專利名稱：一種人臉識(shí)別軟件系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人臉識(shí)別的領(lǐng)域，尤其是一種人臉識(shí)別軟件系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
生物識(shí)別技術(shù)是指通過(guò)對(duì)人體特征的數(shù)字化測(cè)量來(lái)進(jìn)行鑒別的技術(shù)，包括指紋、人臉、聲音、虹膜、掌紋等特征都可以被用來(lái)進(jìn)行身分識(shí)別。人臉識(shí)別技術(shù)是生物識(shí)別技術(shù)中的ー個(gè)重要課題，是目前非?；钴S的研究方向。與利用其他生物特征進(jìn)行身份識(shí)別相比，人臉識(shí)別具有直接、方便、友好、非侵犯性的優(yōu)點(diǎn)，因而具有極其廣泛的應(yīng)用前景。雖然人類能夠毫不費(fèi)力地識(shí)別出人臉乃至表情，但人臉的機(jī)器識(shí)別卻是個(gè)難度極 大的課題。首先人臉是ー個(gè)三維的非剛體的不規(guī)則表面；其次，人臉會(huì)隨著年齡、健康以及表情的變化而變化；再次，在采集人臉圖像時(shí)，不同的光照，角度都會(huì)影響人臉識(shí)別地準(zhǔn)確度。由于人類大腦對(duì)人臉識(shí)別的機(jī)制尚不可知，機(jī)器人臉識(shí)別還處于摸索與創(chuàng)新的階段，并且涉及到計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別、生理學(xué)和心理學(xué)等多方面的諸多知識(shí)。所有這些因素都是的人臉識(shí)別成為極具挑戰(zhàn)性，卻又十分具有價(jià)值的ー個(gè)課題。ー個(gè)典型的人臉識(shí)別系統(tǒng)主要包括訓(xùn)練過(guò)程和識(shí)別過(guò)程。訓(xùn)練過(guò)程主要完成將已知人臉進(jìn)行定位、特征提取與選擇、以及分類器的設(shè)計(jì)；識(shí)別過(guò)程則完成將未知圖片進(jìn)行處理，并最終識(shí)別出身份的分類和決策。其總體結(jié)構(gòu)主要功能模塊包含如下幾個(gè)部分I.圖像獲取人臉圖像數(shù)據(jù)源包括運(yùn)動(dòng)圖像序列(視頻流)和靜止圖像。主要可以通過(guò)掃描儀，數(shù)碼照相機(jī)，攝像頭等數(shù)字輸入設(shè)備獲?。?.人臉檢測(cè)定位該模塊用來(lái)分析輸入的圖像，判斷其中是否有人臉，如果有，則找出人臉的位置，并把人臉圖像從背景圖像中分離出來(lái)；
3.圖像預(yù)處理預(yù)處理的主要作用在于盡可能的使得人臉圖像處于同一尺度和標(biāo)準(zhǔn)，最終為后續(xù)處理提供高質(zhì)量的輸入圖像。通常這部分需要完成對(duì)抽取圖像的尺度歸ー化、灰度歸ー化、降噪、去光照、白平衡等功能；4.特征提取和選擇對(duì)于處理后的人臉圖像按照某種策略抽取出用于識(shí)別的特征，將原始的臉空間映射到新的特征空間。在此步驟中，不僅注重如何提取具有良好分離性能的特征數(shù)據(jù)，還必須考慮到整體算法的魯棒性和處理效率等應(yīng)用指標(biāo)；5.訓(xùn)練即分類器的設(shè)計(jì)。此過(guò)程主要生成可用于識(shí)別的參數(shù)。通常，在已有的樣本訓(xùn)練集基礎(chǔ)上確定某個(gè)判定規(guī)則，使得按此規(guī)則對(duì)被識(shí)別對(duì)象進(jìn)行分類所造成的錯(cuò)誤識(shí)別率最小或者結(jié)果期望最大；6.識(shí)別通過(guò)比對(duì)獲得的未知人臉參數(shù)和訓(xùn)練所得的參數(shù)完成人臉的分類和判別，給出識(shí)別結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服上述中存在的問(wèn)題，提供一種人臉識(shí)別軟件系統(tǒng)的方法，其使用方便、容易操作、添加效率高。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種人臉識(shí)別軟件系統(tǒng)的方法，首先進(jìn)行用戶信息的采集，采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，從而實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別，具體步驟如下a.系統(tǒng)框架
將系統(tǒng)分為四個(gè)子視窗，視窗一為攝像頭顯示；視窗ニ為用戶資料區(qū)；視窗三為控制面板；視窗四為用戶圖像察看區(qū)；b.系統(tǒng)功能(I)用戶管理的程序?qū)崿F(xiàn)用戶管通分為三類CPersonBase、CPerson、CPersonImage,CPersonBase 用作保存所有用戶資料的類；CPerson包括用戶姓名、性別、身份、年級(jí)的基本信息；CPersonImage是對(duì)圖像進(jìn)行存?。?
(2)身份識(shí)別的程序?qū)崿F(xiàn)首先輸入圖像用AdaBoost方法進(jìn)行檢測(cè)人臉，檢測(cè)出的圖像經(jīng)過(guò)去光照，轉(zhuǎn)換成灰階后，再做Gabor濾波，得到的Gabor基則和訓(xùn)練基作比較，利用最小角度分類得到角度最小的樣本，從而取得識(shí)別出的用戶名；(3)視頻管理的程序?qū)崿F(xiàn)打開(kāi)/關(guān)閉攝像頭控制攝像頭開(kāi)關(guān)，如果有其他程序需要使用攝像頭，可以暫時(shí)關(guān)閉本系統(tǒng)的攝像頭，放棄對(duì)攝像頭的占用。b中用戶管理是用于對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的用戶進(jìn)行管理操作，身份識(shí)別是用于對(duì)未知圖像進(jìn)行識(shí)別，視頻管理是用于對(duì)攝像頭進(jìn)行設(shè)置。b中身份識(shí)別具有攝像頭識(shí)別和圖片識(shí)別。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的一種人臉識(shí)別軟件系統(tǒng)的方法，界面人性化的設(shè)計(jì)，容易操作；對(duì)用戶的添加、錄入、刪除十分方便，數(shù)據(jù)庫(kù)管理效率高；在環(huán)境變化不大吋，識(shí)別率可以達(dá)到100% ;模塊化編程，可擴(kuò)充性好，以后可以添加進(jìn)ー步的功能。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步說(shuō)明。圖I是本發(fā)明的基本界面的示意圖；圖2是本發(fā)明的身份識(shí)別的流程圖；圖3是本發(fā)明添加新用戶彈出對(duì)話框的示意圖；圖4是本發(fā)明手動(dòng)人臉定位對(duì)話框的示意圖；圖5是本發(fā)明身份識(shí)別的對(duì)話框的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。一種人臉識(shí)別軟件系統(tǒng)的方法，首先進(jìn)行用戶信息的采集，采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，從而實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別，具體步驟如下a.系統(tǒng)框架將系統(tǒng)分為四個(gè)子視窗，如圖I所示，視窗ー為攝像頭顯示，當(dāng)攝像頭被打開(kāi)以后，用戶可以在這個(gè)視窗里看到實(shí)時(shí)的攝像頭拍攝到的畫(huà)面，另外，當(dāng)人臉檢測(cè)功能被打開(kāi)時(shí)，檢測(cè)到的人臉會(huì)被動(dòng)態(tài)地用紅色方框表示出來(lái)；視窗ニ為用戶資料區(qū)，當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有用戶的姓名、性別、身份和年級(jí)都在這里顯示，用戶也可以在這里通過(guò)右鍵菜單進(jìn)行添加、刪除用戶等操作；視窗三為控制面板，為方便操作，這里提供了ー些常用功能的按鈕；
視窗四為用戶圖像察看區(qū)，當(dāng)用戶資料區(qū)中的某一個(gè)用戶被雙擊后，這里會(huì)顯示數(shù)據(jù)庫(kù)中該用戶的頭像資料，以供察看；b.系統(tǒng)功能(I)用戶管理的程序?qū)崿F(xiàn)用戶管通分為三類CPersonBase、CPerson、CPersonImage,CPersonBase 用作保存所有用戶資料的類；CPerson包括用戶姓名、性別、身份、年級(jí)的基本信息，以及其他程序運(yùn)行所需要的信息，添加用戶命令，用于將用戶的信息和圖像添加到現(xiàn)有系統(tǒng)中。首先，需要將用戶姓名和其他信息(可選)輸入系統(tǒng)。其次，系統(tǒng)將使用攝像頭進(jìn)行人臉檢測(cè)。在本系統(tǒng)中，我采用了目前被廣泛采用的AdaBoost的人臉檢測(cè)算法。AdaBoost是ー種多分類器的方法，速度相對(duì)較快，效果在實(shí)際應(yīng)用中非常好。每個(gè)用戶需要錄入總共5張人臉圖像。如果選擇自動(dòng)人臉定位，則結(jié)束錄入后用戶添加過(guò)程即結(jié)束；如果選擇手工人臉定位，則在錄入結(jié)束后將 出現(xiàn)定位對(duì)話框，用戶可以通過(guò)定位雙眼來(lái)手工定位人臉。如果手工定位結(jié)果滿意的話，可以按確定結(jié)束添加用戶，反之則可按取消刪除當(dāng)前添加的用戶。取消添加命令，可以刪除當(dāng)前添加的用戶。在添加過(guò)程中，如果由于各種原因想放棄當(dāng)前添加的用戶，可以使用該命令，則拍攝過(guò)程將被中指，錄入的圖片也將被刪除。刪除用戶命令，用于刪除當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)已有的用戶的資料和照片。用戶可以通過(guò)菜單命令，在彈出的用戶列表對(duì)話框中選擇需要?jiǎng)h除的用戶，或者在主界面的用戶資料區(qū)中選擇用戶，并在右鍵菜單中選擇刪除用戶CPersonImage類型的變量表示，該類能夠很方便的對(duì)圖像進(jìn)行存??；(2)身份識(shí)別的程序?qū)崿F(xiàn)需要進(jìn)行身份識(shí)別的圖像可以有兩個(gè)來(lái)源，即攝像頭即時(shí)獲取，和靜態(tài)圖片輸入，首先輸入圖像用AdaBoost方法進(jìn)行檢測(cè)人臉，檢測(cè)出的圖像經(jīng)過(guò)去光照，轉(zhuǎn)換成灰階后，再做Gabor濾波，得到的Gabor基則和訓(xùn)練基作比較，利用最小角度分類得到角度最小的樣本，從而取得識(shí)別出的用戶名，如圖3所示；(3)視頻管理的程序?qū)崿F(xiàn)打開(kāi)/關(guān)閉攝像頭控制攝像頭開(kāi)關(guān)，如果有其他程序需要使用攝像頭，可以暫時(shí)關(guān)閉本系統(tǒng)的攝像頭，放棄對(duì)攝像頭的占用，當(dāng)用戶需要運(yùn)行其他程序，而本軟件又不能關(guān)閉的時(shí)候(比如進(jìn)行訓(xùn)練)，控制攝像頭的作用尤其明顯。攝像頭參數(shù)設(shè)置調(diào)用了攝像頭驅(qū)動(dòng)程序里的相關(guān)DLL文件，所以不同的攝像頭會(huì)有不同的界面。這里用戶可以對(duì)攝像頭的各種功能設(shè)置進(jìn)行微調(diào)。比如在一個(gè)長(zhǎng)期不變的環(huán)境使用本系統(tǒng)時(shí)，就可以針對(duì)該環(huán)境精確地調(diào)整攝像頭的曝光，焦距等參數(shù)，使得識(shí)別性能進(jìn)一步提尚。本發(fā)明的一種人臉識(shí)別軟件系統(tǒng)的方法，第一步是硬件的配置。由于人臉識(shí)別的各個(gè)功能模塊都有著比較大的運(yùn)算量，所以為了系統(tǒng)的通順的運(yùn)行，推薦使用主頻較高的CPU以及較大容量的內(nèi)存。又由于軟件采用了 Intel開(kāi)發(fā)的OpenCV和IPLib開(kāi)發(fā)包，使用Intel公司的芯片會(huì)有更好的表現(xiàn)。在開(kāi)發(fā)和測(cè)試過(guò)程中，我使用的是主頻為2. 4GHz的奔騰4芯片，以及512MB內(nèi)存。同時(shí)，攝像頭也是必需的。一般市面上的攝像頭都能滿足要求，連上USB斷ロ后就可以使用。當(dāng)然，更高清晰度的攝像頭也能夠在一定程度上提高系統(tǒng)的性能。第二步是用戶信息采集。當(dāng)系統(tǒng)初次使用時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)里面是空的，因此我們要添加用戶進(jìn)去。通過(guò)單擊“添加用戶”的命令，ー個(gè)彈出框會(huì)要求輸入用戶的信息，包括姓名、性另IJ、身份和年齡。同時(shí)下方可以選擇自動(dòng)人臉定位，或者手工人臉定位，默認(rèn)的是自動(dòng)人臉定位，即系統(tǒng)自動(dòng)將人臉檢測(cè)并保存下來(lái)，不許要手動(dòng)干預(yù)，效率較高(如圖4所示)。如果選擇的是自動(dòng)人臉定位，則當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)錄入5張圖像以后，添加新用戶即告完成，可以在用戶資料區(qū)看到添加用戶的信息已經(jīng)出現(xiàn)。如果選擇的是手動(dòng)人臉定位，則錄入完畢后還需要進(jìn)行定位。定位的方法是用鼠標(biāo)點(diǎn)出兩眼坐標(biāo)，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)兩眼的坐標(biāo)確定人臉的范圍。同時(shí)用戶還可以根據(jù)需要調(diào)整適當(dāng)?shù)陌灼胶庵?，使得人臉的色彩更真?shí)。當(dāng)5張圖像都滿意地確定了人臉?lè)秶院螅梢酝ㄟ^(guò)“確定”鍵完成添加用戶的過(guò)程，若不滿意，也可以按“取消”鍵放棄本次添加，如圖5所示。第三步是訓(xùn)練。單擊“開(kāi)始訓(xùn)練”的命令即開(kāi)始，無(wú)需其他操作。當(dāng)用戶數(shù)量増加吋，訓(xùn)練需要的時(shí)間也會(huì)隨之增加，一般會(huì)要幾分鐘左右。最后就是人臉識(shí)別。單擊“攝像頭單幀識(shí)別”，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在攝像頭中檢測(cè)人臉。如果檢測(cè)到人臉，則將該人臉圖像進(jìn)行識(shí)別，并顯示出識(shí)別結(jié)果，以及對(duì)應(yīng)的用戶的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的圖像，如圖5所示，或者也可以使用“圖片識(shí)別”，則系統(tǒng)會(huì)提示打開(kāi)ー個(gè)圖像文件，并 對(duì)該文件進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，效果與前面相同。最近進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試首先是訓(xùn)練的過(guò)程。訓(xùn)練時(shí)間在晚上，主要光源是正對(duì)臉的ー盞臺(tái)燈，亮度調(diào)整到攝像頭可以拍攝到清晰臉的狀態(tài)。分別將他們的信息和圖像錄入系統(tǒng)。訓(xùn)練之后立即進(jìn)行了測(cè)試，用攝像頭對(duì)每位同學(xué)進(jìn)行身份識(shí)別，結(jié)果令人滿意12位同學(xué)都被正確的識(shí)別出來(lái)了，正確率為100%。然后，到第二天再上，再次進(jìn)行了測(cè)試。早上的光照條件發(fā)生了變化，主要光源變?yōu)榱藦膯蝹?cè)側(cè)面照入的自然光。在這樣的條件下，測(cè)試結(jié)果并不理想，只有8為同學(xué)被成功識(shí)別，成功率67%。從最后的結(jié)果來(lái)看，在同一環(huán)境中，本系統(tǒng)的表現(xiàn)令人滿意，識(shí)別率達(dá)到100%。但是系統(tǒng)的魯棒性比較差，當(dāng)光源分布改變后，識(shí)別率就會(huì)下降，主要原因是光照的改變會(huì)一定程度上改變Gabor特征，使得需要識(shí)別的人臉和訓(xùn)練人臉差距擴(kuò)大。以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多祥的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。
權(quán)利要求
1.一種人臉識(shí)別軟件系統(tǒng)的方法，首先進(jìn)行用戶信息的采集，采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，從而實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別，其特征是具體步驟如下 a.系統(tǒng)框架 將系統(tǒng)分為四個(gè)子視窗，視窗一為攝像頭顯示；視窗二為用戶資料區(qū)；視窗三為控制面板；視窗四為用戶圖像察看區(qū)； b.系統(tǒng)功能 (1)用戶管理的程序?qū)崿F(xiàn) 用戶管理分為三類CPersonBase、CPerson、CPersonImage, CPersonBase 用作保存所有用戶資料的類；CPerson包括用戶姓名、性別、身份、年級(jí)的基本信息；CPersonImage是對(duì)圖像進(jìn)行存取； (2)身份識(shí)別的程序?qū)崿F(xiàn)首先輸入圖像用AdaBoost方法進(jìn)行檢測(cè)人臉，檢測(cè)出的圖像經(jīng)過(guò)去光照，轉(zhuǎn)換成灰階后，再做Gabor濾波，得到的Gabor基則和訓(xùn)練基作比較，利用最小角度分類得到角度最小的樣本，從而取得識(shí)別出的用戶名； (3)視頻管理的程序?qū)崿F(xiàn)打開(kāi)/關(guān)閉攝像頭控制攝像頭開(kāi)關(guān)，如果有其他程序需要使用攝像頭，可以暫時(shí)關(guān)閉本系統(tǒng)的攝像頭，放棄對(duì)攝像頭的占用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種人臉識(shí)別軟件系統(tǒng)的方法，其特征是b中用戶管理是用于對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的用戶進(jìn)行管理操作，身份識(shí)別是用于對(duì)未知圖像進(jìn)行識(shí)別，視頻管理是用于對(duì)攝像頭進(jìn)行設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種人臉識(shí)別軟件系統(tǒng)的方法，其特征是b中身份識(shí)別具有攝像頭識(shí)別和圖片識(shí)別。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人臉識(shí)別軟件系統(tǒng)的方法，首先進(jìn)行用戶信息的采集，采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，從而實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別，具體步驟如下a.系統(tǒng)框架；b.系統(tǒng)功能(1)用戶管理的程序?qū)崿F(xiàn)；(2)身份識(shí)別的程序?qū)崿F(xiàn)；(3)視頻管理的程序?qū)崿F(xiàn)。本發(fā)明的一種人臉識(shí)別軟件系統(tǒng)的方法，界面人性化的設(shè)計(jì)，容易操作；對(duì)用戶的添加、錄入、刪除十分方便，數(shù)據(jù)庫(kù)管理效率高；在環(huán)境變化不大時(shí)，識(shí)別率可以達(dá)到100%；模塊化編程，可擴(kuò)充性好，以后可以添加進(jìn)一步的功能。
文檔編號(hào)G06F9/44GK102819433SQ20121025572
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者吳軍 申請(qǐng)人:常州藍(lán)城信息科技有限公司