[发明专利]一种具有光照鲁棒性的人脸特征提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物特征自动识别技术，特别涉及一种在光照变化条件下进行人脸识别的特征提取方法。

背景技术

近年来随着生物特征识别技术的长足发展，人脸识别技术越来越受到研究者的关注。该技术在视频监控，人机交互，身份认证方面都有巨大的应用优势。目前对于在有控制条件下的人脸识别研究比较多，且取得的效果都比较好。但是在光照变化下，人脸识别的效果急剧下降，而该问题目前还未能有效地解决。通常对于光照条件下的人脸识别有如下几种处理方法：

(1)对光照进行物理预处理

由于在物理上有很多数学模型可以描述光照的产生与变化，这样我们可以预先减少光照对后续识别的影响。在专利200510011647.5申请中，作者利用图像比技术来合成任意光照下的人脸图像以次实现人脸图像的光照归一化。在专利200480036270.2中，作者利用主动光源来获取人脸图像。通过该光源对被拍摄的人脸图像区域进行照射，而后使用电子图像采集装置获取相应图像。在”Illumination Invariant Face Recognition Using Near-Infrared Images”(Stan Z.Li et al，IEEE Transactions on PAMI，Vol.29，No.4，April 2007，pp.627-639.)一文中，也是采用装置来获取活动近红外图像以减少光照的影响。

(2)光照不变的特征提取

光照不变的人脸图像特征提取不需要先进行光照的预处理，该方法主要是采用某种对光照不敏感的算法而直接提取所需要的特征。一类方法是使用2.5D或3D模型来对人脸图像进行建摸，如“K.W.Bowyer，K.I.Chang，and P.J.Flynn，“A Survey of 3D and MultiModal 3D+2D Face Recognition，”(Proc.Int’1 Conf.Pattern Recognition，pp.358-361，Aug.2004.)该种方法可以描述人脸的几何形状，因此可以少受环境光照的影响。另外一类方法是基于二维人脸图像的，在文献“HyperBF Networks for Real Object Recognition，”(R.Brunelli et al Proc.IJCAI，pp.1，278-1，284，Sydney，Australia，1991.)中，作者使用边缘人脸图(edge map)来表示人脸。边缘信息代表着灰度图像表面色彩或方向的不连续地方，这种边缘对光照的变换不敏感。另外一种是使用Gabor滤波器(gabor filter)或者log gabor，心理学上的研究证明该滤波器与人眼对视觉信息的处理相仿，见文献“A Robust Method for Detecting Image Features with Application to Face Recognition and Motion Correspondence”，(B.Manjunath et al，ICPR B，pp.208-212，1992)。

上述二类对光照处理方法有各自的优缺点，对光照的物理预处理可以最大程度上减少光照对人脸的影响。但是寻找光照的产生、反射等模型比较复杂，另外对设备的要求比较高，比如说红外装置等，所以该方法不具有灵活性，而且成本也比较高。所以通常是采用第二类方法，但其中的3D算法复杂性比较高，还有处理的速度也比较慢，不符合实时应用要求。在实际应用比较普遍的还是基于二维图像的处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有光照鲁棒性的人脸特征提取方法，该方法对不同光照条件下，尤其是较差光照条件下形成的人脸图像，均能有效提取出人脸识别所需要的特征，而且其处理速度快，能够满足实际应用要求。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种具有光照鲁棒性的人脸特征提取方法，包括如下步骤：

a、人脸图像的预处理：对M行N列大小的原始二维人脸图像I^P采用边缘检测算法提取人脸的轮廓特征，再对人脸轮廓图像进行二值化处理后，得到二值化后的大小为M行N列的人脸预处理图像I_预^P；或者将原始二维人脸图像I^P应用离散傅立叶变换，进行只保留相位信息的重构得到二值化后的大小为M行N列的人脸预处理图像I_预^P。