開題報告(馮海波).doc

畢業(yè)設(shè)計（論文）材料之二（2）本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目： 基于膚色模型的人臉檢測技術(shù)研究 課 題 類 型： 設(shè)計 實驗研究 論文學(xué) 生 姓 名： 馮海波學(xué) 號： 3090203207專 業(yè) 班 級： 電子信息科學(xué)與技術(shù)092班學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院指 導(dǎo) 教 師： 金震妮開 題 時 間： 2013年03月 日2013 年03月 日一、畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容及研究意義（價值）研究對象：介紹了基于膚色模型的人臉檢測技術(shù)研究的設(shè)計方案。人臉檢測是指使用計算機(jī)在輸入圖像中確定所有人臉（如果存在）的位置與大小的過程。人臉檢測系統(tǒng)的輸入是可能包含人臉的圖像，輸出是關(guān)于圖像中是否存在人臉以及人臉的數(shù)目、位置、尺度、位姿等信息的參數(shù)化描述。研究意義：研究人臉檢測在理論和技術(shù)上都有重要的意義：一是可以推進(jìn)對人類視覺系統(tǒng)本身的認(rèn)識；二是可以滿足人工智能應(yīng)用的需要。采用人臉檢測技術(shù)，建立自動人臉檢測系統(tǒng)，用計算機(jī)實現(xiàn)對人臉圖像的自動檢測有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和誘人的應(yīng)用前景。同時人臉檢測作為一種生物體征識別與其它較成熟的識別方法（如指紋、虹膜、DAN檢測等）相比有以下幾個優(yōu)點：無侵犯性，人臉圖像的獲取不需要被檢測人發(fā)生身體接觸，可以在不驚動被檢測人的情況下進(jìn)行；低成本、易安裝，人臉檢測系統(tǒng)只需要采用普通的攝像頭、數(shù)碼攝像機(jī)或手機(jī)上的嵌入式攝像頭等被廣泛使用的攝像設(shè)備即可，對用戶來說也沒有特別的安裝要求；無人工參與，整個人臉檢測過程不需要用戶或被檢測人的主動參與，計算機(jī)可以根據(jù)用戶預(yù)先的設(shè)置自動進(jìn)行。由于具有以上優(yōu)點，近幾年來，人臉檢測技術(shù)引起了越來越多科研人員的關(guān)注。人臉檢測研究具有重要的學(xué)術(shù)價值。人臉是一類具有相當(dāng)復(fù)雜的細(xì)節(jié)變化的自然結(jié)構(gòu)目標(biāo),此類目標(biāo)的檢測問題的挑戰(zhàn)性在于:人臉由于外貌、表情、膚色等不同,具有模式的可變性;一般可能存在眼鏡、胡須等附屬物; 作為三維物體的人臉的影像不可避免地受由光照產(chǎn)生的陰影的影響；因此,如果能夠找到解決這些問題的方法,成功構(gòu)造出人臉檢測與跟蹤系統(tǒng),將為解決其它類似的復(fù)雜模式檢測問題提供重要的啟示。二、畢業(yè)設(shè)計（論文）研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（文獻(xiàn)綜述）人臉檢測問題是計算機(jī)視覺領(lǐng)域中的重要問題，最初作為人臉自動識別系統(tǒng)的定位環(huán)節(jié)被提出，近年來由于其在安全訪問控制、視覺監(jiān)測和新一代人機(jī)界面等領(lǐng)域的應(yīng)用價值，開始作為一個獨立的課題受到研究者的重視。人臉檢測問題在近十年中得到了深入的研究并取得了長足的發(fā)展，國內(nèi)外的很多學(xué)者提出了許多不同的方法，在不同的領(lǐng)域都取得了不同的成果，但是要尋找一種準(zhǔn)確率很高的、能普遍適用于各種復(fù)雜情況的人臉檢測算法，還有一定的距離。在人臉檢測的領(lǐng)域中，國際上逐步形成了以下幾個研究方向：基于幾何特征的人臉檢測方法，主要代表是MIT的Brunelli和Poggio小組，他們采用改進(jìn)的積分投影法提取出用歐氏距離表征的35維人臉特征矢量用于模式分類；基于模板匹配的人臉檢測方法，主要代表是Harvard大學(xué)Smith-Kettlewell眼睛研究中心的Yuille，他采用彈性模板來提取眼睛和嘴巴的輪廓，Chen和Huang則進(jìn)一步提出用活動輪廓模板提取眉毛、下巴和鼻孔等不確定形狀；基于K-L變換的特征臉的方法，主要研究者是MIT媒體實驗室的Pentland； 基于隱馬爾可夫模型的方法，主要代表有Cambridge大學(xué)的Samaria小組和Georgia技術(shù)研究所的Nefian小組；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別的方法，如Poggio小組提出的HyperBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別方法，英國Sussex大學(xué)的Buxton和Howell小組提出的RBF網(wǎng)絡(luò)識別方法等；基于動態(tài)鏈接結(jié)構(gòu)的彈性圖匹配方法，主要研究者是由C.Von derMalsburg領(lǐng)導(dǎo)的德國Bochum大學(xué)和美國Southern California大學(xué)的聯(lián)合小組；利用運動和顏色信息對動態(tài)圖像序列進(jìn)行人臉檢測的方法，主要代表是Queen Mary和Westfield大學(xué)的Shaogang Gong小組。在國內(nèi)，研究工作主要是集中在三大類方法的研究：基于幾何特征的人臉正面自動檢測方法、基于代數(shù)特征的人臉正面自動檢測方法和基于連接機(jī)制的人臉正面自動檢測方法。四川大學(xué)的周激流教授實現(xiàn)了具有反饋機(jī)制的人臉正面檢測系統(tǒng)，運用積分投影法提取面部特征的關(guān)鍵點并用于檢測，獲得了比較滿意的效果。他同時也嘗試了“穩(wěn)定視點”特征提取方法，即為使檢測系統(tǒng)中包含3D信息，他對人臉側(cè)面剪影檢測做了一定的研究，并實現(xiàn)了正，側(cè)面互相參照的檢測系統(tǒng)。中國科技大學(xué)楊光正等提出一種基于鑲嵌圖的人臉自動檢測方法，采用基于知識的三級金字塔結(jié)構(gòu)對人臉進(jìn)行基本定位，前兩級建立在不同分辨率的鑲嵌圖基礎(chǔ)上，第三級用一種改進(jìn)的邊緣檢測方法進(jìn)一步檢測眼睛和嘴巴。清華大學(xué)彭輝、張長水等對特征臉的方法做了進(jìn)一步的發(fā)展，提出采用類間散布矩陣作為產(chǎn)生矩陣，進(jìn)一步降低了產(chǎn)生矩陣的維數(shù)，在保持檢測率的情況下，大大降低了運算量。南京理工大學(xué)楊靜宇等主要是采用奇異值分解方法進(jìn)行人臉檢測研究，如用Daubechies正交小波變換對人臉圖像作預(yù)處理，等到不同頻帶上的4個子圖像，對它們分別提取奇異值，然后用最近鄰方法進(jìn)行分類，同時設(shè)計一種適用于多分類結(jié)果融合的群體決策算法，并且對分類結(jié)果有選擇的進(jìn)行融合。程永清，莊永明等對同類圖像的平均灰度圖進(jìn)行SVD分解得到特征臉空間，每一幅圖像在特征臉空間上的投影作為其代數(shù)特征，然后利用層次判別進(jìn)行分類。張輝，周宏祥，何振亞采用對稱主元分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用去冗余和權(quán)值正交相結(jié)合的方法對人臉進(jìn)行特征提取和識別。該方法所用特征數(shù)據(jù)量小，特征提取運算量也較小，比較好地實現(xiàn)了大量人臉樣本的存儲和人臉的快速檢測。北京科技大學(xué)的王志良教授主要研究人工心理，建立了以數(shù)學(xué)公式為基礎(chǔ)的心理學(xué)模型。中科院計算所與成都銀晨網(wǎng)訊與2000年5月聯(lián)合創(chuàng)立了國內(nèi)首家專門從事面像識別核心技術(shù)研究與開發(fā)的實驗室。主要研究領(lǐng)域涉及計算機(jī)視覺、模式識別、機(jī)器學(xué)習(xí)等，尤其關(guān)注于人臉檢測以及多模式人機(jī)交互技術(shù)。他們關(guān)注的核心技術(shù)主要包括：實時精確的人臉檢測與跟蹤，快速精確的面部特征定位，準(zhǔn)確快速的人臉識別/確認(rèn)方法等。尤其關(guān)注復(fù)雜環(huán)境下（光照、姿態(tài)、表情、老化等）的人臉檢測問題。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，圖像、視頻等多媒體信息在計算機(jī)信息中比重的加大，這一研究必然會得到更快、更長遠(yuǎn)的發(fā)展。三、畢業(yè)設(shè)計（論文）研究方案及工作計劃膚色是人臉的重要信息，不依賴與面部細(xì)節(jié)特征的變化而變化，對于旋轉(zhuǎn)、表情變化等情況都能適用，具有相對的穩(wěn)定性，并且和大多數(shù)背景物體的顏色相區(qū)別。因此，膚色特征在人臉檢測中是最常用的一種特征。膚色特征主要由膚色模型來描述，膚色模型的建立是利用膚色特征進(jìn)行人臉檢測的首要條件，膚色模型是否合適直接影響人臉檢測準(zhǔn)確率，使用何種形式的膚色模型與顏色空間的選擇密切相關(guān)。人臉檢測常用的顏色空間主要有RGB、YCbCr、HSV、HSI等顏色空間。膚色模型一般采用實驗的方法，通過大量“膚色”與“非膚色”像素在相應(yīng)顏色空間中的聚類特性分析來建立。常用的膚色模型有：高斯模型、混合高斯模型和直方圖模型。本設(shè)計在建立膚色模型前，要對圖像進(jìn)行必要的預(yù)處理，包括光照補(bǔ)償，色度空間轉(zhuǎn)換等。然后對圖像進(jìn)行檢測，用MATLAB工具進(jìn)行人臉檢測實驗仿真。 設(shè)計流程圖工作計劃：起止日期周次內(nèi) 容 進(jìn) 程02.20-02.261收集相關(guān)資料，擬訂設(shè)計方案02.27-03.042擬訂設(shè)計方案、方案比較；撰寫開題報告03.05-03.113提交畢業(yè)設(shè)計開題報告，參加開題03.12-03.184設(shè)計方案細(xì)化、方案改進(jìn)03.19-03.255收集相關(guān)資料，選擇顏色空間03.26-04.016收集相關(guān)資料，選擇顏色空間04.02-04.087收集相關(guān)資料，建立膚色模型04.09-04.158收集相關(guān)資料，建立膚色模型04.16-04.229收集相關(guān)資料，設(shè)計相關(guān)算法04.23-04.2910收集人臉數(shù)據(jù)04.30-05.0611用MATLAB進(jìn)行實驗仿真05.07-05.1312撰寫設(shè)計報告書05.14-05.2013撰寫設(shè)計報告書、完成初稿（電子版）05.21-05.2714設(shè)計報告書修訂05.28-06.0315設(shè)計報告書修訂、完善畢業(yè)設(shè)計06.04-06.1016提交正式設(shè)計報告書（打印版），參加論文互評06.11-06.1717提交正式設(shè)計報告書（打印版），參加畢業(yè)答辯06.18-06.2418設(shè)計報告書答辯后修訂，完成畢業(yè)設(shè)計四、主要參考文獻(xiàn)1Sergios Theodoridis、Konstantions Koutroumbas，Pattern Recognition，電子工業(yè)出版社，20062 黃福珍、蘇劍波，人臉檢測，上海交通大學(xué)出版社，20063 Tink Acharya、Ajoy k.Ray，IMAGE PROCESSING PRINCIPLES AND APPLICATIONS，清華大學(xué)出版社，20074廖正湘、陳元枝、李強(qiáng)，基于膚色建模與人眼定位的人臉檢測方法，2011,No.10,2011,第146期5姚敏，數(shù)字圖像處理，機(jī)械工業(yè)出版社，20056趙麗紅、劉紀(jì)紅、徐心和，人臉檢測方法綜述，計算機(jī)應(yīng)用研究，2004,21:1-4,7薄潤芳、李臨生，基于膚色的人臉區(qū)域分割，太原科技大學(xué)學(xué)報，2009,4:20-228王海軍、王士偉、劉紅敏，人臉檢測技術(shù)研究進(jìn)展，河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2007，11:15-69 揚帆，數(shù)字圖像處理與分析，北京航空航天大學(xué)出版社，2010.810 唐向宏，MATLAB及在電子信息類課程中的應(yīng)用，電子工業(yè)出版社2009.611 MATLAB- The Language Of Technical Computing英文原文：(From: MATLAB- The Language Of Technical Computing)MATLAB- The Language Of Technical ComputingDescription:MATLAB is a high-level language and interactive environment that enables you to perform computationally intensive tasks faster than with traditional programming languages such as C, C+, and Fortran. You can use MATLAB in a wide range of applications, including signal and image processing, communications, control design, test and measurement, financial modeling and analysis, and computational biology. Add-on toolboxes (collections of special-purpose MATLAB functions, available separately) extend the MATLAB environment to solve particular classes of problems in these application areas. MATLAB provides a number of features for documenting and sharing your work. You can integrate your MATLAB code with other languages and applications, and distribute your MATLAB algorithms and applications.MATLAB has key featuers as follows:（1）High-level language for technical computing （2）Development environment for managing code, files, and data（3）Interactive tools for iterative exploration, design, and problem solving 4）Mathematical functions for linear algebra, statistics, Fourier analysis, filtering, optimization, and numerical integration （5）2-D and 3-D graphics functions for visualizing data （6）Tools for building custom graphical user interfaces （7） Functions for integrating MATLAB based algorithms with external applications and languages, such as C, C+, Fortran, Java, COM, and Microsoft ExcelThe MATLAB language supports the vector and matrix operations that are fundamental to engineering and scientific problems. It enables fast development and execution. With the MATLAB language, you can program and develop algorithms faster than with traditional languages because you do not need to perform low-level administrative tasks, such as declaring variables, specifying data types, and allocating memory. In many cases, MATLAB eliminates the need for for loops. As a result, one line of MATLAB code can often replace several lines of C or C+ code. At the same time, MATLAB provides all the features of a traditional programming language, including arithmetic operators, flow control, data structures, data types, object-oriented programming (OOP), and debugging features. MATLAB lets you execute commands or groups of commands one at a time, without compiling and linking, enabling you to quickly iterate to the optimal solution. For fast execution of heavy matrix and vector computations, MATLAB uses processor-optimized libraries. For general-purpose scalar computations, MATLAB generates machine-code instructions using its JIT (Just-In-Time) compilation technology. This technology, which is available on most platforms, provides execution speeds that rival those of traditional programming languages. MATLAB includes development tools that help you implement your algorithm efficiently. These include the following: MATLAB Editor - Provides standard editing and debugging features, such as setting breakpoints and single stepping. M-Lint Code Checker - Analyzes your code and recommends changes to improve its performance and maintainability. MATLAB Profiler - Records the time spent executing each line of code. Directory Reports - Scan all the files in a directory and report on code efficiency, file differences, file dependencies, and code coverage。You can use the interactive tool GUIDE (Graphical User Interface Development Environment) to lay out, design, and edit user interfaces. GUIDE lets you include list boxes, pull-down menus, push buttons, radio buttons, and sliders, as well as MATLAB plots and ActiveX controls. Alternatively, you can create GUIs programmatically using MATLAB functions.MATLAB supports the entire data analysis process, from acquiring data from external devices and databases, through preprocessing, visualization, and numerical analysis, to producing presentation-quality output.The MATLAB product provides interactive tools and command-line functions for data analysis operations, including: (1)Interpolating and decimating (2)Extracting sections of data, scaling, and averaging (3)Thresholding and smoothing (4)Correlation, Fourier analysis, and filtering (5)1-D peak, valley, and zero finding (6)Basic statistics and curve fitting (7)Matrix analysisMATLAB is an efficient platform for accessing data from files, other applications, databases, and external devices. You can read data from popular file formats, such as Microsoft Excel; ASCII text or binary files; image, sound, and video files; and scientific files, such as HDF and HDF5. Low-level binary file I/O functions let you work with data files in any format. Additional functions let you read data from Web pages and XML.You can call other applications and languages, such as C, C+, COM objects, DLLs, Java, Fortran, and Microsoft Excel, and access FTP sites and Web services. Using the Database Toolbox, you can also access data from ODBC/JDBC-compliant databases.You can acquire data from hardware devices, such as your computers serial port or sound card. Using the Data Acquisition Toolbox , you can stream live, measured data directly into MATLAB for analysis and visualization. The Instrument Control Toolbox (available separately) enables communication with GPIB and VXI hardware.All the graphics features that are required to visualize engineering and scientific data are available in MATLAB. These include 2-D and 3-D plotting functions, 3-D volume visualization functions, tools for interactively creating plots, and the ability to export results to all popular graphics formats. You can customize plots by adding multiple axes; changing line colors and markers; adding annotation, LaTEX equations, and legends; and drawing shapes.You can visualize vectors of data with 2-D plotting functions that create: (1)Line, area, bar, and pie charts (2)Direction and velocity plots (3)Histograms (4)Polygons and surfaces (5)Scatter/bubble plots (6)AnimationsThe MATLAB product provides functions for visualizing 2-D matrices, 3-D scalar, and 3-D vector data. You can use these functions to visualize and understand large, often complex, multidimensional data. You can specify plot characteristics, such as camera viewing angle, perspective, lighting effect, light source locations, and transparency. 3-D plotting functions include: Surface, contour, and mesh, Image plots ，Cone, slice, stream, and isosurface.MATLAB provides interactive tools for designing and modifying graphics. From a MATLAB figure window, you can perform the following tasks: (1)Drag and drop new data sets onto the figure (2)Change the properties of any object on the figure (3)Zoom, rotate, pan, and change camera angle and lighting (4)Add annotations and data tips (5)Draw shapes (6)Generate a function that can be reused with different data中文翻譯：(From: MATLAB- The Language Of Technical Computing)MATLAB- The Language Of Technical Computing描述MATLAB是一個高層次的語言和互動環(huán)境，和傳統(tǒng)的編程語言相比，使您能夠更快地執(zhí)行計算密集型任務(wù)，如C語言，C+和Fortran。MATLAB在多領(lǐng)域中廣泛的應(yīng)用，包括信號和圖像處理，通信，控制設(shè)計，測試和測量，財務(wù)建模和分析，計算生物學(xué)。附加的工具箱（可單獨專用MATLAB函數(shù)的集合）擴(kuò)展了MATLAB環(huán)境去解決在這些應(yīng)用領(lǐng)域的特定類別問題。 MATLAB提供了許多功能，用于記錄和分享工作?？梢哉螹ATLAB代碼與其他語言和應(yīng)用程序，并分發(fā)MATLAB算法和應(yīng)用。 MATLAB有如下的關(guān)鍵特點：（1）高級技術(shù)計算語言（2）管理代碼，文件和資料（3）互動工具，解決反復(fù)勘察設(shè)計等問題（4）開發(fā)環(huán)境的工具，對于線性數(shù)學(xué)函數(shù)代數(shù)的篩選，統(tǒng)計，傅立葉分析，優(yōu)化，數(shù)值積分（5）2-D和3-D圖形功能的可視化數(shù)據(jù)（6）自定義工具建立的圖形用戶界面（7）基于MATLAB的算法整合與外部建立功能的應(yīng)用程序和語言，如C，C +，F(xiàn)ORTRAN，JAVA，COM和Microsoft Excel。MATLAB語言支持向量和矩陣運算，是解決工程和科科問題的根本。它實現(xiàn)了用MATLAB語言編程和開發(fā)技術(shù)的發(fā)展和執(zhí)行，算法的速度比傳統(tǒng)的語言快速，因為你不需要進(jìn)行低級別的管理任務(wù)，如聲明變量，指定數(shù)據(jù)類型，分配內(nèi)存。在許多情況下，MATLAB消除了“for”循環(huán)的需要。因此，一行MATLAB代碼可以經(jīng)常更換的幾行C或C + +代碼。同時，MATLAB提供了傳統(tǒng)的編程語言的所有功能，包括算術(shù)運算符，流程控制，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)類型，面向?qū)ο缶幊蹋∣OP），和調(diào)試功能。 MATLAB讓你在同一時間執(zhí)行沒有編譯和鏈接命令或命令中的一個群體，是您能夠快速解決迭代的最佳方案。MATLAB使用處理器的優(yōu)化庫快速執(zhí)行重矩陣和矢量運算。通用標(biāo)量計算，MATLAB使用其JIT（時間）編譯技術(shù)生成機(jī)器代碼指令。這項技術(shù)可以用在大多數(shù)平臺上，可以媲美傳統(tǒng)的編程語言的執(zhí)行速度。 MATLAB包括開發(fā)工具，幫助你實現(xiàn)你的算法有效。這些措施包括以下內(nèi)容：MATLAB編輯器 - 提供標(biāo)準(zhǔn)功能，如設(shè)置斷點，單步，編輯和調(diào)試。M-