Chuyên đề: “Nghiên cứu thiết kế phần mềm thiết bị nhận dạng khuôn mặt” Thực hiện: Nguyễn Đăng Dũng, Nguyễn Văn Hùng MỤC LỤC I. GI I THI U Ớ Ệ ............................................................................................ 4 II. S I KH I PH N M M: Ơ ĐỒ Ố Ầ Ề ...................................................................... 5 III. THU TH P VÀ CHU N HÓA Ậ Ẩ .................................................................... 6 1. Thu th p ậ ............................................................................................................. 6 2. Chu n hóa nh ẩ ả .................................................................................................... 7 a. C t và xoay chu n nh: ắ ẩ ả ................................................................................... 7 b. Chu n sáng nh ẩ ả ............................................................................................ 12 III. TRÍCH CH N C TÍNH Ọ ĐẶ ....................................................................... 13 a. Quá trình h c ọ ................................................................................................. 14 b. Quá trình t o đ c tính ạ ặ .................................................................................... 22 IV. QUÁ TRÌNH NH N D NG Ậ Ạ ..................................................................... 24 V. GIAO DI N Ệ .......................................................................................... 26 TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả ............................................................................... 27 PH L C CÁC HÀM Ụ Ụ ................................................................................. 28 - 1 -
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Chuyên đề: “Nghiên cứu thiết kế phần mềm thiết bị nhận dạng khuôn mặt”
Thực hiện: Nguyễn Đăng Dũng, Nguyễn Văn Hùng
MỤC LỤC
I. GI I THI UỚ Ệ ............................................................................................ 4
II. S I KH I PH N M M:Ơ ĐỒ Ố Ầ Ề ...................................................................... 5
III. THU TH P VÀ CHU N HÓAẬ Ẩ .................................................................... 6
HÌNH 6. XOAY CHU N I T NG THEO GÓC Ẩ ĐỐ ƯỢ ...........................................12
HÌNH 7 K T QU CÂN B NG M C XÁM, BI U SAU KHI M C XÁM PHÂN BẾ Ả Ằ Ứ Ể ĐỒ Ứ Ố
U H N SO V I BAN U.ĐỀ Ơ Ớ ĐẦ .....................................................................13
HÌNH 8. S BÊN TRONG KH I TRÍCH CH N C TÍNH S D NG PCAƠ ĐỒ Ố Ọ ĐẶ Ử Ụ .....14
HÌNH 9 (A). CÁC NH H C C A B D LI U 1Ả Ọ Ủ Ộ Ữ Ệ ............................................15
HÌNH 9 (B). CÁC NH H C C A B D LI U 2.Ả Ọ Ủ Ộ Ữ Ệ ...........................................16
HÌNH 10. CHU N HÓA MA TR N NHẨ Ậ Ả ........................................................17
HÌNH 11. TRUNG BÌNH NH C A CÁC T P D LI U H C.Ả Ủ Ậ Ữ Ệ Ọ ............................17
HÌNH 12. BI U GIÁ TR RIÊNG C A COVARIANCE MATRIX. CH N 34 GIÁỀ ĐỒ Ị Ủ Ọ
TR RIÊNG U TIÊN TRÍCH CH N C TÍNH.Ị ĐẦ ĐỂ Ọ ĐẶ .......................................20
HÌNH 13. 34 EIGENFACES TÌM C.ĐƯỢ ........................................................20
HÌNH 14. BI U GIÁ TR RIÊNG C A COVARIANCE MATRIX. CH N 26 GIÁỀ ĐỒ Ị Ủ Ọ
TR RIÊNG U TIÊN TRÍCH CH N C TÍNH.Ị ĐẦ ĐỂ Ọ ĐẶ .......................................21
HÌNH 15. 26 EIGENFACES TÌM C.ĐƯỢ ........................................................22
HÌNH 16. KHÔI PH C NH T CÁC VEC-T C TÍNHỤ Ả Ừ Ơ ĐẶ .................................23
- 2 -
Chuyên đề: “Nghiên cứu thiết kế phần mềm thiết bị nhận dạng khuôn mặt”
Thực hiện: Nguyễn Đăng Dũng, Nguyễn Văn Hùng
HÌNH 17. NH N D NG THEO KHO NG CÁCH EUCLIDE.Ậ Ạ Ả ...............................25
HÌNH 18. GIAO DI N CH NG TRINH, V I K T QU LÀ NH N D NG CỆ ƯƠ Ớ Ế Ả Ậ Ạ ĐƯỢ
I T NG.ĐỐ ƯỢ ............................................................................................26
- 3 -
Chuyên đề: “Nghiên cứu thiết kế phần mềm thiết bị nhận dạng khuôn mặt”
Thực hiện: Nguyễn Đăng Dũng, Nguyễn Văn Hùng
I. GIỚI THIỆU
Nhận dạng mặt người là cách dễ dàng nhất mà con người sử dụng để phân biệt người
với người. Tuy nhiên, công việc dễ dàng đối với con người này lại rất khó để thể hiện
bằng công thức toán học. Cùng với sự phát triển của toán học và khoa học máy tính,
vấn đề nhận dạng mặt người đang có được điều kiện thuận lợi để được giải quyết.
Nhận dạng mặt người là một dạng của bài toán nhận dạng mẫu vật (pattern
recognition) dựa trên những đặc điểm của một khuôn mặt. Khuôn mặt cần nhận dạng sẽ
được đem so sánh với các khuôn mặt mẫu theo một cách nào đó. Kết quả của quá trình
nhận dạng là cho biết khuôn mặt có trong ảnh đầu vào là “đã được biết đến” hay
“chưa được biết đến”. Trong một hệ thống điều khiển, kết quả đó sẽ được sử dụng để
thực hiện các chức năng điều khiển của hệ thống.
Cho một ảnh đầu vào có chứa khuôn mặt người cần nhận dạng. Khi đó mối quan hệ
giữa mức xám của các điểm ảnh trên ảnh đầu vào sẽ phản ánh các đặc tính của khuôn
mặt, ví dụ như:
− Vị trí, diện tích của các vùng tóc, vùng mắt, vùng miệng, vùng da mặt,…
− Hình dạng khuôn mặt, hình dạng mắt, mũi, miệng,…
− Khoảng cách giữa 2 mắt, khoảng cách lông mày,…
Từ các mối quan hệ đó, sử dụng kỹ thuật xử lý ảnh số ta có thể tìm được các đặc
trưng cho mỗi khuôn mặt. So sánh đối chiếu giữa các đặc trưng của khuôn mặt trong
ảnh với cơ sở dữ liệu, ta có thế xác nhận được gương mặt đó là “chưa được biết”, hay
“đã được biết” và chỉ ra người đó.
Hệ thống xử lý bao gồm các khối sau:
T hu nhận, s ố hóa ảnh
C am era
S ens or
P hân t íc h ảnh
N hận dạng, ư ớ c lư ợ ng
X ử lý k ế t quảẢnh số Kết quả Ou tpu t
In p u t
TH U T H Ậ P Ả N H
X Ử LÝ Ả N H
- 4 -
Chuyên đề: “Nghiên cứu thiết kế phần mềm thiết bị nhận dạng khuôn mặt”
Thực hiện: Nguyễn Đăng Dũng, Nguyễn Văn Hùng
Hình 1. Mô hình tổng quát 2 khối chính của hệ thống.
Quá trình được nhìn theo 2 khối là khối thu thập và khối xử lý nhận dạng.
Khối thu thập có nhiệm vụ ghi lại được hình ảnh xuất hiện trước Camera khi được
yêu cầu.
Khối xử lý có nhiệm vụ xử lý tín hiệu ảnh , gồm các phần chính sau:
- Phân tích ảnh:
o Khâu chuẩn hóa: Đưa ảnh thu thập về một định dạng chuẩn cho trước (độ
sáng, kích thước,…)
o Khâu trích chọn đặc tính: tìm đặc tính đặc biệt để có thể phân biệt giữa
các đối tượng với nhau.
- Nhận dạng, ước lượng
o Khâu phân loại và nhận dạng: so sánh đặc tính ảnh đầu vào và cơ sở dữ
liệu có trước để xác nhận đối tượng nhận dạng.
- Khâu xử lý kết quả nhận dạng: Các thao tác sau khi nhận dạng thành công.
Khối phần mềm sẽ đảm nhiệm công việc xử lý ảnh trên.
II. SƠ ĐỒI KHỐI PHẦN MỀM:
Phần mềm chủ yếu là được viết đối với khối Xủ lý ảnh số.
Tiền xử lýTrích chọn đặc
tính
Thu thập và tách mặt người
trong ảnh
Cơ sở dữ liệu
Phân loại, nhận dạng
Xử lý kết quả
Ảnh cần nhận dạng
Ảnh được chuẩn hóa
Vec-tơ đặc tính
Xử lý ảnh số
Hình 1. Sơ đồ khối phần mềm hệ thống nhận dạng mặt người
- 5 -
Chuyên đề: “Nghiên cứu thiết kế phần mềm thiết bị nhận dạng khuôn mặt”
Thực hiện: Nguyễn Đăng Dũng, Nguyễn Văn Hùng
III. THU THẬP VÀ CHUẨN HÓA
1. Thu thập
Đầu vào của khối: ảnh lấy được từ Webcam.
Đầu ra của khối: Ảnh người cần nhận dạng được tách khỏi nền.
Khối này sử dụng phương pháp trừ ảnh để tách đối tượng.
Cho ảnh nền X và ảnh chứa đối tượng Y có cùng kích thước 600×800.
Ảnh kết quả của phép trừ ảnh là I.
Xét pixel có tọa độ 0 0( , )x y , ta có:
0 0 0 0
0 0
0 0 0 0
1 ( , ) ( , )( , )
0 ( , ) ( , )
khi X x y Y x yI x y
khi X x y Y x y
εε
− >= − ≤
Kết quả của phép trừ ảnh là một ảnh nhị phân. Khu vực chứa đối tượng sẽ có màu
trắng (giá trị bằng 1), và khu vực còn lại sẽ có màu đen (giá trị bằng 0). Tuy nhiên, do
sự thay đổi cường độ sáng ở một mức độ nào đó giữa ảnh nền và ảnh chứa đối tượng,
ảnh sẽ có nhiều nhiễu.
Lọc nhiễu:
- Lọc các nhiễu (các vùng màu trắng không có đối tượng) có diện tích bé. Vùng
chứa đối tượng luôn là vùng có diện tích tích lớn nhất.
- Lọc các vùng đen bên trong khu vực chứa đối tượng.
- 6 -
Chuyên đề: “Nghiên cứu thiết kế phần mềm thiết bị nhận dạng khuôn mặt”
Thực hiện: Nguyễn Đăng Dũng, Nguyễn Văn Hùng
(a) (b)
(e)
(c) (d)
Hình 2. Quá trình thu thập và tách đối tượng khỏi ảnh. a. - Ảnh nền, b- Ảnh chưa đối tượng, c. Kết quả trừ ảnh, d. Mặt nạ sau khi lọc nhiễu, e – Đối tượng được tách khỏi nền.
2. Chuẩn hóa ảnh
- Đầu vào: Ảnh đối tượng sau khi đã được tách ở khâu thu thập.
- Đầu ra: Ảnh có kích thước cố định (310×250 pixels), bao trọn khuôn mặt đối tượng,
được xoay thẳng và được cân bằng sáng.
a. Cắt và xoay chuẩn ảnh:
Để thực hiện nhiệm vụ tìm khung khuôn mặt mà xoay chuẩn, đồ án sử dụng phương
pháp tìm tâm 2 mắt để xác định vị trí khuôn mặt.
Để xác định vùng mắt, ta nhận thấy mắt là một vùng có ánh sáng tối nằm ở một khu
vực riêng trên khuôn mặt, xung quanh là vùng màu da. Do đó, ta sử dụng phương pháp
tách vùng để tìm ra vùng chứa mắt. Phương pháp phân ngưỡng được sử dụng.
- 7 -
Chuyên đề: “Nghiên cứu thiết kế phần mềm thiết bị nhận dạng khuôn mặt”