 弦數(shù)據(jù)ROM讀取的值相乘，所述正弦數(shù)據(jù)ROM和余弦數(shù)據(jù)ROM 是基于特征值提取位置由選擇器選擇的，并且將24x24個濾波器的濾 波系數(shù)與圖像的24x24個像素進(jìn)行巻積。然后將用于余弦分量和正弦 分量的結(jié)果組合到一起。在本實(shí)施例中，采用絕對值的總和。當(dāng)期望
更為準(zhǔn)確地確定該總和時，計算該總和的平方根。
在圖6所示的Gabor濾波器應(yīng)用單元142的結(jié)構(gòu)中，對于濾波器 類型的選擇存在限制，因?yàn)榛趯τ?7。、 63。、 117°和153。角度的正 弦和余弦函數(shù)而計算的響應(yīng)函數(shù)的值被存儲在同一ROM中，由此不 允許對于這些角度并行地進(jìn)行Gabor濾波操作。換言之，當(dāng)只使用這 四個角度時， 一次僅對于一個角度進(jìn)行該處理，并且由此用于并行操 作的硬件資源未被充分使用。
當(dāng)期望避免以上問題以對于濾波器類型的任何組合實(shí)現(xiàn)高處理 速度時，可以如圖24所示在不同ROM中分別存儲各個角度的數(shù)據(jù)， 雖然這導(dǎo)致總數(shù)據(jù)尺寸的增加。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以根據(jù)設(shè)計需求和其它因素進(jìn)行各 種修改、組合、子組合和變化，只要它們在所附權(quán)利要求或其等價物 的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種面部識別設(shè)備，用于基于一個或更多個登記面部圖像來識別輸入面部圖像，所述面部識別設(shè)備包括面部圖像輸入裝置，用于輸入要識別的面部圖像；Gabor濾波器應(yīng)用裝置，用于對于由代表空間特性且使用代表窗口的高斯函數(shù)和代表頻率響應(yīng)的正弦函數(shù)或余弦函數(shù)的Gabor函數(shù)定義的Gabor濾波器的響應(yīng)函數(shù)的一組預(yù)定頻率值中的每一個以及一組預(yù)定角度中的每一個，計算在輸入圖像的每個特征值提取位置處的像素值與所述Gabor濾波器的系數(shù)的卷積，由此確定包含有與Gabor濾波器的類型數(shù)目相同的數(shù)目的Gabor特征向量標(biāo)記；相似度計算裝置，用于計算輸入面部圖像的每個特征值提取位置處的Gabor特征向量標(biāo)記與登記面部圖像的Gabor特征向量標(biāo)記之間的相似度，并且確定相似度向量，所述相似度向量的元素由代表各個特征值提取位置處的相似度的值給出；以及等同性確定裝置，用于基于所述相似度向量，確定輸入面部圖像是否與登記面部圖像等同，所述Gabor濾波器應(yīng)用裝置包括濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM，用于存儲通過計算高斯函數(shù)而確定的濾波器窗口的值；正弦數(shù)據(jù)ROM，用于存儲通過計算各個角度的正弦函數(shù)而確定的響應(yīng)函數(shù)的值；余弦數(shù)據(jù)ROM，用于存儲通過計算各個角度的余弦函數(shù)而確定的響應(yīng)函數(shù)的值；以及Gabor濾波器系數(shù)計算裝置，用于通過將從濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM讀取的值乘以從正弦數(shù)據(jù)ROM和余弦數(shù)據(jù)ROM讀取的值來計算Gabor濾波器的系數(shù)，所述Gabor濾波器應(yīng)用裝置用于計算輸入面部圖像與由Gabor濾波器系數(shù)計算裝置計算出的Gabor濾波器系數(shù)的卷積。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的面部識別設(shè)備，其中 所述濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM、與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的所述正弦數(shù)據(jù)ROM以及與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的余弦數(shù)據(jù)ROM分別存 儲按照高斯函數(shù)的特性、正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的周期性而選擇的沒有冗余的最小量的ROM數(shù)據(jù)，所述面部識別設(shè)備還包括地址轉(zhuǎn)換裝置，用于將特征值提取位 置轉(zhuǎn)換成濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM、與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的正弦數(shù) 據(jù)ROM、以及與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的余弦數(shù)據(jù)ROM的對應(yīng)地 址，以及所述Gabor濾波器系數(shù)計算裝置依照與從地址轉(zhuǎn)換裝置提供的 特征值提取位置對應(yīng)的地址，從濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM、與各個濾波 器角度相關(guān)聯(lián)的正弦數(shù)據(jù)ROM、以及與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的余 弦數(shù)據(jù)ROM讀取濾波器窗口值以及與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的響應(yīng) 函數(shù)的值，并且所述Gabor濾波器系數(shù)計算裝置通過將濾波器窗口值 與響應(yīng)函數(shù)的值相乘來確定對于特征值提取位置的Gabor濾波器的系 數(shù)。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的面部識別設(shè)備，其中 所述Gabor濾波器應(yīng)用裝置用于應(yīng)用在八個方向上定義的 Gabor濾波器，所述Gabor濾波器應(yīng)用裝置包括用以存儲與Gabor濾波器相關(guān) 聯(lián)的參數(shù)的以下部件0/90。正弦數(shù)據(jù)ROM,用于存儲基于正弦函數(shù) 計算出的響應(yīng)函數(shù)在0°和90°方向上的值；0/90。余弦數(shù)據(jù)ROM,用 于存儲基于余弦函數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在0°和90°方向上的值； 45/135。正弦數(shù)據(jù)ROM，用于存儲基于正弦函數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在 45°和135°方向上的值；45/135°余弦數(shù)據(jù)ROM，用于存儲基于余弦函 數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在45°和135°方向上的值，所述Gabor濾波器應(yīng)用裝置包括也用以存儲與Gabor濾波器相 關(guān)聯(lián)的參數(shù)的以下部件27/63/117/153。正弦數(shù)據(jù)ROM，用于存儲基 于正弦函數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在27°、 63°、 117°和153°方向上的值； 27/63/117/153。余弦數(shù)據(jù)ROM,用于存儲基于余弦函數(shù)計算出的響應(yīng) 函數(shù)在27°、 63°、 117°和153°方向上的值，由此存儲響應(yīng)函數(shù)在正弦 函數(shù)和余弦函數(shù)具有周期性的27°、 63°、 117°和153°方向上的值，由 此獲得對響應(yīng)函數(shù)在22.5°、 67.5°、 U2.5°和157.5°方向上的值進(jìn)行近 似的值，其中所述22.5°是0°與45°之間的中心角，所述67.5°是45°與90°之間的中心角，所述112.5°是90°與135°之間的中心角，所述157.5o是135o與180o之間的中心角，并且這些ROM中的每一個用于存儲從基于在各個角度的方向上的正 弦函數(shù)或余弦函數(shù)計算出的值中選擇的沒有冗余的最小數(shù)目的數(shù)據(jù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的面部識別設(shè)備，還包括 濾波器類型數(shù)據(jù)存儲裝置，用于存儲對要在每個特征值提取位置處使用的濾波器類型進(jìn)行指定的數(shù)據(jù)，以及選擇裝置，用于對于每個特征值提取位置，從各個ROM選擇性 地讀取在確定由存儲在濾波器類型數(shù)據(jù)存儲裝置中的數(shù)據(jù)所指定類型 的濾波器的系數(shù)時使用的濾波器窗口的值以及響應(yīng)函數(shù)的值，并且將 所讀取的值提供給Gabor濾波器系數(shù)計算裝置。
5、 一種基于一個或更多個登記面部圖像來識別輸入面部圖像的 方法，包括以下步驟輸入要識別的面部圖像；應(yīng)用Gabor濾波器，所述應(yīng)用Gabor濾波器的步驟包括對于 由代表空間特性且使用代表窗口的高斯函數(shù)和代表頻率響應(yīng)的正弦函 數(shù)或余弦函數(shù)的Gabor函數(shù)定義的Gabor濾波器的響應(yīng)函數(shù)的一組預(yù) 定頻率值中的每一個以及一組預(yù)定角度中的每一個，計算在輸入圖像 的每個特征值提取位置處的像素值與所述Gabor濾波器的系數(shù)的巻 積，由此確定包含有與Gabor濾波器的類型數(shù)目相同的數(shù)目的Gabor 特征向量標(biāo)記；計算輸入面部圖像的每個特征值提取位置處的Gabor特征向量 標(biāo)記與登記面部圖像的Gabor特征向量標(biāo)記之間的相似度，并且確定 相似度向量，所述相似度向量的元素由代表各個特征值提取位置處的 相似度的值給出；以及基于所述相似度向量，確定輸入面部圖像是否與登記面部圖像等同，所述應(yīng)用Gabor濾波器的步驟包括從用于存儲通過計算高斯函數(shù)而確定的濾波器窗口的值的 濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM、用于存儲通過計算各個角度的正弦函數(shù) 而確定的響應(yīng)函數(shù)的值的正弦數(shù)據(jù)ROM、以及用于存儲通過計 算各個角度的余弦函數(shù)而確定的響應(yīng)函數(shù)的值的余弦數(shù)據(jù)ROM中讀取值，通過將從濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM讀取的值乘以從正弦數(shù)據(jù) ROM和余弦數(shù)據(jù)ROM讀取的值來計算Gabor濾波器的系數(shù)， 以及計算輸入面部圖像與計算出的Gabor濾波器系數(shù)的巻積。
6、 一種Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備，用于對于由代表空間特性且使 用代表窗口的高斯函數(shù)和代表頻率響應(yīng)的正弦函數(shù)或余弦函數(shù)的 Gabor函數(shù)定義的Gabor濾波器的響應(yīng)函數(shù)的一組預(yù)定頻率值中的每 一個以及一組預(yù)定角度中的每一個，計算空間數(shù)據(jù)與所述Gabor濾波 器的系數(shù)的巻積，由此確定包含有與Gabor濾波器的類型數(shù)目相同的 數(shù)目的Gabor特征向量標(biāo)記，所述Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備包括濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM，用于存儲通過計算高斯函數(shù)而確定的濾 波器窗口的值；正弦數(shù)據(jù)ROM，用于存儲通過計算各個角度的正弦函數(shù)而確定 的響應(yīng)函數(shù)的值；余弦數(shù)據(jù)ROM，用于存儲通過計算各個角度的余弦函數(shù)而確定 的響應(yīng)函數(shù)的值；以及Gabor濾波器系數(shù)計算裝置，用于通過將從濾波器窗口數(shù)據(jù)算Gabor濾波器的系數(shù)，以及巻積計算裝置，用于使用由Gabor濾波器系數(shù)計算裝置計算出 的Gabor濾波器系數(shù)來計算巻積。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備，其中 所述濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM、與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的所述正弦數(shù)據(jù)ROM以及與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的余弦數(shù)據(jù)ROM分別存 儲按照高斯函數(shù)的特性、正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的周期性而選擇的沒有 冗余的最小量的ROM數(shù)據(jù)，所述Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備還包括地址轉(zhuǎn)換裝置，用于將要 應(yīng)用Gabor濾波器的特征值提取位置轉(zhuǎn)換成濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM、 與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的正弦數(shù)據(jù)ROM、以及與各個濾波器角度 相關(guān)聯(lián)的余弦數(shù)據(jù)ROM的對應(yīng)地址，以及所述Gabor濾波器系數(shù)計算裝置依照與從地址轉(zhuǎn)換裝置提供的 特征值提取位置對應(yīng)的地址，從濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM、與各個濾波 器角度相關(guān)聯(lián)的正弦數(shù)據(jù)ROM、以及與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的余 弦數(shù)據(jù)ROM讀取濾波器窗口值以及與各個濾波器角度相關(guān)聯(lián)的響應(yīng) 函數(shù)的值，并且所述Gabor濾波器系數(shù)計算裝置通過將濾波器窗口值 與響應(yīng)函數(shù)的值相乘來確定對于特征值提取位置的Gabor濾波器的系 數(shù)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備，還包括 0/90。正弦數(shù)據(jù)ROM,用于存儲基于正弦函數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在0°和90。方向上的值；0/90。余弦數(shù)據(jù)ROM,用于存儲基于余弦函 數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在0°和90。方向上的值；45/135。正弦數(shù)據(jù)ROM， 用于存儲基于正弦函數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在45。和135。方向上的值； 45/135。余弦數(shù)據(jù)ROM，用于存儲基于余弦函數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在 45°和135。方向上的值，所述Gabor濾波器應(yīng)用裝置還包括27/63/117/153。正弦數(shù)據(jù) ROM，用于存儲基于正弦函數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在27°、 63°、 117° 和153。方向上的值；27/63/117/153。余弦數(shù)據(jù)ROM，用于存儲基于余 弦函數(shù)計算出的響應(yīng)函數(shù)在27°、 63°、 117°和153。方向上的值，由此 存儲響應(yīng)函數(shù)在27。、 63°、 117°和153。方向上的值，在所述27°、 63°、 117。和153。方向上正弦函數(shù)和余弦函數(shù)具有周期性，由此獲得對響應(yīng) 函數(shù)在22.5°、 67.5°、 U2.5。和157.5。方向上的值進(jìn)行近似的值，所述 22.5°是0。與45°之間的中心角，所述67.5°是45°與卯。之間的中心角， 所述112.5。是90。與135。之間的中心角，所述157.5。是135。與180°之 間的中心角，并且其中這些ROM中的每一個用于存儲從基于在各個角度的方向上 的正弦函數(shù)或余弦函數(shù)計算出的值中選擇的沒有冗余的最小數(shù)目的數(shù)據(jù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的Gabor濾波器應(yīng)用設(shè)備，還包括 濾波器類型數(shù)據(jù)存儲裝置，用于存儲對要在每個特征值提取位置處使用的濾波器類型進(jìn)行指定的數(shù)據(jù)，以及選擇裝置，用于對于每個特征值提取位置，從各個ROM選擇性地讀取在確定由存儲在濾波器類型數(shù)據(jù)存儲裝置中的數(shù)據(jù)所指定類型 的濾波器的系數(shù)時使用的濾波器窗口的值以及響應(yīng)函數(shù)的值，并且將所讀取的值提供給Gabor濾波器系數(shù)計算裝置。
10、 一種計算機(jī)程序，其以計算機(jī)可讀形式描述并且能夠由計算 機(jī)執(zhí)行，以便進(jìn)行基于 一 個或更多個登記面部圖像來識別輸入面部圖 像的處理，所述處理包括以下步驟輸入要識別的面部圖像；應(yīng)用Gabor濾波器，所述應(yīng)用Gabor濾波器的步驟包括對于 由代表空間特性且使用代表窗口的高斯函數(shù)和代表頻率響應(yīng)的正弦函 數(shù)或余弦函數(shù)的Gabor函數(shù)定義的Gabor濾波器的響應(yīng)函數(shù)的一組預(yù) 定頻率值中的每一個以及一組預(yù)定角度中的每一個，計算在輸入圖像 的每個特征值提取位置處的像素值與所述Gabor濾波器的系數(shù)的巻 積，由此確定包含有與Gabor濾波器的類型數(shù)目相同的數(shù)目的Gabor 特征向量標(biāo)記；計算輸入面部圖像的每個特征值提取位置處的Gabor特征向量 標(biāo)記與登記面部圖像的Gabor特征向量標(biāo)記之間的相似度，并且確定 相似度向量，所述相似度向量的元素由代表各個特征值提取位置處的 相似度的值給出；以及基于所述相似度向量，確定輸入面部圖像是否與登記面部圖像等同，所述應(yīng)用Gabor濾波器的步驟包括從用于存儲通過計算高斯函數(shù)而確定的濾波器窗口的值的 濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM、用于存儲通過計算各個角度的正弦函數(shù) 而確定的響應(yīng)函數(shù)的值的正弦數(shù)據(jù)ROM、以及用于存儲通過計 算各個角度的余弦函數(shù)而確定的響應(yīng)函數(shù)的值的余弦數(shù)據(jù)ROM 中讀取值，通過將從濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM讀取的值乘以從正弦數(shù)據(jù) ROM和余弦數(shù)據(jù)ROM讀取的值來計算Gabor濾波器的系數(shù)， 以及計算輸入面部圖像與計算出的Gabor濾波器系數(shù)的巻積。
11、 一種面部識別設(shè)備，用于基于一個或更多個登記面部圖像來識別輸入面部圖像，所述面部識別設(shè)備包括面部圖像輸入單元，用于輸入要識別的面部圖像； Gabor濾波器應(yīng)用單元，用于對于由代表空間特性且使用代表窗 口的高斯函數(shù)和代表頻率響應(yīng)的正弦函數(shù)或余弦函數(shù)的Gabor函數(shù)定 義的Gabor濾波器的響應(yīng)函數(shù)的一組預(yù)定頻率值中的每一個以及一組 預(yù)定角度中的每一個，計算在輸入圖像的每個特征值提取位置處的像 素值與所述Gabor濾波器的系數(shù)的巻積，由此確定包含有與Gabor 濾波器的類型數(shù)目相同的數(shù)目的Gabor特征向量標(biāo)記；相似度計算單元，用于計算輸入面部圖像的每個特征值提取位置 處的Gabor特征向量標(biāo)記與登記面部圖像的Gabor特征向量標(biāo)記之間 的相似度，并且確定相似度向量，所述相似度向量的元素由代表各個 特征值提取位置處的相似度的值給出；以及等同性確定單元，用于基于所述相似度向量，確定輸入面部圖像 是否與登記面部圖像等同，所述Gabor濾波器應(yīng)用單元包括濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM，用于 存儲通過計算高斯函數(shù)而確定的濾波器窗口的值；正弦數(shù)據(jù)ROM， 用于存儲通過計算各個角度的正弦函數(shù)而確定的響應(yīng)函數(shù)的值；余弦 數(shù)據(jù)ROM,用于存儲通過計算各個角度的佘弦函數(shù)而確定的響應(yīng)函 數(shù)的值；以及Gabor濾波器系數(shù)計算單元，用于通過將從濾波器窗口 數(shù)據(jù)ROM讀取的值乘以從正弦數(shù)據(jù)ROM和余弦數(shù)據(jù)ROM讀取的 值來計算Gabor濾波器的系數(shù)，所述Gabor濾波器應(yīng)用單元用于計算 輸入面部圖像與由Gabor濾波器系數(shù)計算單元計算出的Gabor濾波器 系數(shù)的巻積。
全文摘要
在用于基于一個或更多個登記面部圖像來識別輸入面部圖像的面部識別設(shè)備中，基于通過進(jìn)行Gabor濾波而計算的Gabor特征向量標(biāo)記來確定輸入面部圖像與登記面部圖像之間的相似度，該Gabor濾波是使用由代表窗口的高斯函數(shù)定義的Gabor濾波器以及代表對于響應(yīng)函數(shù)的每個預(yù)定頻率值和每個預(yù)定角度的頻率響應(yīng)的正弦和余弦函數(shù)來進(jìn)行Gabor濾波而計算出的Gabor特征向量標(biāo)記而確定的。濾波器窗口的值是基于高斯函數(shù)而預(yù)先計算的，并且被存儲在濾波器窗口數(shù)據(jù)ROM中。對于各個角度，基于正弦和余弦函數(shù)預(yù)先計算響應(yīng)函數(shù)的值，并且將其存儲在正弦數(shù)據(jù)ROM和余弦數(shù)據(jù)ROM中。在Gabor濾波處理中，根據(jù)從這些ROM讀取的值確定Gabor濾波器的系數(shù)。
文檔編號G06K9/00GK101206715SQ200710161108
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者富樫治夫 申請人:索尼株式會社