人脸关键特征点定位研究及应用

论文摘要

人脸面部的关键特征点定位既是人脸识别研究领域中的一个关键问题,也是图形学和计算机视觉领域的一个基本问题。人脸特征点定位是基于人脸检测,目的是通过定位的人脸关键特征点来确定眼睛和嘴巴等主要器官的形状信息。目前最好的自动人脸识别(AFR)系统虽然在理想情况下能够取得比较好的识别性能,但是实用的AFR应用系统还需要进一步研究解决大量的关键问题,尤其是需要研究作为识别必要前提条件的人脸面部的关键特征点的精确定位问题。主动形状模型(ASM)是目前人脸面部关键特征点精确定位的主流方法之一。ASM是一种基于点分布模型(Point Distribution Model,PDM)的算法。在PDM中,外形相似的特定类别物体的形状通过若干关键的特征点(Landmarks)的坐标串接成原始形状向量。对训练集中的所有形状向量进行对齐操作后,对他们进行PCA分析建模,保留的主成分形成最终的形状模型,形状模型的参数反映了形状的主要可变化模式。搜索时首先通过局部纹理模型匹配得到各个特征点的更佳的位置,经过相似变换对齐后,通过统计形状模型对其进行约束,而后再进行局部纹理模型的匹配,形成一个迭代过程,以期形状模型最终匹配到输入的形状模式上去。本论文对经典的主动形状模型方法进行了深入的研究,并在此基础上对其进行了创新性的改进,使得人脸特征点定位更加地准确。论文的主要工作如下:1)系统的综述了生物特征识别技术和人脸特征点定位的发展历史和研究现状。总结了目前比较流行的人脸特征点定位方法,并分析和比较了各种方法的优缺点。2)详细介绍了经典的主动形状模型算法。主动形状模型主要包括形状模型的建立和局部纹理模型的建立,以及基于模型的目标搜索。3)介绍了小波变换的一些理论知识,Gabor小波的性质,并且介绍了Gabor相似性度量的方法。4)详细讲述了我们对经典主动形状模型的四点改进:边缘约束局部纹理模型、多分辨率搜索策略、在局部引入Gabor特征、形状模型在目标图像中的初始化。5)将Gabor小波和ASM相结合。在目标点的搜索过程中引入了特征点处的Gabor特征使得目标点的搜寻结果更加精确。6)简述了改进后的ASM算法在人脸三维重建中的应用和在人脸识别中的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 生物特征识别技术
• 1.2.1 生物识别技术简介
• 1.2.2 生物识别技术特点
• 1.3 人脸特征点定位国内外研究状况
• 1.4 本文所做的工作
• 1.4.1 本论文所做的研究与创新
• 1.4.2 论文的结构安排
• 第二章 经典 ASM 算法
• 2.1 引言
• 2.2 ASM 算法思想
• 2.2.1 点分布模型（PDM）
• 2.2.2 训练形状样本的对齐
• 2.2.3 形状模型的建立
• 2.2.4 局部灰度模型的建立
• 2.2.5 目标搜索过程
• 2.3 本章小结
• 第三章 GABOR 小波基础
• 3.1 小波变换基础
• 3.2 二维GABOR小波的性质
• 3.3 GABOR相似性度量
• 3.4 本章小结
• 第四章 改进的 ASM 在人脸特征点定位中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 对ASM 模型的改进
• 4.2.1 边缘约束局部灰度模型
• 4.2.2 多分辨率搜索策略
• 4.2.3 标定点处的局部Gabor 特征建模
• 4.2.4 形状模型的初始化
• 4.3 改进后的ASM 算法的实现
• 4.3.1 训练样本特征点的标定
• 4.3.2 形状模型的建立
• 4.3.3 局部灰度建模
• 4.3.4 标定点处的局部Gabor 特征建模
• 4.3.5 基于Gabor Jet 特征的目标点的搜索
• 4.3.6 目标点的多分辨率搜索
• 4.4 基于改进的ASM 的人脸特征点的定位
• 4.5 本章小结
• 第五章 人脸特征点定位的应用
• 5.1 引言
• 5.2 人脸特征点定位在人脸三维重建中的应用
• 5.2.1 摄像机成像模型
• 5.2.2 三维重建的目的和过程
• 5.2.3 人脸三维重建
• 3 标准模型'>5.2.4 Candide₃标准模型
• 3 的人脸线框模型的调整'>5.2.5 基于Candide₃的人脸线框模型的调整
• 5.3 人脸特征点定位在人脸识别中的应用
• 5.3.1 Hausdorff 距离
• 5.3.2 基于Hausdorff 的人脸识别算法
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果