DE102004063186A1

DE102004063186A1 - Verfahren zur Normierung von Kopforientierung und Mimik menschlicher Gesichter in Bildern zur Verbesserung der Leistung von Gesichtserkennungssystemen

Info

Publication number: DE102004063186A1
Application number: DE102004063186A
Authority: DE
Inventors: Karl-Friedrich Kraiss; Ulrich Canzler; Michael Haehnel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-13

Abstract

Verfahren zur Normierung von Kopforientierung und Mimik menschlicher Gesichter in Bildern zur Verbesserung der Leistung von Gesichtserkennungssystemen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als Vorverarbeitungsstufe für grundsätzlich beliebige Gesichtserkennungsverfahren, die auf (2D-)Bildern basieren, eingesetzt werden kann, ohne die Merkmalsextraktion bzw. die Merkmale für die Gesichtserkennung selber zu verändern.

Description

Seit mehr als drei Jahrzehnten wird im Bereich der Gesichtserkennung geforscht, und seit einigen Jahren sind bereits kommerzielle Systeme auf dem Markt, die insbesondere zur Überprüfung der Zugangsberechtigung zu Räumen, Gebäuden oder Geländen eingesetzt werden. Obwohl verschiedene Probleme den Durchbruch der Gesichtserkennung noch verhindern, erreichen viele Verfahren gute Ergebnisse mit frontalen Ansichten bei neutralem Gesichtsausdruck. In der Praxis müssen jedoch Personen auch bei beliebiger Kopforientierung und Mimik erkannt werden. Insbesondere Hersteller kommerzieller Gesichtserkennungssysteme haben Probleme mit diesen Szenarien.
Der Kern der Erfindung besteht aus einem Verfahren, dass es ermöglicht ein Bild eines Gesichtes unter beliebiger Kopforientierung mit beliebigem Gesichtsausdruck so umzurechnen, dass ein Gesicht in Frontalansicht mit neutralem Gesichtsausdruck entsteht, das beispielsweise an ein Gesichtserkennungssystem zur Identifikation/Verifikation einer Person weitergegeben werden kann (siehe 1).
Das Verfahren beruht zum einen auf der Modellierung des Gesichtes in einem (2D-)Bild. Mit Hilfe statistischer Methoden, die geometrische und texturelle Informationen verwenden, werden der Gesichtsausdruck und die Kopforientierung im Bild ermittelt.
Der zweite, zentrale Bestandteil des Verfahrens stellt die Nachmodellierung des betrachteten Gesichtes mit Hilfe eines biomechanischen 3D-Kopfmodells dar, in das Modelle von Muskelsträngen integriert sind. Diese Muskelmodelle sind parametrisiert und erlauben die Generierung beliebiger Gesichtsausdrücke. Durch ein Anpassungsverfahren werden die Parameter der Muskelmodelle so eingestellt, dass der aktuelle Gesichtsausdruck beschrieben wird. Zusätzlich werden Anpassungen der Geometrie des 3D-Kopfes vorgenommen (z.B. Breite des Kopfes, Augenabstand), die durch Vermessung des Gesichtes im Bild ermöglicht werden. Durch Zurücksetzen der Muskelparameter nach der Texturierung des 3D-Kopfes wird so ein neutrales Gesicht erzeugt, das in beliebigen Ansichten betrachtet werden kann (1).
Somit lässt sich eine Normierung der Kopforientierung und des Gesichtsausdrucks vornehmen, wodurch z.B. eine robustere Gesichtserkennung ermöglicht wird, ohne existierende Gesichtserkennungsverfahren zu überarbeiten bzw. zu erweitern. Daher kann das Verfahren auch als Vorverarbeitungsstufe in eine vorhandene Gesichtserkennung integriert werden.
Der Ansatz, das Kopforientierungsproblem über 3D-Kopfmodelle zu lösen existiert bereits, die Kombination mit der Modellierung von Gesichtsausdrücken mit Hilfe eines biomechanischen 3D-Kopfmodells unter Verwendung von Muskelmodellen und die damit verbundene Normierung eines Gesichtes zur Gesichtserkennung ist neu. Dadurch wird eine Modellierung möglich, die deutlich schneller durchgeführt werden kann als vergleichbare Verfahren.

Claims

Verfahren zur Normierung von Kopforientierung und Mimik menschlicher Gesichter in Bildern zur Verbesserung der Leistung von Gesichtserkennungssystemen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als Vorverarbeitungsstufe für grundsätzlich beliebige Gesichtserkennungsverfahren, die auf (2D-)Bildern basieren, eingesetzt werden kann, ohne die Merkmalsextraktion bzw. die Merkmale für die Gesichtserkennung selber zu verändern.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es unter Verwendung eines 3D-Kopfmodells mit integrierten, biomechanisch motivierten Muskelmodellen eine Abschätzung des im Bild sichtbaren Gesichtsausdruckes erlaubt und die Möglichkeit bietet, neue, standardisierte Ansichten für den Gesichtserkennungsalgorithmus zu generieren.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur genau ein Bild benötigt wird, um ein personalisiertes Kopfmodell zu erstellen. Die Verwendung von mehreren Bildern ist möglich und erhöht die Qualität des Modells.