一種基于圖像比對(duì)和航向姿態(tài)系統(tǒng)的頭部姿態(tài)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于圖像比對(duì)和航向姿態(tài)系統(tǒng)的頭部姿態(tài)檢測方法，屬于計(jì)算機(jī)視覺和人機(jī)交互交叉領(lǐng)域，
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中，如人臉檢測、人臉識(shí)別、表情識(shí)別等，基于正面人臉的檢測和識(shí)別的方法發(fā)展迅速且識(shí)別率、檢測率較高。然而，由于檢測目標(biāo)姿態(tài)的多樣性，往往使性能效果急劇下降甚至失效。因此，人臉姿態(tài)估計(jì)作為人臉識(shí)別的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，受到較大的關(guān)注和快速的發(fā)展。目前，現(xiàn)有的人臉姿態(tài)檢測方法大體上可以分為兩類:第一類是基于2D人臉外觀的學(xué)習(xí)方法，試圖通過2D人臉外觀特征和3D人臉姿態(tài)之間建立一種映射關(guān)系，再基于2D人臉外觀的學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的檢測和估計(jì)；第二類是通過抽取3D特征，或者利用不同視角下的多幅圖像，在三維空間中重建人臉的3D模型來實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的檢測。但是，由于用來對(duì)比的樣本的姿態(tài)信息的不準(zhǔn)確性以及樣本數(shù)量的匱乏，都會(huì)對(duì)最終的檢測結(jié)果造成極大誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于圖像比對(duì)和航向姿態(tài)系統(tǒng)的頭部姿態(tài)檢測方法；
[0004]本發(fā)明所述頭部姿態(tài)檢測方法應(yīng)用于靜態(tài)圖像和實(shí)時(shí)視頻序列，適用于自動(dòng)身份識(shí)別，視頻監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)和司機(jī)疲勞檢測系統(tǒng)等。
[0005]術(shù)語解釋
[0006]l、Yaw軸、Pitch軸、Roll軸:如果有一個(gè)人站在(0,0,0)點(diǎn)，面向X軸正向，頭
[0007]頂向上方向?yàn)閅軸正向，右手方向?yàn)閆軸正向，那么旋轉(zhuǎn)角度和方向的計(jì)算方法如下:
[0008]Yaw是圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)，站在(0，0，0)點(diǎn)的人腳下是XOZ平面，以正角度為參數(shù)是向左轉(zhuǎn)，以負(fù)角度為參數(shù)是向右轉(zhuǎn)。
[0009]Pitch是圍繞X軸旋轉(zhuǎn)，站在(0，0，0)點(diǎn)的人腳下是XOY平面，以正角度為參數(shù)是向右倒，以負(fù)角度為參數(shù)是向左倒。
[0010]Roll是圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)，站在(0，0，0)點(diǎn)的人腳下是YOZ平面，以正角度為參數(shù)是向后倒，以負(fù)角度為參數(shù)是向前倒。以人臉為例子，pitch是頭去碰左肩、右肩；Roll就是頭去碰鎖骨，仰頭；Yaw是眼睛去看左后方、右后方。
[0011]2、航向姿態(tài)系統(tǒng)(heading and attitude system):是測量、顯示和提供飛機(jī)航向角和姿態(tài)角信號(hào)的飛行儀表。這種系統(tǒng)主要由全姿態(tài)陀螺儀、磁感應(yīng)傳感器或天文羅盤以及全姿態(tài)指示器組成。它能向飛行人員指示導(dǎo)航所需要的航向角和駕駛所需要的傾側(cè)角、俯仰角，還能為自動(dòng)駕駛儀、火力控制系統(tǒng)、雷達(dá)天線、航空照相機(jī)等其他機(jī)載設(shè)備提供統(tǒng)一的航向角和姿態(tài)角信號(hào)。
[0012]3、直方圖均衡化:是指圖像處理領(lǐng)域中利用圖像直方圖對(duì)對(duì)比度進(jìn)行調(diào)整的方法。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0014]一種基于圖像比對(duì)和航向姿態(tài)系統(tǒng)的頭部姿態(tài)檢測方法，具體步驟包括:
[0015]A、通過新架構(gòu)，建立M個(gè)被測對(duì)象的人臉姿態(tài)數(shù)據(jù)庫
[0016](I)對(duì)被測對(duì)象m建立人臉姿態(tài)數(shù)據(jù)庫，m = O ；
[0017](2)以被測對(duì)象m的人頭中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，分別以Roll軸、Yaw軸、Pitch軸的[-JT，JT ]建立旋轉(zhuǎn)平面；
[0018](3)將航向姿態(tài)系統(tǒng)固定在被測對(duì)象m的人頭正面，對(duì)人臉姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測；保證姿態(tài)信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。
[0019](4)通過航向姿態(tài)系統(tǒng)拍攝被測對(duì)象m的正面人臉圖像，記錄被測對(duì)象m正面人臉圖像的姿態(tài)信息AQ[a。，b。，c。]，其中，a。是指被測對(duì)象m的正面人臉與Roll軸的夾角，b。是指被測對(duì)象m的正面人臉與Yaw軸的夾角，C。是指被測對(duì)象m的正面人臉與Pitch軸的夾角；a。、b。、C。的取值范圍均為(0-0.5)。;
[0020](5)以1° -2°為旋轉(zhuǎn)幅度，在被測對(duì)象m頭部可允許旋轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)，被測對(duì)象m的頭部在Roll軸、Yaw軸、Pitch軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，實(shí)時(shí)拍攝大量人臉圖像，并實(shí)時(shí)記錄人臉圖像對(duì)應(yīng)的姿態(tài)信息AJa1, b1; C1]，以m為關(guān)鍵詞，錄入人臉姿態(tài)數(shù)據(jù)列表中；&1是指當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度下被測對(duì)象m的人臉與Roll軸的夾角，1^是指當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度下被測對(duì)象m的人臉與Yaw軸的夾角，(^是指當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度下被測對(duì)象m的人臉與Pitch軸的夾角；
[0021](6)當(dāng)m < M時(shí)，更換人臉，m加1，重復(fù)步驟(2)-(5);當(dāng)m = M時(shí)，進(jìn)入步驟B ；
[0022]B、對(duì)待測人臉圖像進(jìn)行人臉識(shí)別，找出人臉姿態(tài)數(shù)據(jù)列表中最相近的人臉圖像，得出待測人臉圖像的姿態(tài)信息
[0023]a、對(duì)待測人臉圖像進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括依次進(jìn)行尺寸縮小、直方圖均衡化、膚色邊緣提??；當(dāng)待測人臉圖像為靜態(tài)圖像時(shí)，進(jìn)入步驟b ;當(dāng)待測人臉圖像為視頻序列時(shí)，進(jìn)入步驟c ；
[0024]預(yù)處理后減少了光照、身份信息對(duì)檢測結(jié)果的影響。
[0025]b、通過人臉識(shí)別技術(shù)將待測人臉圖像與人臉姿態(tài)數(shù)據(jù)列表中的每個(gè)人臉圖像一一進(jìn)行比對(duì)，找出與待測人臉圖像最相近的人臉圖像，該最相近的人臉圖像的姿態(tài)信息即待測人臉圖像的姿態(tài)信息；
[0026]C、將視頻序列的每一幀待測人臉圖像執(zhí)行步驟b，得到每一幀待測人臉圖像的姿態(tài)信息，計(jì)算平均姿態(tài)信息，即視頻序列的姿態(tài)信息。
[0027]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，a。=0° , b Q= 0° ,C0=Oo。
[0028]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述人臉識(shí)別技術(shù)為模板匹配或特征臉。
[0029]本發(fā)明的有益效果為:
[0030]1、本發(fā)明解決靜態(tài)圖像、視頻序列和實(shí)時(shí)影像中的人臉圖像姿態(tài)信息估計(jì)的問題；
[0031]2、本發(fā)明解決了人臉圖像與姿態(tài)信息對(duì)應(yīng)的問題，提高了檢測準(zhǔn)確性；
[0032]3、本發(fā)明建立了人臉姿態(tài)數(shù)據(jù)列表，減小了人臉圖像識(shí)別檢測時(shí)的數(shù)據(jù)誤差；
[0033]4、本發(fā)明人臉姿態(tài)數(shù)據(jù)列表信息開源，可隨時(shí)根據(jù)需求添加數(shù)據(jù)，可應(yīng)用于自動(dòng)身份識(shí)別、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等領(lǐng)域。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的限定，但不限于此。
[0035]實(shí)施例1
[0036]一種基于圖像比對(duì)和航向姿態(tài)系統(tǒng)的頭部姿態(tài)檢測方法，具體步驟包括:
[0037]A、通過新架構(gòu)，建立M個(gè)被測對(duì)象的人臉姿態(tài)數(shù)據(jù)庫
[0038](I)對(duì)被測對(duì)象m建立人臉姿態(tài)數(shù)據(jù)庫，m = O ；
[0039](2)以被測對(duì)象m的人頭中心為坐標(biāo)原點(diǎn)