论文研究-基于OpenCV的人脸检测与跟踪.pdf

所需积分/C币:24 2019-09-12 22:38:17 626KB .PDF
收藏 收藏
举报

随着社会公共安全体系的逐步完善,基于人脸的智能视频监控技术在安全监控、视频分析以及人机交互等场合发挥出越来越重要的作用。传统的Camshift算法虽然能快速地跟踪运动目标,但它不仅需要手动设定跟踪的对象,而且当跟踪对象遇到遮挡和相同颜色障碍物干扰时很容易丢失目标。针对上述问题,在OpenCV的基础上,采用Adaboost,Camshift和Kalman滤波相融合的方法,实现了快速、自动和准确的人脸检测与跟踪。
朱承志:基于 OpenCV的人脸检测与跟踪 2012,48(26)159 M1=∑∑ xyl(x, y) (11)零均值白噪声序列,即 PW()N(0, Q()) (17) P((k)~N(0,R(k) (18) 应用 Kalman滤波进行人脸跟踪分三个阶段(初 b=2(M1/M00xy) (12)始化、预测和更新) (1)滤波器初始化。即对 Kalman状态参数赋初值。 然后调整搜索窗口的大小,并将搜索窗口的中 2)状态预测。每次人脸搜索之前,都会预测下 心移动到质心,如果移动距离大于预设的固定阈值,一帧搜索窗口的位置 则重新计算调整后的窗口质心,直到窗口中心与质 3)状态更新。更新 Kalman滤波器的状态。 心间的移动距离小丁预设的固定阈值,或者循环运 人脸跟踪过程中,由于相邻两帧图像时阃间隔较 算的次数达到最大值,则认为满足收敛条件,进入下短(通常为几十毫秒),日标人脸运动状态变化较小,可 帧图像进行新的目标搜索。相对于当前帧,下一近似认为目标人脸在两帧时间间隔内做匀速直线运 帧中搜索窗∏的长度l和宽度分别如下方程式 动。假设采样间隔T为相邻两帧图像的时间间隔.定 (a+e)+√b2+(a-c 义人脸运动状态向量X(k)=(x(k),y(k),v(k)v,(k), (13) 观测状态向量Z(k)=(x(k),y(k)。x(k),y(k)表示人脸 (a+c)-√b+(a-c) 的中心在图像中的位置,v(k)ν(k)表示人脸运动的 (14) 速度。 当视频序列逐帧变化时, Camshift算法逐帧进行 故定义系统的状态转移矩阵Ak)为 处理,这样就可以完成对运动目标的连续跟踪。 0T0 A(K) 0107 (19) 0010 选择初始窗凵 (转化到HSV空间窗口 确定处理区城,区域 观测矩阵H(k)为 中心同搜索窗口中 转化为彩色直方图 H(k)= 000 (20) 心,大于搜索窗口 颜色概率分布图 (x,y)作为新搜索 窗口中心开方的上得到搜索窗国的质心位置 3三种算法相结合的人脸检测与跟踪系统 2倍来设置大小 每次系统运行的前3帧,采用 Adaboost人脸检测 将搜索窗口的中心转移到质 算法进行人脸定位。定位到的人脸区域首先会自动 输入质心 是否收敛 地初始化 Camshift跟踪算法。因为 Camshift能够对 非刚性目标实时跟踪,对目标的变形、旋转有较好的 图1 Camshift算法流程图 适应性,但是它没有利用目标在空间中的运动方向 和运动速度信息,当周围环境存在严重遮挡或目标 23 Kalman滤波算法 运动速度较快时,容易丢失目标。而 Kalman滤波器 Kalman滤波是卡尔曼提出的一种线性递归滤是一个对动态系统的状态序列进行线性最小方差估 波器,它的基本思想是根据系统前一时刻的状态对计的算法,可以较准确地预测目标的位置和速度,并 下一个时刻的状态做最优估计,经过预测和不断的具有计算量小、可实时计算的特点。所以跟踪过程 更新修正使结果具有无偏、稳定和最优的特点。主中,根据 Adaboost人脸检测算法的检测结果初始化 要包含预测方程和观测方程两个方程,分别如下 设定 Camshift算法搜索窗口的中心位置x),y(0),且将 信号方程: ν,④O,ν,(O)分量分别取零。采用 Camshift算法计算跟 X(k)=A(k-1)X(k-1)+W(k) (15)踪窗口的位置和大小,并把 Camshift算法输出的窗口 观测方程: 的质心位置z(k)作为 Kalman滤波的测量值,修正预 Z(=H(K)X(K)+V(k) 测估计的人脸位置ⅹ(k-1),雨根据 Kalman滤波预 其中,X)与Z()分别是K)时刻系统的状态向量测得到跟踪人脸后n(n>2)帧的质心位置X+nk) 和观测向量,Ak-1)是状态转移矩阵,H(k)是观测用于设置第k+n帧图像搜索窗∏的中心位置。从而 矩阵;动态噪声W(k)和观测噪声κ(k)是互不相关的可以实现预测的 Camshift跟踪,不仅节省跟踪时间 1602012,48(26) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 提髙跟踪效窣,而且能够很好地皃服严重遮挡所造在一段时间被遮挡的问题。一旦跟踪搜索的窗∏急 成目标人脸丢失的缺陷。 剧减小的时候,认定跟踪的人脸遇到了障碍物遮挡, 此时跟踪算法就很好发挥出预测的 Camshil算法的 4实验结果与分析 优势,根据 Kalman滤波对运动信息进行预测估计。 本实验基于 OpenCv平台,首先实验了对人脸的在第k(k>2)帧后,依然能跟踪日标人脸,从而实现避 自动检测程序,图2就是通过haar级联分类器采用开障碍物的目的。 Adaboost算法来检测人脸。效果基本上达到了预期 图4为两组人脸受手部干扰的部分跟踪结果 目标。 它进一步阐明了本方法相比于传统 Camshift算法能 鲁棒地克服障碍物干扰方面的优势性,图4(a)采用 传统 Caishi算法"的跟踪结果,因为人体的手部 具有与脸部相同肤色的特性,所以基于颜色概率分 布直方图作为特征进行计算的 Camshift跟踪算法很 容易误跟目标,最终受手部干扰的人脸跟踪将目标 (a)单个人的检测结果1(b)单个人的检测结果2 锁定在了手部上。相比较而言,图4(b)采用本文所 提方法,因为搜索窗口比较小,排除了手部的下扰 很好地完成了人脸的跟踪。故本文提出的方法不仅 保留了传统 Camshift跟踪算法对部分异色障碍物干 扰的人脸有较好的跟踪效果,而且对具有同样肤色 的手部干扰仍能有较好的跟踪效果。 (c)多个人脸的检测结果 四 图2人脸检测结果 图4(a)传统 Camshift受手部千扰的部分人脸跟踪结果 图3是比较本文方法与传统 Camshif算法进行 人脸跟踪的结果:人脸受障碍物完全遮挡时,Cam- shift算法只采用扩大搜索窗口来寻找目标就很容易 丢失日标,如图3(a)结果。而图3(b)就是结合人脸 四迟 检测和采用 Camshift和 Kalman滤波相结合算法的人 脸跟踪做出来的结果:对于进入摄像头视野中的人 图4(b)本文方法受手部千扰的部分人脸跟踪结果 脸运动日标能够实时检测出来,同时获得检测出来 图5为双人相向运动产生出人脸交义粘连现象 的人脸的色彩直方图;当人脸移动时,可以做出自动的部分跟踪结果。该4幅图片依次为视频序列中第 跟踪。对视频进行人脸跟踪时,需要处理人脸可能30,39,42和45帧。当位J后排的男性人脸被前排的 女性人脸遮挡时,男性人脸就会跟踪丢失。于是对 图3(a)传统 Camshift受障碍物遮挡的部分人脸跟踪结果 图5双人相向运动产生出人脸交叉粘连 图3(b)本文方法受障碍物遮挡的部分人脸跟踪结果 现象的部分人脸跟踪结果 朱承志:基于 OpenCV的人脸检测与跟踪 2012,48(26)161 于男性人脸的跟踪就很好地利用了 Kalman滤波的预[3]钱水青基于预测型人脸跟踪的人机接口门.微型电脑应 测优势,根据之前的运动信息进行预测佔计并将信 用,2010,26(1):40-42 息反馈给 Cashin算法所以当被遮挡的男性人脸再4 Wang H Z. Suter D, Schindler K. Adaptive object tracking 次大部分出现时,人脸跟踪又将继续进行。因此,图 based on an effective appearance filterJIEEE Trans 5证明了本文所提方法对有相互粘连遮挡现象的人 on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2007, 9 29):1661-1667. 脸跟踪依然有很好的效果。 5 Sorenson H W Kalman filtering: theory and application[M] New York: IEEE Press 1985 5结论 6 Viola P, Jones M.Robust real-time face detection[J].Int 本文在 Caishi跟踪算法的基础上提出了Ada- J Computer Vision, 2004, 57: 137-154 boot、 Camshift和 Kalman三者算法相结合的人脸检 radski g r Real time face and object tracking as 测和跟踪。 Camshift算法与 Adaboost算法相融合弥 component of a perceptual user interface[C] /Proc of the 4th IEEE Workshop on Applications of Computer 补了传统 Anshi算法需要手动框选人脸目标的缺 Vision,1998:214-219. 陷;另一方面, Camshift算法与 Kalman滤波的融合更8] Kalman E. A new approach to linear filtering and pre 是解决了人脸跟踪过程中障碍物完全遮挡和同色障 diction problems[J]. Transaction of the ASMF: Journal 碍物干扰所造成的目标丢失问题,而且对有相互粘 of Basic Engineering, 1960: 35-45 连遮挡现象的人脸跟踪依然有效。实验结果证明,提[9]庄莉,徐光祐,艾海舟,等视频中多线索的人脸特征检测 出的方法运算效率高,能够实时跟踪运动人脸目标,很 与跟踪[计算机学报,2003,26(2):160-167 好地实现了快速、自动和准确的人脸检测与跟踪 [I0]冯春来,朱虹,李钦一种基于多信息综合的人脸跟踪算 法计算机工程与应用,204,40(23):98-101 [I]l杨向波,朱虹,邓颖娜基于粒子滤波的人臉跟踪算法[ 参考文献: 计算机工程与应用,2008,44(23):209-21 ]王亮亮,孙即祥,谭志国基于人脸检测和 CAMSHIFT算法[12]郭志波严云洋,杨静宇.一类视频序列中的人脸检测与实 的人脸跟踪系统微计算机应用,2008,29(2):14-17 2江琦李谊李文辉动态图像中人脸的快速捕提跟踪方汰13姚凯郭崇明多级结构的人脸检测方法及应用U计算第 时跟踪算法[J计算机工程与应用,2007,43(28):190-213. 吉林大学学报,2009,47(6):1246-1250 工程与应用,2010,46(20):106-109 上接70页) http://developer.intelcom [12 Bochs mailing list[eb/ol]. htTp: //bochs. sourceforge. net/ [16] National Institute of Standard and Technology Advanced Encryption Standard(AES )[S][S1.]: Federal Informa mailinglists. html tion Processing Standards Publication, 2001 [13 Barham P, Dragovic B, Fraser K, et al. Xen and the art [17] IEEE STD 1363-2000 Standard specifications for public of virtualization[R]. University of Cambridge Computer key cryptography[S].2000 Laboratory 2005 [18 Federal Information Processing Standards. Secure hash [14]孙国梓,蔡强,陈丹伟子程序花指令加密算法研究[J计 standards.2002 算机工程与应用,2009,45(3):130-32 [19] Anckaert B, De Sutter B, De Bosschere K Software piracy [15] Intel corporation. Intel vanderpool technology for IA-32 prevention through diversity[C]/The 4th ACM Workshop processors(VT-x) preliminary specification [EB/OL].(2005) on Digital Rights Managcmcnt, 2004, 15(6): 63-71 上接75页 L6」冯地耕基于QR分解的ADBF算法及其DSP实现研究[D」 西安:西安电了科技大学,2004:35-43 [2]梁会发对角加载在自适应波束形成中的应用[D南京:南 京理工大学,2004:15-18 [刁]石斌斌,钱林杰基于 CORDIC的滑窗最小二乘递推算法[J 系统工程与电子技术,2010,32(11):2304-2309 [3]陈晓初相控阵雷达白适应数字波束形成[西安:西安电 [8]白振锋,萧宝瑾.智能天线目适应波束形成算法的研究[ 子科技大学,1992:35-40. 山西电子技术,2007(1):54-57 4贡三元S阵列处理[M南京:东南大学出饭社,199:291孙世新,卢光辉并行算法及其应用[M北京:机械工业出 56-80 版社,2004:33-45 [5]龚耀寰自适应滤波一时域自适应滤波和智能天线M]2[10王诚,薛小刚,钟信潮 FPGA/CPLD设计工具-Xinx 版北京:电子工业出版社,2003:217-256 ISF5使用详解]北京:人民邮电出版社,2003:1-18

...展开详情
试读 5P 论文研究-基于OpenCV的人脸检测与跟踪.pdf
立即下载 低至0.43元/次 身份认证VIP会员低至7折
    抢沙发
    一个资源只可评论一次,评论内容不能少于5个字
    img
    • 至尊王者

      成功上传501个资源即可获取

    关注 私信 TA的资源

    上传资源赚积分,得勋章
    最新推荐
    论文研究-基于OpenCV的人脸检测与跟踪.pdf 24积分/C币 立即下载
    1/5
    论文研究-基于OpenCV的人脸检测与跟踪.pdf第1页
    论文研究-基于OpenCV的人脸检测与跟踪.pdf第2页

    试读已结束,剩余3页未读...

    24积分/C币 立即下载 >