基于图像矩的驾驶员面部椭圆拟合定位.pdf

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1、论文基于图像矩的驾驶员面部椭圆拟合定位陈虹宇f厦门集美大学轮机学院)摘要：基于人脸类似椭圆的特性，提出一种基于图像矩的驾驶员面部椭圆拟合定位方法。该方法利用肤色信息对驾驶室采集的彩色图像在颜色空问进行快速分割的基础上，利用图像矩拟合驾驶员面部椭圆，从而准确的定位跟踪驾驶员的位置，有效的降低了驾驶室的复杂背景、驾驶员各种面部姿态、表情对人脸检测定位的影响，同时也避免了常用椭圆拟合方法计算量大的不足。实验与仿真表明该方法具有快速、稳健和姿态不敏感的特性。关键词：驾驶员；颜色分割；图像矩；椭圆拟合；面部定位和大多数背景物体的颜色相区别，且有不依赖于面部1引言的细节特征，对于旋转、

2、表情等变化都适用的特性【6】。在采用计算机视觉对驾驶员进行驾驶行为监测对于复杂环境下的应用，利用人体肤色特征可以大幅时，面部定位是关键技术之一【1】。由于驾驶员所处的度减小搜索空间，加速检测结果。驾驶室内环境复杂，不确定性物件较多，给图像处理设X(x，)表示图像Id?l~I(x，在YCbCr颜色带来了极大的困难。同时驾驶员各种姿态问题涉及头空间中X维的值。(，J是任一选中的代表肤色的部在三维垂直坐标系中绕三个轴的旋转造成的面部点』，J在CIEXYZ颜色空间中x维的值。则有：变化，给头部定位增添了难度。(，Y)∈，，女口：；I(，Y)∈[X，(x，y)(1一k)，X(x，y)

3、(1+k)]由于人脸类似椭圆的特性，HSKin][21等提出椭圆则N=N+1，其中：k为计算的宽容度七e[o，1]；N是模版匹配的方法进行椭圆拟合。常用的椭圆拟合方法记数器，计算有：一类是基于Hough变换的椭圆拟合方法【jJ。广义符合条件的霍夫变换可以针对任意曲线的检测，但参数空间的维点数。重复上数高，耗费大量的存储空间和处理器时间。另一类是述计算，可得基于最小二乘法的方法[4]，其适用范围广、精度高、人脸表面颜最为常用。但最小二乘法椭圆拟合时，对于矩阵的求色分布的直逆，同样使运算量大、鲁棒性差，不适合图像适时的方图，见图1。跟踪，并且包含误差较大的所有样本边界点都参与运

4、将驾驶算，会对椭圆拟合的最后结果产生偏差。室采集的图图1肤色彩色直方图本文主要针对驾驶员特定的背景环境，提出一种2、图3，根基于图像矩和椭圆拟合的驾驶员姿态定位算法。在肤据图1直方图设置自动阈值进行颜色分割，得到初步色的彩色图像快速分割的基础上，结合图像几何矩特分割结果为图2a、图3a，提取属于肤色的颜色部分性拟合驾驶员面部椭圆，实现了驾驶员面部检测与定置为白色，将非肤色部分置位黑色。如果光线变化时，位，有效的降低了驾驶室的复杂背景、驾驶员各种面驾驶室顶棚上可能会出现一部分颜色区接近肤色，出部姿态、表情对人脸检测定位的影响。现一些非连续噪声，这种区域并不像人脸区域连通，2图

5、像彩色分割采用形态学方法的腐蚀和膨胀运算来去除图像部分噪声，去噪结果如图2b、图3b。肤色是人脸的重要信息，具有相对的稳定性并能4其中以肤色为特征的目标图像中心，Y)的求取采用累计属于肤色的点(Xi，Y)坐标与属于肤色点的总数N的比值。NN一∑一∑Yi=ON，YN图2驾驶员采集图图3驾驶员采集图3．2目标区域的矩图像厂J，)，其图像的其中【，J为目rr3图像矩订标图像中心。u02表示椭圆各点【，J经过肤色分割算法得到的二值图像的白色象素纵坐标与中心点区域进行基于8连通的区域标记，对相同连接成分的所有象素分配相同的标号，对不同的连接成分分配不(，Y)纵坐标的统同的标号。直观地

6、说在标记前图像是二值的，象素值计值，可表示椭圆在是0(黑)，255(白)，标记之后每个白象素的值是所属图4椭圆几何特性垂直方向的伸展度；区域的标号(1，2，⋯，L)，其中L是二值图像中白u20表示椭圆各点象素区域的数目，即肤色区域的数目。(，Yi)纵坐标与中心点(，)纵坐标的统计值，3．1目标区域的重心为了研究候选区域，首先需要测定区域的面积和表示在水平方向的伸展度；t·表示图像的倾斜度，U->0时表示图像向左倾斜，UII<0时表示图像中心。由于在二值图像中区域的中心等同与质心，所以计算区域的质心就是检测区域中心的有效方法，主向右倾斜。3．3目标倾斜角度要通过下面的公式得到

7、：在实际人脸图像中，不可避免地存在一些倾斜的对于一幅MXN的人脸图像舣，y)有：人脸图像。这时，我们得到候选区域的倾斜度将有利一1Ⅳ一1于检测和定位。倾斜角计算公式如下：一∑∑yJ(x，Y)x=Oy=O，，M一1N一1=盯ctan)∑∑S(x，Y)x=0v=O2010年第3期自动化与信息工程5能测试规范》【M】．北京：气象出版社，200[7】叶廷东，刘桂雄．传感信息软解耦方法的研究进展及分析[J】[6】国家质量技术监督局．国家计量检定规程JJF1059，1999《测自动化与信息工程，2009．4量不确定度评定与表示