CN1734468A - 复杂环境下动态人脸侦测系统 - Google Patents

Abstract

一种复杂环境下动态人脸侦测系统，主要由影像输入单元及动态人脸侦测单元所组成，该影像输入单元持续对场景捕捉数字影像，接着由人脸侦测单元使用移动物体侦测算法撷取有移动的部分，再来使用人脸特征撷取的技术对有移动的部分进行人脸侦测，撷取到所有人脸必要特征代表侦测到人脸，若是撷取不到部分特征，则通知系统所缺少的特征为何，以达到在复杂的环境且不良的摄影条件下，利用移动物体侦测及人脸特征撷取的技术来准确地侦测人脸，可用在大楼监控及安全监控等环境，并可与现有的监控设备结合，不用再重新添购品质较佳的监控设备，以节省使用单位的成本。

Description

复杂环境下动态人脸侦测系统

技术领域

本发明是有关于影像侦测，尤其是一种人脸侦测系统。

背景技术

现今市面上较少见到人脸侦测系统，有的话对于摄影品质及环境的要求也是相当高，大部份均在良好的取像环境下达成，对于光线明亮度的需求相当地高，并且背景环境也不能太复杂。因此上述系统无法应用于实际环境下，也无法与现有的监控设备做整合。

由此可见，上述现有系统实在无法应用于当前大部份的监控系统，或者是要替换成品质较佳的监控设备，实非理想方案，而有待改进。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种改良原本现有的人脸侦测系统，使其具有在复杂环境下亦能准确地侦测出人脸位置的复杂环境下动态人脸侦测系统。

为了达到以上目的，本发明的复杂环境下动态人脸侦测系统主要由影像输入单元及人脸侦测单元所组成。影像输入单元持续地捕捉数字影像，接着再由人脸侦测单元使用移动物体侦测算法，撷取有移动物体的部份，然后再定位出人脸位置并撷取人脸特征，例如人眼、鼻子及嘴巴等，最后系统便知道目前的影像是否有人脸出现，或者是输出该人脸所缺少的特征为何。本发明定位人脸位置的方法是采用可变动式椭圆样版比对(Template matching)，并配合肤色侦测辅助。而本发明采用的人脸特征为双眼及嘴巴，一般是使用肤色信息及轮廓的等特征来寻找，但在影像品质不佳的情况下，使用上述方法无法侦测出眼睛及嘴巴等特征，因此本发明采用一种稳定且适用于影像品质不佳的算法，即利用双眼及嘴巴的颜色比周围还暗的特性，先找出可能的双眼中心位置，以及可能的双眼及嘴巴位置，最后使用合理的衡量方法来决定正确的双眼及嘴巴位置，惟有使用此方式才得以克服影像品质不佳的问题。

最后人脸侦测单元将侦测结果回报给系统，侦测结果可分为四类：一、侦测出正常人脸，二、缺少眼睛特征的人脸，三、缺少嘴巴特征的人脸，四、非人脸。

本发明可应用于目前已架设好、并且需要侦测人脸的监控设备，或者是想要以较低的成本建置具有人脸侦测功能的监控设备，如大楼安全监控及银行监视录像设备等，均是本发明可应用的范围。

本发明采用移动物体侦测及人脸特征撷取等技术来侦测人脸，故能有效地与当前大部份的监控系统相结合，以提高监控系统的功能与价值，在最少的花费下以达到最高的效能；与前述现有技术相比较时，更具有下列的优点：

一、可应用于复杂的环境及取像品质不佳的监控系统。

二、可与现有监控系统相结合，以较少的成本达到人脸侦测的效果。

附图说明

以下结合附图和具体实施例进一步说明本发明的特点及技术内容。有关该实施例的附图如下：

图1为本发明复杂环境下动态人脸侦测系统的架构示意图；以及

图2为复杂环境下动态人脸侦测系统的人脸侦测范例图；

图3是对椭圆轮廓脸型的位元点进行遮罩运算的框图。

附图标记说明

11影像输入单元

12人脸侦测单元

13移动物体侦测

14人脸位置定位

15改良式双眼侦测

16改良式嘴巴侦测

具体实施例

如图1及图2所示，本发明所提供的复杂环境下动态人脸侦测系统是将数字影像监控系统架设在欲监控的场所，其主要包括：

影像输入单元11；以及

人脸侦测单元12；

该影像输入单元11持续地捕捉数字影像，接着再由人脸侦测单元12使用移动物体侦测算法，撷取有移动物体的部份，然后再定位出人脸位置并撷取人脸特征，最后系统输出目前的影像是否有人脸出现，或者是输出该人脸所缺少的特征为何；其中，该影像输入单元11可采用含镜头的CCD摄影机及影像捕捉卡、含镜头的摄影机加上IEEE 1394输入卡、含镜头的摄影机加上USB接口，或者是将含镜头的摄影机以数字相机取代，只要能持续地撷取影像，均为该影像输入单元11可采用的方法。

输入的影像首先交由人脸侦测单元12进行处理，如图2A及B所示，为该场景的前后两张连续影像。首先进行移动物体侦测13，假设影像输入单元输入的影像大小为M×N，前一张输入的影像为I_pre，目前的影像为I_now，则人脸侦测单元使用的移动物体侦测算法：

M(x，y)＝ABS(I_now(x，y)-I_pre(x，y))，0≤x≤M，0≤y≤N.

M，(x，y)＝{1，if(M(x，y)≥θ)   0≤x≤M，0≤y≤N.

此时M’(x，y)值为1即代表该点为移动物体位元，M为前后两张影像的差值强度影像，ABS(·)为绝对值运算，θ为判断是否有移动的门槛值。为了强化其准确性，使用以下步骤可得到较佳的移动物体位元：

M”(x，y)＝M’(x，y)∧EI(x，y)，0≤x≤M，0≤y≤N.

M”即为准确的移动物体位元图，其中∧为AND逻辑运算，EI为I_now的边缘影像(Edgeimage)。图2A及B进行移动物体侦测13后的影像如图2C及D所示，图2C为经过二元化的移动物体位元图M’，图2D则为使用边缘影像强化过的移动物体位元图M”。

接着对M”进行人脸位置定位14，由于在影像品质较差的环境下，人脸的肤色范围相当地广，而人脸肤色又是非常重要的人脸特征，因此我们将欲侦测的肤色范围放宽，将所有接近肤色的颜色也包含进来；又人脸的轮廓为椭圆形，所以使用样版比对方法，在移动物体位元图上寻找椭圆样版，而椭圆样版的大小是可变动的，因此设计一种评分方式针对不同大小的椭圆样版比对结果给分。我们将样版比对配合肤色侦测可得到准确的人脸候选位置，在欲样版比对的位置上，限定该位置的椭圆样版内必须要侦测到有肤色的位元点才行，如此可以得到较准确的人脸区块位置。结果如图2E所示，图中的椭圆即为本发明侦测出来最有可能为人脸的区域。

接着对侦测出来的人脸区域进行改良式双眼侦测15及改良式嘴巴侦测16。一开始先对该椭圆轮廓内所有的位元点做为中心点进行底下两个遮罩运算，如图3所示。

第一个遮罩的大小为P×2Q，用来寻找上面长方形区块较暗且下面长方形区块较亮的中心点，第二个遮罩的大小为P×Q，用来寻找中间长方形区块较亮且两边长方形区块较暗的中心点。在同一位元点上，若同时满足两个遮罩运算结果都大于门槛值ρ，则可将其视为双眼的中心点位置，因此将以上两个遮罩命名为双眼中心遮罩。

找到双眼中心点位置之后，因为有很多候选点，需再进一步确认双眼的位置，以找出正确的双眼及其中心点位置。此时将人脸区块分别依垂直及水平方向取各线条上的区域极小值，将两方向的区域极小值取交集可得到数个双眼候选点。利用先前找到的双眼中心点位置，使用相连元件标示法(Connected component labeling)将其分成数个双眼中心区块，然后在每个区块的两边各自寻找双眼配对，条件有三个：一、配对的双眼中心位置必须落在该双眼中心区块上，二、配对的双眼其平均灰阶值必须相近，三、配对的双眼倾斜角度必须在一个容忍范围内。符合上述三个条件的双眼配对仍然不少，最后选择双眼距离最小但须在门槛值σ之上的配对，做为本双眼中心区块所找到的双眼位置。最后，从找到双眼配对的双眼中心区块之中，将最接近人脸中心位置的该区块视为双眼的中心区块。

嘴巴的位置一样要利用双眼中心区块，因为嘴巴的位置一定在双眼中心区块的下方。与寻找双眼配对方法类似，将人脸区块依垂直方向，取各线条上的区域极小值(此时不用取水平方向各线条的区域极小值)，然后在各双眼中心区块的下方寻找相连长度大于2的区域极小值连线，每个连线均可能为嘴巴特征，若是有侦测出双眼，则可利用双眼距离及双眼中心至嘴巴的距离来找出最适合的连线视为嘴巴，若是未侦测出双眼，则只能将此人脸影像视为缺少眼睛特征的人脸。图2F为改良式双眼侦测时所需的双眼中心区块、垂直与水平方向的区域极小值，图中黑色区块即为双眼中心区块，灰色点为区域极小值，图2G为改良式嘴巴侦测时的双眼中心区块与嘴巴候选线条，黑色区块一样为双眼中心区块，灰色线条为嘴巴候选线条。最后双眼侦测所侦测到的双眼位置，与嘴巴候选线条配对产生出最后的结果如图2H所示。

Claims (13)

1、一种复杂环境下动态人脸侦测系统，是利用移动物体侦测及人脸特征撷取等技术来准确地侦测人脸，可有效的强化安全监控功能的目的，其特征在于，包括：

影像输入单元；

人脸侦测单元；

该影像输入单元持续地捕捉数字影像，接着再由人脸侦测单元使用移动物体侦测算法，撷取有移动物体的部份，然后定位出人脸位置并撷取人脸特征，最后系统输出目前的影像是否有人脸出现，或者是输出该人脸所缺少的特征为何。

2、如权利要求1所述的复杂环境下动态人脸侦测系统，其特征在于，其中的影像输入单元可使用含镜头的摄影机加影像撷取卡。

3、如权利要求1所述的复杂环境下动态人脸侦测系统，其特征在于，其中的影像输入单元可使用含镜头的摄影机，该摄影机具有USB接口或IEEE 1394接口。

4、如权利要求1所述的复杂环境下动态人脸侦测系统，其特征在于，其中的影像输入单元可使用数字相机搭配USB接口或IEEE 1394接口。

5、如权利要求1所述的复杂环境下动态人脸侦测系统，其特征在于，其中人脸侦测单元在人脸位置定位之后利用双眼比周围还暗的特性，找出可能的双眼中心位置。

6、如权利要求1所述的复杂环境下动态人脸侦测系统，其特征在于，其中的人脸侦测单元在人脸位置定位之后利用嘴巴比周围还暗的特性，找出可能的嘴巴位置。

7、如权利要求5或6所述的复杂环境下动态人脸侦测系统，其特征在于，其中该人脸侦测单元是先找出可能的双眼中心位置，再以此为基础寻找嘴巴位置。

8、如权利要求5所述的复杂环境下动态人脸侦测系统，其特征在于，其中该人脸侦测单元可使用变动大小的双眼中心遮罩进行双眼侦测。

9、如权利要求8所述的复杂环境下动态人脸侦测系统，其特征在于，其中该双眼侦测可使用双眼中心遮罩与区域极小值以准确定位双眼位置。

10、如权利要求6所述的复杂环境下动态人脸侦测系统，其特征在于，其中该人脸侦测单元可使用变动大小的嘴巴遮罩进行嘴巴侦测。

11、如权利要求10所述的复杂环境下动态人脸侦测系统，其特征在于，其中该嘴巴侦测可使用嘴巴遮罩与区域极小值以定位可能的嘴巴位置。

12、如权利要求5或6所述的复杂环境下动态人脸侦测系统，其特征在于，其中嘴巴侦测的结果可用来回溯调整双眼中心位置。

13、如权利要求7所述的复杂环境下动态人脸侦测系统，其特征在于，其中嘴巴侦测的结果可用来回溯调整双眼中心位置。

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