CN1889093A - 一种用于人眼定位和人眼张开闭合的识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人眼定位和人眼张开闭合的识别方法。本发明主要解决对动态图象的人眼进识别的问题。其步骤为：将摄像头动态提取到的一帧图象利用灰度直方图进行自动灰度均衡，将人的脸部从背景中凸现出来，再利用可调半窗口域值将人脸从背景中提取出来，根据估算的人眼象素块大小，去掉非人眼区域，然后结合人眼的二维几何关系自动确定人的双眼，用黑框在原始图像上显示出来，如果没有检测到双眼，系统声音提示；再利用眼睛象素的大小，判断眼睛的张开与闭合；如果眼睛张开，原始图像上将有黑框显示，程序不发出提示音；如果眼睛闭上，原始图像上将没有黑框显示，程序发出提示音。本发明可应用于多种检测系统，如疲劳驾驶报警系统。

Description

一种用于人眼定位和人眼张开闭合的识别方法

技术领域

本发明涉及一种图象处理方法，尤其是一种用于人眼定位和人眼张开闭合的识别方法。

背景技术

利用计算机系统进行对人眼的识别研究，是当前计算机图形功能识别的前沿科学。人脸识别作为目标识别的一个特例，涉及图像处理，模式识别，神经网络以及神经科学等诸多科学，在过去的十几年里得到了广泛的重视与发展。常用的人眼定位方法中，也多都是基于人脸检测，如模板匹配和hough变换。目前，国内外研究人脸识别的算法有多种，通常面对静态图像的人脸自动模式识别技术分为三大类：基于几何特征的识别方法、基于代数特征的识别方法和基于连接机制的识别方法。应用神经网络的识别方式需要大量的脸部图库，应用自学习的方法进行识别，它对脸部图库的要求比较高。而面对动态图像的人眼识别是一个具有全球性的创新课题；应用领域广泛。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是利用计算机系统来识别人眼，特别是实现对人眼的定位和对人眼张开闭合的识别方法。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现。

本发明利用Windows操作系统与摄像头驱动程序的二次开发软件建立连接，控制摄像头。将摄像头获取的图像以帧的形式保存在Windows系统的内存中，为了适应处理速度及提高原始图像显示的流畅性，本系统每5帧图像处理一次。保存在Windows内存内的图像是24位真彩色图像。

数字图像在计算机上以位图的形式存在，为了方便图像处理，将图像数据复制一份进行24位真彩色转256色灰度图处理；此处的图像处理即灰度直方图均衡，灰度直方图均衡的目的是抑制背景而突出面部特征。均衡化修正后将出现频数较少的灰度级并入邻近的灰度级中，从而减少图像的灰度等级，增加其对比度。原始图像用来显示效果。

利用可调窗口阈值将大部分背景及噪声点去掉并将图像二值化，这时灰度图像上只剩类似眼睛象素块大小的黑色区域以及头发、衣服形成的大块黑色区域。再利用象素面积阈值去掉眼睛象素范围外的黑色区域：循环扫描图像每一个象素点的形式，计算每个黑色区域象素块的象素大小。眼睛黑色区域所包含的象素数应在一个确定的范围内，根据初步估计设置的可调眼睛象素数，去掉比设定值大的黑色区域。由此图像上只剩下类似眼睛象素数大小的黑色区域。

人眼在二值位图上的形状类似于椭圆，其外接矩形应为长方形；与任意一个外接长方形连接或靠得非常近的黑色区域不是眼睛象素块；在双眼下方一定距离内不能有其他象素块；双眼象素块的内侧距离应大于一确定值；双眼象素块的外侧距离应小于一确定值。如果在图像上人的面部有倾斜，双眼象素块不在同一水平线上，则双眼象素块的顶部应小于一确定的值。为了避免误识别，在系统连续两次都识别出双眼后，系统才在原始图像的相同位置上画上矩形黑框，作为结果显示出来。再利用眼睛象素的大小，判断眼睛的张开与闭合，如果眼睛张开，原始图象上将有黑框显示，程序不发出提示音；如果眼睛闭合，原始图象上将没有黑框显示，程序发出提示音。在没有识别出眼睛的情况下也发出提示音。这里，没有识别出眼睛有两种情况：

情况一：利用象素面积阈值去掉眼睛象素范围外的黑色区域后，没有类似眼睛的黑色区域存在。

情况二：在根据人眼的二维关系定位双眼的时候去掉了所有的黑色区域。

以上两种情况都需要提示音。由于系统设置的是每秒30帧，每5帧处理一次，故有可能在第一个声音报警还没有完成的时候，下一个声音报警又出来了。为了避免这种情况，系统设置了连续出现20次，即连续150帧没有识别出眼睛，系统报警一次。

本发明能在不同环境，不同光照条件下工作；每帧原始图像的大小为320×240像素；要求人脸的倾斜角度不能超过30度，人眼部分不能被其他物体挡住。

本发明可将双眼准确定位，并分辨出眼睛的张开与闭合；对光照的要求比其他的人眼识别系统低；但对背景有要求，如：不要戴眼镜，否则镜片的反光以及光线变形有可能导致系统不能准确的识别眼睛。

附图说明

图1为本发明的流程图

具体实施方式

步骤一、图象的获得与预处理：

本发明利用Windows操作系统与摄像头驱动程序的二次开发软件建立连接，控制摄像头。将摄像头获取的图像以帧的形式保存在Windows系统的内存中，为了适应处理速度及提高原始图像显示的流畅性，本系统每5帧图像处理一次。保存在Windows内存内的图像是24位真彩色图像。

数字图像在计算机上以位图的形式存在，为了方便图像处理，将图像数据复制一份进行24位真彩色转256色灰度图处理；此处的图像处理即灰度直方图均衡，灰度直方图均衡的目的是抑制背景而突出面部特征。均衡化修正后将出现频数较少的灰度级并入邻近的灰度级中，从而减少图像的灰度等级，增加其对比度。原始图像用来显示效果。

步骤二、利用阈值处理灰度图：

利用可调窗口阈值将大部分背景及噪声点去掉并将图像二值化，这时灰度图像上只剩类似眼睛象素块大小的黑色区域以及头发、衣服形成的大块黑色区域；再利用象素面积阈值去掉眼睛象素范围外的黑色区域；循环扫描图像每一个象素点的形式，计算每个黑色区域象素块的象素大小。眼睛黑色区域所包含的象素数应在一个确定的范围内，根据初步估计设置的可调眼睛象素数，去掉比设定值大的黑色区域。由此图像上只剩下类似眼睛象素数大小的黑色区域。

步骤三、根据人眼的二维关系定位双眼：

人眼在二值位图上的形状类似于椭圆，其外接矩形应为长方形；与任意一个外接长方形连接或靠得非常近的黑色区域不是眼睛象素块；在双眼下方一定距离内不能有其他象素块；双眼象素块的内侧距离应大于一确定值；双眼象素块的外侧距离应小于一确定值。如果在图像上人的面部有倾斜，双眼象素块不在同一水平线上，则双眼象素块的顶部应小于一确定的值。为了避免误识别，在系统连续两次都识别出双眼后，系统才在原始图像的相同位置上画上矩形黑框，作为结果显示出来。

步骤四、声音提示：

再利用眼睛象素的大小，判断眼睛的张开与闭合，如果眼睛张开，原始图象上将有黑框显示，程序不发出提示音；如果眼睛闭合，原始图象上将没有黑框显示，程序发出提示音。在没有识别出眼睛的情况下也发出提示音。这里，没有识别出眼睛有两种情况：

情况一：利用象素面积阈值去掉眼睛象素范围外的黑色区域后，没有类似眼睛的黑色区域存在。

情况二：在根据人眼的二维关系定位双眼的时候去掉了所有的黑色区域。以上两种情况都需要提示音。由于系统设置的是每秒30帧，每5帧处理一次，故有可能在第一个声音报警还没有完成的时候，下一个声音报警又出来了。为了避免这种情况，系统设置了连续出现20次，即连续150帧没有识别出眼睛，系统报警一次。

本发明能在不同环境，不同光照条件下工作；每帧原始图像的大小为320×240像素；要求人脸的倾斜角度不能超过30度，人眼部分不能被其他物体挡住。

本发明可将双眼准确定位，并分辨出眼睛的张开与闭合；对光照的要求比其他的人眼识别系统低；但对背景有要求，如：不要戴眼镜，否则镜片的反光以及光线变形有可能导致系统不能准确的识别眼睛。

Claims (3)

1、一种用于人眼定位和人眼张开闭合的识别方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：

a)图象的获得与预处理：利用Windows操作系统与摄像头驱动程序的二次开发软件建立连接，控制摄像头。将摄像头获取的图像以帧的形式保存在Windows系统的内存中；

b)利用阈值处理灰度图：利用可调窗口阈值将大部分背景及噪声点去掉并将图像二值化，这时灰度图像上只剩类似眼睛象素块大小的黑色区域以及头发、衣服形成的大块黑色区域；再利用象素面积阈值去掉眼睛象素范围外的黑色区域；循环扫描图像每一个象素点的形式，计算每个黑色区域象素块的象素大小；

c)根据人眼的二维关系定位双眼；

d)声音提示：利用眼睛象素的大小，判断眼睛的张开与闭合，如果眼睛张开，原始图象上将有黑框显示，程序不发出提示音；如果眼睛闭合，原始图象上将没有黑框显示，程序发出提示音。在没有识别出眼睛的情况下也发出提示音。

2.根据权利要求1所述的一种用于人眼定位和人眼张开闭合的识别方法，其特征在于：图象的获得与预处理时，每5帧图像处理一次；保存在Windows内存内的原始图像是24位真彩色图像；将原始图像数据复制一份进行24位真彩色转256色灰度图处理。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于人眼定位和人眼张开闭合的识别方法，其特征在于：根据人眼的二维关系定位双眼时，双眼象素块的内侧距离应大于一确定值；双眼象素块的外侧距离应小于一确定值；则双眼象素块的顶部应小于一确定的值。