人眼图像瞳孔中心定位的一种方法设计-论文.pdf

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1、第17期总第195期内蒙古科技与经济No．17，the195thissue2009年9月InnerMongoliaScienceTechnology&EconomySep．2009人眼图像瞳孔中心定位的一种方法设计裴忠诚，马浩然，周济(1．苏州经贸职业技术学院机电系，江苏苏州215009；2．国家反计算机入侵与防病毒中心，上海201204)摘要：文章提出了一种基于灰度投影技术与霍夫变换的瞳孔定位方法：操作中首先对图像进4-i--=值化处理，将特征点从人眼图像中分割出来，分别利用水平和垂直灰度投影，结合人眼的结构特征找到瞳孔的大致位置坐标，然后再利用基于圆的霍夫变换快速定位人

2、眼。此方法大大提高了人眼定位的效率，实现了准确的瞳孔定位。关键词：瞳孔定位；瞳孔中心；阂值分割；霍夫变换中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1OO7—6921(2009)17一oo7O—O2瞳孔的精确定位是计算机视觉领域一个重要的适合用阈值分割方法。研究课题，涉及到生理学、心理学、人工智能、模式识别、计算机视觉、图像分析与处理等多个学科。其最早是随着人脸检测、表情分析等人脸分析技术的发展而兴起的。20世纪6O、7O年代出现了人脸识别，自然也就产生了与其相关的瞳孔检测需求，并在此基础上，产生了相应的瞳孔定位方法。其中最常用的是霍夫变换方法，但这种方法计算量大、运算速

3、度慢，对存储空间需求大。如今，随着人脸分析技术以及虹膜识别技术的发展，作为其基础的瞳孔定位技术必然需要与其相适应的更优化方法。1人眼图像灰度分布特点人眼图像的灰度分布具有一定的特点。一般而图1人眼图像灰度直方图言，虹膜灰度值比巩膜灰度值小，而瞳孑L灰度值又比2虹膜外边缘的确定虹膜灰度值小利用这种特性，可以方便地找到瞳孔由Otsu提出的最大类间方差法，又称为大津阈圆心。一般情况下，虹膜和瞳孔并不是严格的同心值分割法，是在判决分析最小二乘法原理的基础上圆，但二者圆心非常接近。由于瞳孔的定位比虹膜容推导得出的，是一种受到关注的阈值选取方法。设原易得多，所以先定位出瞳孔，以瞳孔圆心

4、和半径为参始灰度图像灰度级为L，直方图为P。，用阈值t划分为考，再用Hough变换检测虹膜边缘时，可以大幅度两类：C。一(0，1，2，⋯，t)和C一(t4-1，t+2，⋯，L一减小盲目性，提高速度。不过由于外部采集设备等诸1)。因此C。和C类的概率及均值分别由下列各式给多因素瞳孔的灰度值与虹膜的灰度值几乎等同，再出：加上环境、程序需求等诸多因素，导致虹膜与其他部分相比非常明显，因此可以用灰度投影的方法确定。(f)一∑pi(3)i—l￡1虹膜中心坐标代替瞳孑L圆心的坐标。一幅人眼灰度COl(￡)一∑声一1一(u。(f)(4)输入图像，其在x方向的灰度投影量和在Y方向的J—+1

5、灰度投影量的分布分别为：，()一∑厂(，)(1)。(f)一∑户／∞。(f)(5)￡一11(f)：：：∑ip／(ul(f)(6)I()一厶厂(z，)(2)则定义类间方差为：求公式(1)和式(2)的最小值，即可得到瞳孔圆一∞o(一)+1(l一)(7)心的坐标。为了定位准确，需要用阈值分割的方法将式中总体均值：瞳孔部分从图像中分离出来。图1是人眼图像灰度￡一1分布直方图，可以看出，瞳孔部分灰度值很小且集中一∑ip(8)(即图中第一个“峰值”)，与其他部分差异明显，非常收稿日期：2009—05—04作者简介：裴忠诚，男，副教授，研究方向：数字图像处理、数字水印处理技术、机电一体化技

6、术。·70·裴忠诚·人眼图像瞳孔中心定位的一种方法设计2009年第17期方差a。是灰度分布均匀性的一种度量，方差值行预处理。越大，说明构成图像的两部分差别越大，因此使类间Hough变换是对图像进行坐标变换，使之在另方差最大的分割意味着错分概率最小，我们把使Co一坐标空间的特定位置上出现峰值，因此检出曲线和C两类得到最佳分离的t值作为最佳阈值。即是找出峰值位置的问题。根据实际情况，文章对其图2和3分别是人眼原始图像及应用类间方差进行改进，大幅度缩小搜索范围，并将参数空间由三阈值分割得到的分割结果，图4为虹膜外边缘的提维降为二维。算法的具体步骤如下：取，图5为图像水平投影，图6

7、为图像垂直投影。由图囊喜投甏7可见，分割结果比较理想圈6图像垂直投影图2人眼原始图像图7程序最终结果①设虹膜的圆心(x。，Y：)在以瞳孔的圆心(x，图3应用灰度投影后图像Y)为中心的9×9的矩形区域E内；②设立坐标(i，J)及累加值A(i，j)，其中i，j分别表示区域E内的序号和半径值；⑧从E内取一点(xi，Y．)为虹膜待定圆心，虹膜半径限制在1．5r～3r之间。这样既能极大地减小计算量，叉能排除绝大部分虹膜纹理的干扰；U④以(xl，Yi)为圆心，搜索图像一n／4～,r／4及37r／4～5n／4内的边界点(降低睫毛