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    重庆时时彩智能: 人脸偏转图像获取系统及方法.pdf

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    偏转 图像 获取 系统 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201010269680.9

    申请日:

    2010.08.31

    公开号:

    CN102385692A

    公开日:

    2012.03.21

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06K 9/00申请日:20100831|||公开
    IPC分类号: G06K9/00; H04N5/232 主分类号: G06K9/00
    申请人: 中国科学院深圳先进技术研究院
    发明人: 吴捷; 胡超; 贺庆
    地址: 518055 广东省深圳市南山区西丽大学城学苑大道1068号
    优先权:
    专利代理机构: 广州华进联合专利商标代理有限公司 44224 代理人: 吴平
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201010269680.9

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2015.07.08|||2012.12.26|||2012.03.21

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种人脸偏转图像获取系统,至少包括:工作站,用于采集偏转指令,并对被摄人脸初始化;偏转装置,用于根据所述偏转指令控制并执行被摄人脸角度的偏转;成像装置,用于拍摄偏转的被摄人脸,得到人脸偏转图像。上述人脸偏转图像获取系统及方法通过偏转指令在偏转装置的作用下精确控制被摄人脸的偏转角度,从而可以获取各个角度的人脸图像,为未来的多姿态人脸识别奠定基础。

    权利要求书

    1.一种人脸偏转图像获取系统,其特征在于,至少包括:
    工作站,用于采集偏转指令,并对被摄人脸初始化;
    偏转装置,用于根据所述偏转指令控制并执行被摄人脸角度的偏转;
    成像装置,用于拍摄偏转的被摄人脸,得到人脸偏转图像。
    2.根据权利要求1所述的人脸偏转图像获取系统,其特征在于,所述工作
    站接收的偏转指令记录了已设置的被摄人脸偏转角和俯仰角。
    3.根据权利要求1所述的人脸偏转图像获取系统,其特征在于,所述偏转
    装置包括:
    云台控制器,用于根据所述偏转指令控制云台的角度;
    抓手,用于固定被摄人脸;
    云台,用于调整所述抓手的偏转角和俯仰角。
    4.根据权利要求3所述的人脸偏转图像获取系统,其特征在于,所述抓手
    是弹性橡胶材质。
    5.根据权利要求1所述的人脸偏转图像获取系统,其特征在于,所述成像
    装置包括至少两台摄像机。
    6.根据权利要求5所述的人脸偏转图像获取系统,其特征在于,所述摄像
    机与被摄人脸处于同一高度,相邻摄像机之间的距离为1~100厘米,摄像机的
    焦距为10~200厘米。
    7.根据权利要求1所述的人脸偏转图像获取系统,其特征在于,所述摄像
    机参数标定后,经工作站在成像装置坐标系进行人脸位置的初始化后在偏转装
    置的辅助下拍照,所述成像装置坐标系是以摄像机光心连线的中点为原点,X
    轴与光心连线重合,Z轴与原点的光轴所在方向重合,并根据右手坐标系得到Y
    轴方向。
    8.根据权利要求7所述的人脸偏转图像获取系统,其特征在于,所述摄像
    机的参数标定是通过棋盘格标定方式拍摄5~40幅图像,得到标定参数,或采用
    默认的标定参数。
    9.根据权利要求7所述的人脸偏转图像获取系统,其特征在于,所述摄像
    机人脸位置的初始化是标记特征点后由两台摄像机拍摄同一时刻视野中同一人
    脸。
    10.根据权利要求9所述的人脸偏转图像获取系统,其特征在于,所述工
    作站包括:
    采集???,用于接收偏转指令;
    分割???,用于通过颜色分割得到所述人脸图像中的特征点;
    初始化???,用于计算得到所述特征点在成像装置坐标系统下的空间位置
    及法向向量,并计算所述法向向量与成像装置坐标系Z轴的偏转角,将偏转角
    分解为左右偏转角以及上下俯仰角,使法向向量与Z轴平行,以建立人脸坐标
    系。
    11.根据权利要求9所述的人脸偏转图像获取系统,其特征在于,所述标记
    特征点是指用三个直径小于2mm的红斑分别标记左眉根、右眉根以及鼻子与上
    唇连接线中点。
    12.一种人脸偏转图像获取方法,包括如下步骤:
    参数标定;
    标记特征点,由拍摄同一时刻视野中同一人脸,分别分割出人脸图像中的
    特征点,计算得到所述特征点在成像装置坐标系下的空间位置及法向向量,并
    计算所述法向向量与成像装置坐标系Z轴的偏转角,将偏转角分解为左右偏转
    角以及上下俯仰角,使法向向量与Z轴平行,以建立人脸坐标系;
    拍摄偏转的被摄人脸,得到人脸偏转图像。
    13.根据权利要求12所述的人脸偏转图像获取方法,其特征在于,所述参
    数标定的过程是:
    通过棋盘格标定方式拍摄5~40幅图像,得到标定参数,或采用默认的标定
    参数。
    14.根据权利要求11所述的人脸偏转图像获取方法,其特征在于,所述成
    像装置坐标系是以摄像机光心连线的中点为原点,X轴与光心连线重合,Z轴与
    原点的光轴所在方向重合,并根据右手坐标系得到Y轴方向。
    15.根据权利要求12所述的人脸偏转图像获取方法,其特征在于,所述标
    记特征点的过程是:
    用三个直径小于2mm的红斑分别标记左眉根、右眉根以及鼻子与上唇连接
    线中点,并通过颜色分割出所标记的红斑。

    说明书

    人脸偏转图像获取系统及方法

    【技术领域】

    本发明涉及人脸识别技术,特别是涉及一种人脸偏转图像获取系统及方法。

    【背景技术】

    传统的人脸识别多是针对正面、限定条件下的人脸图像,当所输入的人脸
    图像姿态发生变化时,其识别率都会下降,因此提高人脸识别率的瓶颈问题是
    人脸图像的多姿态性。姿态变化给人脸图像带来的变化往往比不同的人的人脸
    图像之间的差异要大得多,多姿态人脸图像识别是当前人脸识别技术所面临的
    重要挑战之一。为实现人脸识别的广泛应用就实现多角度侧脸的识别,因此侧
    脸位置的确定是人脸侧脸识别中至关重要的问题。

    然而,在传统的人脸数据库中没有包含精确的人脸位置的数据,更没有人
    脸偏转不同角度的数据。

    【发明内容】

    基于此,有必要提供一种精确的人脸偏转图像获取系统。

    此外,还有必要提供一种精确的人脸偏转图像获取方法。

    一种人脸偏转图像获取系统,至少包括:工作站,用于采集偏转指令,并
    对被摄人脸初始化;偏转装置,用于根据所述偏转指令控制并执行被摄人脸角
    度的偏转;成像装置,用于拍摄偏转的被摄人脸,得到人脸偏转图像。

    优选地,所述工作站接收的偏转指令记录了已设置的被摄人脸偏转角和俯
    仰角。

    优选地,所述偏转装置包括:云台控制器,用于根据所述偏转指令控制云
    台的角度;抓手,用于固定被摄人脸;云台,用于调整所述抓手的偏转角和俯
    仰角。

    优选地,所述抓手是弹性橡胶材质。

    优选地,所述成像装置包括至少两台摄像机。

    优选地,所述摄像机与被摄人脸处于同一高度,相邻摄像机之间的距离为
    1~100厘米,摄像机的焦距为10~200厘米。

    优选地,所述摄像机参数标定后,经工作站在成像装置坐标系进行人脸位
    置的初始化后在偏转装置的辅助下拍照,所述成像装置坐标系是以摄像机光心
    连线的中点为原点,X轴与光心连线重合,Z轴与原点的光轴所在方向重合,并
    根据右手坐标系得到Y轴方向。

    优选地,所述摄像机的参数标定是通过棋盘格标定方式拍摄5~40幅图像,
    得到标定参数,或采用默认的标定参数。

    优选地,所述摄像机人脸位置的初始化是标记特征点后由两台摄像机拍摄
    同一时刻视野中同一人脸。

    优选地,所述工作站包括:采集???,用于接收偏转指令;分割???,用
    于通过颜色分割得到所述人脸图像中的特征点;初始化???,用于计算得到所
    述特征点在成像装置坐标系统下的空间位置及法向向量,并计算所述法向向量
    与成像装置坐标系Z轴的偏转角,将偏转角分解为左右偏转角以及上下俯仰角,
    使法向向量与Z轴平行,以建立人脸坐标系。

    优选地,所述标记特征点是指用三个直径小于2mm的红斑分别标记左眉根、
    右眉根以及鼻子与上唇连接线中点。

    一种人脸偏转图像获取方法,包括如下步骤:参数标定;标记特征点,由
    拍摄同一时刻视野中同一人脸,分别分割出人脸图像中的特征点,计算得到所
    述特征点在成像装置坐标系下的空间位置及法向向量,并计算所述法向向量与
    成像装置坐标系Z轴的偏转角,将偏转角分解为左右偏转角以及上下俯仰角,
    使法向向量与Z轴平行,以建立人脸坐标系;拍摄偏转的被摄人脸,得到人脸
    偏转图像。

    优选地,所述参数标定的过程是:通过棋盘格标定方式拍摄5~40幅图像,
    得到标定参数,或采用默认的标定参数。

    优选地,所述成像装置坐标系是以摄像机光心连线的中点为原点,X轴与光
    心连线重合,Z轴与原点的光轴所在方向重合,并根据右手坐标系得到Y轴方
    向。

    优选地,所述标记特征点的过程是:用三个直径小于2mm的红斑分别标记
    左眉根、右眉根以及鼻子与上唇连接线中点,并通过颜色分割出所标记的红斑。

    上述人脸偏转图像获取系统及方法通过偏转指令在偏转装置的作用下精确
    控制被摄人脸的偏转角度,从而可以获取各个角度的人脸图像,为未来的多姿
    态人脸识别奠定基础。

    上述人脸偏转图像获取系统及方法通过弹性橡胶材质的抓手来固定被摄人
    脸,从而实现被摄人脸的精确偏转,且不影响拍摄。

    上述人脸偏转图像获取系统及方法中设置相邻摄像机之间的距离为1~100
    厘米,从而使得调整拍摄视野更为方便,使得被摄人脸在多个摄像机内都能够
    清晰并完整成像。

    【附图说明】

    图1为一实施例中人脸偏转图像获取系统的详细??橥?;

    图2为一实施例中人脸偏转图像获取方法的流程图。

    图3为一实施例中人脸偏转图像获取系统的示意图。

    【具体实施方式】

    图1示出了一实施例中人脸偏转图像获取系统的详细???,该人脸偏转图
    像获取系统包括工作站10、偏转装置20以及成像装置30,其中:

    工作站10用于采集偏转指令,并对被摄人脸初始化。一实施方式中,工作
    站10采集用户所输入的偏转指令,进行被摄人脸偏转角和俯仰角的设置。用户
    通过工作站10提供的人机交互界面设定被摄人脸的偏转角和俯仰角。

    一实施例中,工作站10包括:

    采集???02用于接收偏转指令。该采集???02通过用户在人机交互界
    面所设置的被摄人脸偏转角和俯仰角得到偏转指令,该偏转指令记录了已设置
    的被摄人脸偏转角和俯仰角。

    分割???04用于通过颜色分割得到人脸图像中的特征点。该特征点必须
    能够代表被摄人脸所在的平面,且其鲁棒性必须是非常强的,不会受到被摄人
    脸表情的影响,此外,该特征点必须容易识别。满足以上条件的点都可以作为
    特征点,并在被摄人脸中标记出来。在优选的实施方式中,特征点是标记于左
    眉根、右眉根以及鼻子与上唇连线中点上的三个直径小于2mm的红斑,该红斑
    优选为小于2mm的红斑。为防止红斑在视野中变形为椭圆,从而导致红斑的圆
    心寻找困难,因此对于直径小于2mm的红斑,其大小非常小,可以做为点来处
    理,不易发生变形。颜色分割的过程具体是:首先通过“肤色模型”将图像变
    换到YCbCr空间,由于人脸在该YCbCr空间满足预设的范围,则根据该预设范
    围探测出被摄人脸;然后将探测出的被摄人脸变换到RGB空间中,R空间数值
    不大于240且G、B空间数值均小于10,此时特征点均被标记出来。

    初始化???06用于计算得到特征点在成像装置坐标系下的空间位置及法
    向向量,并计算法向向量与成像装置坐标系Z轴的偏转角,将偏转角分解为左
    右方向上的偏转角以及上下方向上的俯仰角,使法向向量与Z轴平行,以建立
    人脸坐标系。具体地,成像装置坐标系是以摄像机302光心连线的中点为原点,
    X轴与光心连线重合,Z轴与原点的光轴所在方向重合,并根据右手坐标系得到
    Y轴方向。在优选的实施方式中,分割???04所选取的特征点位于左眉根、
    右眉根以及鼻子与上唇连线的中点上,则初始化???06所建立的人脸坐标系
    中,坐标原点O为左眉根和右眉根连线的中点,该人脸坐标系X轴为左眉根、
    右眉根两点连线,X轴正方向由左眉根指向右眉根,Y轴正方向由原点O指向
    鼻子与上唇交界中点。人脸坐标系为右手坐标系。初始化得到的人脸坐标系Z
    轴与成像装置坐标系的Z轴平行,X轴与成像装置坐标系的X轴平行。而左右
    方向上的偏转角是以人脸坐标系中Y轴为旋转轴,在X轴和Z轴所在的平面内
    旋转,顺时针方向为正,逆时针方向为负;上下方向上的俯仰角是以X轴为旋
    转轴,在Y轴和Z轴所在的平面内偏转,被摄人脸仰视为正,俯视为负。

    偏转装置20用于根据偏转指令控制并执行被摄人脸角度的偏转。一实施方
    式中,该偏转装置20根据工作站10中的偏转指令控制被摄人脸偏转用户设定
    的偏转角和俯仰角。

    一实施例中,偏转装置20包括云台控制器202、抓手204以及云台206,
    具体地:

    云台控制器202用于根据偏转指令控制云台206的角度。在云台控制器202
    的作用下,云台206精确偏转预设的角度。

    抓手204用于固定被摄人脸。抓手204的材质优选为弹性橡胶材质,可由
    多根弹性橡胶条组成,以分别固定于被摄人脑顶部、后部和侧部,以紧密固定
    被摄人脑,而不影响被摄人脸的拍摄。该弹性橡胶条的长度优选为5~15cm,可
    伸缩。

    云台206用于调整抓手204的偏转角和俯仰角。云台206是抓手204的支
    撑装置,可以完成水平方向上-90°~+90°的偏转以及俯仰方向上-45°~+45°的
    偏转,其精度可达0.02°以内,旋转速度为1°/s~5°/s。

    成像装置30用于拍摄偏转的被摄人脸,得到人脸偏转图像。一实施方式中,
    成像装置30包括至少两台摄像机302,其数量至少2台,要完成拍摄至少需要
    2台摄像机,摄像机如果更多的话可能有如下好处:降低误差;拍摄视野变得更
    为宽阔,为后续的人脸识别提供帮助。摄像机302与被摄人脸处于同一高度,
    为方便调整拍摄视野,相邻摄像机302之间的距离为1~100厘米,摄像机302
    的焦距为10~200厘米。具体地,多台摄像机302与被摄人脸处于同一高度,相
    邻摄像机302之间的距离相等并可以调整,相邻摄像机302之间的夹角相等并
    可以在0~90°的范围内进行调整,且多台摄像机302的光轴交汇于一点上。在
    人脸偏转图像的拍摄过程中,需要标定成像装置30,即摄像机302通过棋盘格
    标定方式拍摄5~40幅图像完成标定得到精确的标定参数,在另一实施例中,为
    减化拍摄过程,可采用默认的标定参数。在初始化???06建立人脸坐标系的
    过程中,若成像装置30的摄像机302数量为奇数,则成像装置坐标系的Z轴是
    摆放在最中间位置摄像机302的光轴,若成像装置30的摄像机302数量为偶数,
    则成像装置坐标系的Z轴是摆放在最中间位置两台摄像机302光轴的角平分线。

    图2示出了一实施例中人脸偏转图像获取的方法流程,包括如下步骤:

    在步骤S10中,参数标定。一实施例中,通过棋盘格标定方式拍摄5~40幅
    图像,得到标定参数,或采用默认的标定参数。

    在步骤S20中,标记特征点,由拍摄同一时刻视野中同一人脸,分别分割
    出人脸图像中的特征点,计算得到特征点在成像装置坐标系下的空间位置及法
    向向量,并计算法向向量与成像装置坐标系统Z轴的偏转角,将偏转角分解为
    左右偏转角以及上下俯仰角,使法向向量与Z轴平行,以建立人脸坐标系。一
    实施例中,通过两台摄像机在同一时刻拍摄视野中的被摄人脸,从而分别从两
    幅人脸图像中分割出特征点。成像装置坐标系是以摄像机光心连线的中点为原
    点,X轴与光心连线重合,Z轴与原点的光轴所在方向重合,并根据右手坐标系
    得到Y轴方向。所标记的特征点必须能够代表被摄人脸所在的平面,而不能受
    到人脸表情的影响,且易于识别。在优选的实施例中,特征点是手工标记于左
    眉根、右眉根以及鼻子与上唇连线中点上的三个直径小于2mm的红斑。分割人
    脸图像中的特征点的步骤具体是:首先通过“肤色模型”将图像变换到YCbCr
    空间,由于人脸图像在该YCbCr空间满足预设的范围,则根据该范围探测出被
    摄人脸的图像;然后将探测出的被摄人脸的图像变换到RGB空间中,R空间数
    值不大于240且G、B空间数值均小于10,此时特征点被标记出来。

    在步骤S30中,拍摄偏转的被摄人脸,得到人脸偏转图像。一实施例中,
    拍摄偏转预设角度的被摄人脸,以得到各个偏转角度的人脸偏转图像。

    如图3所示,下面结合一个实施例详细阐述人脸偏转图像获取系统及方法
    的应用过程,该实施例中,通过棋盘格标定方式来标定成像装置30,对摄像机
    302进行参数标定,即拍摄5~40幅人脸图像完成摄像机302的标定或者直接采
    用默认的标定参数。摄像机302标定后进入初始化阶段。在被摄人脸上标记出
    特征点,工作站10中的分割??橥ü丈指畛鋈肆惩枷裰械奶卣鞯?,初始化
    ??榧扑愕玫教卣鞯阍诔上褡爸米晗迪碌目占湮恢眉胺ㄏ蛳蛄?,并计算该法
    向向量与成像装置坐标系Z轴的偏转角,将偏转角分解为左右方向上的偏转角
    以及上下方向上的俯仰角,使法向向量与Z轴平行,以建立人脸坐标系。工作
    站10接收外界输入的偏转指令,即设置被摄人脸的偏转角和俯仰角,采集???br />接收到偏转指令后传送至云台控制器202中,云台控制器202根据偏转指令控
    制云台206偏转到相应的角度,抓手204固定于云台206上,随云台206转动,
    此时固定于抓手204中的被摄人脸通过云台206的偏转动作在人脸坐标系中也
    偏转了相应的角度,摄像机302拍摄得到相应偏转角度的人脸图像。

    上述人脸偏转图像获取系统及方法通过偏转指令在偏转装置的作用下精确
    控制被摄人脸的偏转角度,从而可以获取各个角度的人脸图像,为未来的多姿
    态人脸识别奠定基础。

    上述人脸偏转图像获取系统及方法通过弹性橡胶材质的抓手来固定被摄人
    脸,从而实现被摄人脸的精确偏转,且不影响拍摄。

    上述人脸偏转图像获取系统及方法中设置相邻摄像机之间的距离为
    1~100CM,从而使得调整拍摄视野更为方便,使得被摄人脸在多个摄像机内都
    能够清晰并完整成像。

    以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,
    但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域
    的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和
    改进,这些都属于本发明的?;し段?。因此,本发明专利的?;し段вσ运?br />权利要求为准。

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