基于轮廓检测的眼睛定位方法

西南交通大学电气工程学院 铁俊波 朱俊星 黄 进 唐兰君

基于轮廓检测的眼睛定位方法

西南交通大学电气工程学院 铁俊波 朱俊星 黄 进 唐兰君

此文是西南交通大学2009年国家创新性实验计划项目研究成果，受全国大学生创新性实验计划项目资金资助，项目名称：人脸识别相关核心技术研究及系统实现，项目编号091061309

人脸识别是模式识别学科的一大研究热点，广泛地应用于保密系统、可视电话系统以及人机交互系统等领域。眼睛定位是人脸识别中一个重要的信息，本文根据人脸中眼睛的灰度及形状信息，提出了一种新的，基于轮廓检测的眼睛定位算法。实验结果表明此算法具有较好的准确性和可行性。

人脸识别 眼睛定位 算法

1 引言

人脸识别在保密系统、可视电话系统以及人机交互系统等领域有着广泛的应用前景。

眼睛作为人脸的重要特征，在人脸检测和识别中都发挥着重要的作用。目前人脸识别常用方法大致分为基于几何特征、基于代数特征的识别和基本神经网络的识别方法。近年来，研究眼睛定位算法较多，主要有区域分割法、灰度投影法等，区域分割法首先对人脸的二值图像进行区域分割， 然后设定一系列经验值和支持函数定位眼睛； 灰度投影法对人脸图像进行水平和垂直方向的投影，根据波峰、波谷的分布信息来定位眼睛；边缘提取法首先对人脸图像进行边缘提取， 然后用霍夫变换检测眼球，构造一个眼部模板，用一系列函数从能量角度找出眼睛；统计学习法将人眼区域看作一类模式，使用大量不同条件下的人眼与非人眼样本， 借助统计分析理论和机器学习方法提取人眼共有的一些特征， 实现人眼检测。上述方法都取得了一定的成功，但普遍存在收敛速度慢、计算量大、定位不够准确等缺陷。

本算法根据眼睛的两大结构特征：①在人脸中具有对称性；②其灰度值集中在某个区域，提出了一种结合人脸中眼睛的灰度及面积信息的人眼定位新算法，并具体实现。

二、眼睛定位算法描述

1. 滤除噪声

通过摄像头得到的图像中，一般含有一定的噪声，为了在后面的眼睛定位中得到更好的效果，在一开始，使用了canny滤波，滤除了一定的噪声。

2. 基于整个图像的灰度值对图像进行二值化

图像二值化的目的是使眼部区域凸显出来，而图像二值化处理的关键是阈值的选择，阈值选择的原则是选择和眼睛较为接近的灰度值，本文选择一种可变的阈值。

如果将整幅灰度图像的灰度值从大到小排成数列：

其中，“T-N,”代表最小的灰度值，“TN,”代表最大的灰度值，我们定义T0为整幅图的平均灰度值，则为

假设图像中白像素点的灰度值为255，黑像素点的灰度值为0，则眼睛的灰度值应该是低于整幅图像的平均灰度值的，所以我们在计算出图像平均值的基础上，乘上一个系数a（0

3. 对图像进行形态学操作

由于二值化并不能够完全的凸显出眼睛，因为眉毛，鼻子和嘴巴的某些部分灰度值与眼睛有些接近，在二值化之后，得到的脸部图像中，除了得到眼睛之外，还可能存在一部分的眉毛，鼻子和嘴巴的残余图像，为了消除这部分噪声对后续眼睛检测的影响，我们使用了膨胀和腐蚀两种形态学操作。在对图像使用膨胀操作之后，先前存在的眉毛等的残余图像明显消失，但是眼睛区域也变得十分小，接着我们再使用腐蚀操作，扩大眼睛的区域，使得在后续检测中，方便的检测出眼睛。

4. 寻找眼睛位置并定位

由于图像中的不仅仅有眼睛的轮廓，所以检测出的结果应该是一个轮廓的序列。

假设该序列为：P={P0,P1,P2...........PN}

由于本文使用opencv实现算法，在得到的轮廓序列结构中，包含着检测出的每一个轮廓的面积。利用冒泡排序法，将得到的N个轮廓的面积进行排序，可以得到关于轮廓面积大小的一个数列：area[]={area0,area1,.......ar eaN}

我们利用眼睛的结构特征，即两只眼睛的轮廓的面积是相近的，从最大的轮廓面积开始逐次比较两个面积数组元素，当它们的相似度超过相似度阀值时，可以认为找到了两只眼睛。

经过试验发现，λ取值在1.1~1.3时，可以得到较好的检测效果。

三、程序流程图

四、实验结果

通过实验验证了本算法定位的准确性和可行性， 证明了本算法在人脸识别的眼睛定位上有一定的识别准确度，本算法还具有容易实现、运算量少、对不同光照条件下的人脸图像有较好的检测效果。

五、.结束语

经过实验，这种算法占内存小，能简单、快速地应用到嵌入式系统中，并能对多幅图像进行眼睛定位，基本上每幅图像都能正确定位，取得了满意的效果，由此说明此算法具有较好的准确性和可行性。但本算法是基于面积的大小，对于戴眼镜的人脸图像，需要调节二值化的阈值；当图像中有多个人脸时，应事先对图像进行切割，使其成为单个人脸。通过这些处理，本算法能实现对不同人脸的眼睛定位。

[1]章毓晋.图像处理和分析[M].北京:清华大学出版社，1990

[2]田捷，沙飞，张新生.实用图像分析与处理技术[M].北京:电子工业出版社，1995

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