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《华东师范大学》 2009年
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基于立体显示的嵌入式身份识别系统研究与设计

吴翔  
【摘要】: 人脸识别是基于生物特征的身份认证技术中最为活跃最具挑战性的领域之一,有着很大的发展潜力。它试图通过计算机分析比较人脸图像并从中提取有效特征信息进行身份鉴别。由于利用人脸特征进行身份验证是最自然直接的手段,易于为用户所接受。特别是在非接触环境和不惊动被检测人的情况下,人脸识别技术的优越性远远超过已有的虹膜、指纹等检测方法,因而成为当前模式识别和人工智能领域的一个研究热点。 目前的人脸识别方法基本上都集中于二维图像方面,这是由现在照相和摄影技术先天的性能所决定的。但是人脸本身是三维空间的实体,因此在三维转二维的过程中,丢失了很多有用的立体信息,这会造成识别误判。关于传统的基于二维平面内的人脸识别方法,国内的研究有很多,这些算法在二维图像识别的领域,确实已经达到了非常好的识别效果。可是丢失人脸三维景深信息会导致二维人脸识别方法很难摆脱人脸塑性变形(如表情等)的不确定性、人脸模式的多样性(如胡须、发型、眼镜、化妆等)、图像获取过程中的不确定性(如光照的强度、光源方向等)的影响。在复杂环境下系统会表现出识别率下降,识别效率降低。这些极大限制了人脸识别的应用。所以到目前为止,建立一个鲁棒的人脸识别系统仍然是一个很困难的问题。 为了解决这个问题,一种行之有效的方法就是采用三维人脸识别的方法解决二维人脸识别中面临的光照和姿态的瓶颈问题,减少表情的影响。三维人脸模型具有比二维人脸图像更丰富的信息。3D数据真实反映了物体在三维空间中的形状,表征了对象的实际尺寸,具有对姿态和光照不敏感的特性。三维人脸识别中最重要的部分就是建立对应的三维人脸模型,而如何获得形状模型和精确的纹理影射是构建模型的关键。目前在人脸重建领域还没有一种既采样简单又计算精确的获得人脸三维信息的方法。在人脸识别领域,随着3D数据获得技术如激光扫描、双目和多目视觉等的进步,3D数据研究受到更多的关注。如何能够简单高效的获得和使用三维信息,成为了研究的焦点。 本文基于DLP立体显示系统的需要,对其三维图像源的获取、合成、投影及光路控制等进行了深入研究:通过对双目摄像头采集的立体动态视频序列的研究,给出了如何存储和表征人脸信息并生成人脸彩色图和深度图的解决方案;利用上述肤色和深度信息,可圈定面部区域,并获得人脸特征点的深度信息及点阵之间的拓扑结构;尝试通过2D和3D相结合的方法提取人脸特征点,利用两幅不同角度的二维图像重建三维人脸模型。 通过对重建的三维人脸模型的旋转和平移变换,并利用投影矩阵亦可得到多姿态的二维人脸图像,使得其投影视图更加接近人脸库中的原型,弱化了人脸拍摄时的位置影响。最后通过高精度有效的识别算法匹配完成对人脸的识别过程。 通过更全面的信息,可以较好的降低识别过程中的误识率和虚警率。同时由于三维人脸模型具备光照无关性和姿态无关性的特点,能够正确反映出人脸的基本特性,从而形成相对稳定的人脸特征表述。因此基于本文提出的三维人脸模型的识别方法可以很好的解决目前在这一领域存在的研究瓶颈。 本文是上海市2007年科技攻关重点项目(《基于单片DMD的立体显示系统》编号:075115002)的主要研究内容之一,并受到华东师范大学优秀博士研究生培养基金(20080050)支持。从构建基于立体显示的三维人脸识别系统需要解决的若干关键问题入手,重点讨论了双目视觉计算景深的原理、人脸检测与跟踪、立体图像对中点与点的匹配、面部关键特征定位、三维的人脸特征描述、鲁棒的人脸分类器以及整个系统软硬件设计等问题。从这几个方面入手,深入研究了基于图像和模型的人脸模型重建方法,人脸标志点定位及人脸配准。本文的创新点有: 1.提出基于双目立体测量系统提取三维人脸信息的方法,分析了双目立体测量系统的基本原理,深入研究双目立体测量系统在测量中物像空间点位的精确关系,探讨了物像空间点位坐标关系标定、测量范围扩展等关键技术,并推出精度问题。 2.提出利用相关系数、欧式距离和ICP结合的方法,并通过形状特征定位五官分布位置作为几何约束条件,实现双目视觉中的人脸立体图像对内对应点的匹配。 3.提出基于人脸结构的立体匹配算法,配准人脸特征模型,通过对模型相似度的度量实现人脸识别。改进2D人脸识别中的PCA、LDA等经典算法到3D人脸识别中,结合ICP和Hausdorff距离识别算法,完成识别过程并验证识别效果和精度。 4.提出硬件和软件设计实现方案。规划一个完善的系统,包括电源、存储器、处理器、控制器、通信接口及人机交互接口。综合考虑电磁兼容性、系统稳定性等。代码流程、接口及部分模块的详细源码也在本文中详细给出。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP391.41

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 曾岳;冯大政;何新田;;基于二值数据贝叶斯子空间的人脸识别算法[J];计算机工程;2011年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王小明;可变光照下人脸检测与识别研究[D];华东师范大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 朱冰;基于ARM的人脸识别门禁系统的设计与实现[D];华东师范大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘晓宁;基于三维模型的人脸识别技术研究[D];西北大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 付庆;基于支持向量机的人脸识别技术研究[D];青岛大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵莹;半监督支持向量机学习算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 殷志伟;基于统计学习理论的分类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 柏坚;非线性数学地质模型研究及在滇东南金矿成矿预测中的应用[D];中国地质大学(北京);2010年
6 付晓薇;基于量子力学的图像处理方法研究[D];华中科技大学;2010年
7 韩守东;纹理建模与图切分优化方法研究[D];华中科技大学;2010年
8 莫堃;基于隐式函数的曲面重构方法及其应用[D];华中科技大学;2010年
9 涂虬;智能视觉监视中目标检测与跟踪算法研究[D];华中科技大学;2010年
10 姚志明;基于步态触觉信息的身份识别研究[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙涛;基于DR骨密度分析系统的研究[D];南京医科大学;2010年
2 朱杰;一种基于聚类的支持向量机反问题求解算法[D];河北大学;2007年
3 赵永刚;图像检索中形状描述和匹配算法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 李金华;基于SVM的多类文本分类研究[D];山东科技大学;2010年
5 张亮;基于嵌入式Linux的馈线终端单元的研究[D];山东科技大学;2010年
6 王亚东;基于二代身份证图象的人脸检测与识别研究与设计[D];山东科技大学;2010年
7 胡申宁;中医舌诊中舌色、苔色自动分类的研究[D];浙江理工大学;2010年
8 李光;基于均值偏移的视频目标跟踪、检测算法研究及系统实现[D];浙江理工大学;2010年
9 江达秀;基于HMAX模型的人脸表情识别研究[D];浙江理工大学;2010年
10 喻英粽;基于标记约束的三维曲面拼接方法研究[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林丹;面像识别技术[J];安防科技;2003年01期
2 张宏卫;刘广富;;基于ARM的指纹识别门禁系统设计[J];安防科技;2008年05期
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10 袁永康;面部识别:安全保卫新方案[J];国外科技动态;2001年11期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李云峰;基于Gabor小波变换的人脸识别[D];大连理工大学;2006年
2 胡元奎;可变光照和可变姿态条件下的人脸图像识别研究[D];中国科学技术大学;2006年
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7 蒋晓悦;光照变化条件下的人脸检测与识别算法研究[D];西北工业大学;2006年
8 李外云;基于ARM架构的嵌入式人脸识别技术研究[D];华东师范大学;2008年
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中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 陆晨;频域分析技术和基于统计不相关的Fisherface方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 李波;人脸识别技术及应用研究[D];西安电子科技大学;2007年
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4 刘品文;智能像卡联网门禁系统的上位机软件体系设计[D];湘潭大学;2007年
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【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 陈世刚;基于肤色分割与AdaBoost算法的人脸检测研究[D];苏州大学;2011年
2 陆银丽;基于μClinux平台的SATA硬盘控制器SIL3114驱动移植的方法研究[D];南华大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 王学松;三维面貌特征提取与识别技术研究[D];西北大学;2002年
2 刘力强;三维可视化技术在颅骨面貌复原系统中的应用研究[D];西北大学;2002年
3 舒新峰;三维人脸建模技术研究[D];西北大学;2002年
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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10 胡志萍;欧宗瑛;李云峰;;海上工作平台固定用导管架下水运动参数立体视觉测定[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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5 徐明华;“景深”效果也能后期制作[N];中国计算机报;2004年
6 本刊记者 刘晖;数码相机的景深困扰[N];计算机世界;2003年
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8 本期主持 烧包少爷;大光圈拍摄短景深作品[N];中国计算机报;2004年
9 晋平;景深原理解析[N];中国摄影报;2006年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴翔;基于立体显示的嵌入式身份识别系统研究与设计[D];华东师范大学;2009年
2 刘晓宁;基于三维模型的人脸识别技术研究[D];西北大学;2006年
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8 陈华华;视觉导航关键技术研究:立体视觉和路径规划[D];浙江大学;2005年
9 刘海涛;基于立体视觉的步态识别研究[D];中国科学技术大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 方林;立体视觉皮层诱发电位特征提取研究[D];浙江大学;2002年
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5 余晓菲;Randot立体视检测图对弱视儿童立体视锐度的临床观察[D];浙江大学;2008年
6 陈白帆;移动机器人立体视觉三维重建系统的研究与开发[D];中南大学;2004年
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