基于Adaboost算法的人脸检测研究

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华北水利水电学院

硕士学位论文

基于Adaboost算法的人脸检测研究

姓名:张健

申请学位级别:硕士

专业:模式识别与智能系统

指导教师:邱道尹

2011-05华北水利水电学院硕士学位论文

I基于Adaboost算法的人脸检测研究

摘要

人脸检测是从各种不同的背景中检测是否存在人脸,并确定其位置、大小等信息的

过程,其应用已经超出人脸识别的范畴,在基于内容的检索、数字视频处理、视觉监控

方面有着重要的应用价值。根据利用人脸知识的不同,人脸检测方法分为两大类:基于

特征的方法主要是利用人脸的特征,如肤色、几何特征等,把人脸视为一个高维向量,

将人脸检测问题转化为高维空间中分布信号的检测问题。基于学习的人脸检测方法包括

基于人工神经网络的方法、基于支持向量机的方法、基于Adaboost的方法等,它收集大

量的人脸和非人脸样本通过机器学习得到一个分类器,利用分类器进行人脸检测。

本文通过将两种方法进行融合,即通过改进的Adaboost算法和肤色检测相结合来

进行人脸检测,实验证明该方法可以排除误检区域从而降低误检率。主要研究工作如下:

研究了基于Adaboost算法人脸检测的理论及实现,由积分图快速计算出大量类haar特

征,从中提取弱分类器,用Adaboost算法将多个弱分类器训练成一个强分类器,再把

强分类器串联成级联分类器用于人脸检测。改进之处如下:

1、对于Adaboost算法人脸检测存在的误检情况,用肤色模型对图像进行肤色分割,

然后经过膨胀、腐蚀,去除干扰区域,再次膨胀、腐蚀图像操作,确定图像中可能的肤

色区域,通过这些肤色区域验证由分类器得到的人脸区域,从而减少误检。

2、针对训练过程中Adaboost算法的过学习现象,通过调整权重更新规则,提出了

改进的Adaboost算法。

3、检测过程常用的“金字塔式”搜索法速度较慢,本文使用放大检测窗口的的方

法,即不改变待检测图像的大小,而通过改变检测子窗口的大小来对待检测图像进行检

测,提高了检测速度。

关键词:人脸检测,Adaboost算法,肤色检测,积分图,级联分类器华北水利水电学院硕士学位论文

IIISTUDYONFACEDETECTION

BASEDONADABOOSTALGORITHM

ABSTRACT

Facedetectionistodetectfacesfromvariouskindsofbackgroundandcomputesthedata

ofpositionandsize,shape,posture,etc,itsapplicationexceedstherangeoffacerecognition.

Facedetectionplaysanimportantroleinavarietyofapplicationssuchassearchbasedon

content,digitalvideoprocessingandvisualsurveillance.Themethodsoffacedetectioncanbe

classifiedintotwocategoriesonthebasisofthedifferentknowledge.Theonebasedon

characteristicviewsthefaceashighdimensionvectorandturnsfacedetectiontothedetection

ofdistributedsignalinhighdimensionspace.Theotherbasedonlearningincludesthe

methodsbasedonartificialneuralnetwork,supportvectormachineandAdaboost.They

collectalargeamountoffaceandnon-facesamplesandgetaclassifierbymachinelearning

anddetectfacebyusingtheclassifier.

ThispapercombinestwomethodsofimprovedAdaboostandtheskincolordetectionto

detectface.Experimentsshowthatthemethodcanremovethefalsedetectionregiontolower

thefalsedetectionrate.Themainresearchworkisasfollows:studyingthetheoryand

realizationoffacedetectionbasedonAdaboost,computingquicklyalargenumberof

haar-likecharacteristicsbyintegralimage,extractingweakclassifiers,trainingastrong

classifierfromanumberofweakclassifiers,connectingthestrongclassifiersinseriestoform

acascadeclassifierforfacedetection.Theimprovementsareasfollows:

1.ForthecaseoffalsedetectioninfacedetectionbasedonAdaboost,weuseskincolor

segmentationbyaskincolormodeltodetectskinregionsintheimage,obtainpossibleskin

colorregionsbytheoperationsofexpansion,corrosion,removingtheinterferenceregions,the

secondexpansionandcorrosion,checkthefaceregionswhichhavebeenobtainedfrom

classifierbytheskincolorregionstoeliminatethefalsedetection.

2.AimprovedAdaboostalgorithmisproposedbyadjustingtherulesofweighting

updateforthephenomenonofover-learninginthetrainingofAdaboostalgorithm.

3.Thespeedofthecommonpyramidalsearchmethodinfacedetectionisslower.The华北水利水电学院硕士学位论文

IVmethodofenlargingthedetectionwindowwasadoptedinthepaper,itdoesn’tchangethesize

oftheimage,detectstheimagebychangingthesizeofthedetectionwindowandimproves

thedetectionspeed.

KeyWords:facedetection,Adaboostalgorithm,skincolordetection,integralimage,

cascadeclassifier独立完成与诚信声明

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写过的研究成果,也不包含为获得华北水利水电学院或其它教育机构的学位或证书所使

用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确的说明并

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11绪论

1.1论文选题的背景及发展情况

广义的人脸识别包括人脸检测、人脸跟踪、人脸鉴别(狭义的人脸识别)和表情、

姿态分析等方面。人脸检测是从各种不同的背景中检测是否存在人脸,并确定其位置、

大小、形状、姿态等信息的过程,其应用已经超出人脸识别的范畴,在基于内容的检

索、数字视频处理、视觉监测方面有着重要的应用价值[1,2]。

Viola等于2001年提出了基于Adaboost算法的人脸检测[3],它首先采用积分图快

速计算出检测器用到的大量简单特征,从中选出少量的分类能力较强的特征构造出一

系列弱分类器,而后通过Adaboost算法将这些弱分类器构成一个强分类器,最后通过

级联算法将多个强分类器串联成一个更加复杂的人脸检测器[4]。Adaboost算法人脸检

测速度快且性能与人工神经网络方法基本相同[5],给出了一个稳定、实时的目标检测

框架,是一个实时的人脸检测算法。

20世纪50年代有了一些人脸识别相关的心理学方面的研究,60年代有了人脸工

程学方面的研究,70、80年代开始了机器识别方面的研究,90年代以来随着高性能计

算机的出现,以及图像采集和加工能力的提高,人脸识别方法有了重大突破,逐步进

入了真正的机器自动识别阶段,可以对不同姿态变化、不同光照条件、不同年龄阶段、

不同表情的人脸进行检测与识别[6,7]。

国内外对人脸检测问题研究的很多,国外有麻省理工学院(MIT),卡内基梅隆大

学(CMU)等;国内有清华大学、北京工业大学、中国科学院自动化研究所等从事人脸

检测方面的研究。并且MPEG7标准组织已经成立了人脸识别小组,人脸检测算法也作

为一项征集的内容[8,9]。

1.2国内外研究现状

国内外许多研究机构开展了人脸检测相关的研究工作,根据利用人脸知识的不同,

可以将人脸检测方法分为两大类:

1.2.1基于特征的人脸检测方法

基于特征的方法主要是利用人脸的特征,如肤色、纹理、几何特征等,把人脸视

做一个高维向量,将人脸检测问题转化为高维空间中分布信号的检测问题。根据使用