®¹i häc quèc gia hµ néi
khoa c«ng nghÖ
Vò §×nh Hoµng
NhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi
trong ®iÒu kiÖn ¸nh s¸ng thay ®æi
Ngµnh: C«ng nghÖ th«ng tin
C¸n bé h−íng dÉn: TS. Hµ Quang Thôy
TS. NguyÔn Thanh Tïng
Hµ néi 2002
1
Môc lôc
lêi nãi ®Çu.......................................................................................................................3
ch−¬ng 1. Tæng quan vÒ nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi ............................5
1.1 Bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi ............................................................5
1.1.1 Bµi to¸n vµ c¸c yªu cÇu nhËn d¹ng.....................................................................5
1.1.2 Gi¶i quyÕt bµi to¸n tõ quan ®iÓm cña lý thuyÕt nhËn d¹ng..................................8
1.2 gi¶i quyÕt vÊn ®Ò trong bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi......9
1.2.1 Thu nhËn d÷ liÖu.................................................................................................10
1.2.2 BiÓu diÔn ®èi t−îng.............................................................................................12
1.2.3 LËp luËn kÕt qu¶.................................................................................................14
1.3 hÖ thèng kü thuËt nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi ....................................14
1.3.1 Qui tr×nh c«ng nghÖ xö lý th«ng tin....................................................................15
1.3.2 C¸c vÊn ®Ò trong triÓn khai thùc tÕ ....................................................................16
1.3.3 C¸c øng dông ®iÓn h×nh......................................................................................17
ch−¬ng 2. nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi trong ®iÒu kiÖn ¸nh s¸ng
thay ®æi.........................................................................................................................19
2.1 Ph©n tÝch c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh nhËn d¹ng .......19
2.1.1 ¸nh s¸ng..............................................................................................................19
2.1.2 C¸c thay ®æi h×nh häc.........................................................................................19
2.1.3 Sai sè do hÖ thèng...............................................................................................20
2.2 C¸c kü thuËt gi¶i quyÕt..................................................................................20
2.2.1 §−a c¸c th«ng tin vÒ ®iÒu kiÖn m«i tr−êng vµo m« t¶ ®èi t−îng........................20
2.2.2 C¸ch gi¶i quyÕt dùa trªn kü thuËt kho¶ng c¸ch tiÕp xóc....................................24
2.2.3 KÕt hîp c¸c c¸ch biÓu diÔn ®èi t−îng kh¸c nhau...............................................26
Ch−¬ng 3. thuËt to¸n nhËn d¹ng trong ®iÒu kiÖn ¸nh s¸ng
thay ®æi.........................................................................................................................32
3.1 ThuËt to¸n so s¸nh khu«n mÉu dùa theo kho¶ng c¸ch tiÕp xóc
................................................................................................................................32
3.2 ThuËt to¸n so s¸nh ®iÓm ®Æc tr−ng dùa theo kho¶ng c¸ch tiÕp
xóc ................................................................................................................................35
3.3 KÕt hîp hai thuËt to¸n so s¸nh trªn ......................................................37
2
KÕt luËn ........................................................................................................................39
Tµi liÖu tham kh¶o.................................................................................................40
3
lêi nãi ®Çu
NhËn d¹ng mÆt ng−êi b»ng m¾t lµ mét ph−¬ng thøc th«ng dông rÊt hiÖu qu¶ vµ ®¹t
®é chÝnh x¸c cao ngay c¶ trong tr−êng hîp cã c¸c thay ®æi lín bëi c¸c t¸c nh©n kÝch thÝch
trùc quan do c¸c ®iÒu kiÖn quan s¸t, diÔn c¶m, l·o hãa vµ c¸c tiªu khiÓn nh− kÝnh hoÆc c¸c
thay ®æi kiÓu tãc. Tuy nhiªn viÖc x©y dùng c¸c hÖ thèng tù ®éng thùc hiÖn nhiÖm vô nhËn
d¹ng nµy th«ng qua ¶nh lµ rÊt khã kh¨n v× gÆp ph¶i c¸c biÕn ®æi quan träng trong qu¸ tr×nh
®Þnh d¹ng ¶nh.
D−íi ®©y lµ mét sè bµi to¸n cã liªn quan tíi nhËn d¹ng mÆt ng−êi:
- Ph¸t hiÖn ®−êng biªn cña mÆt ng−êi trong mét ¶nh chôp toµn c¶nh nµo ®ã (t¸ch
¶nh mÆt ng−êi),
- X¸c ®Þnh ng−êi qua ¶nh ®· ®−îc t¸ch nhê ®èi s¸nh ¶nh víi ¶nh cña mét tËp hîp
ng−êi ®· ®−îc qu¶n lý nµo ®ã (®Þnh danh ¶nh),
- Ph©n tÝch c¸c diÔn c¶m cña mÆt ®Ó biÕt ®−îc t×nh tr¹ng cña ng−êi trong ¶nh t¹i
thêi ®iÓm chôp ¶nh
NhËn d¹ng mÆt ng−êi tù ®éng lµ mét c«ng viÖc khã kh¨n bëi v× kh¶ n¨ng thay ®æi
vèn cã cña qu¸ tr×nh ®Þnh d¹ng ¶nh trong giíi h¹n vÒ chÊt l−îng ¶nh vµ tr¾c quang, h×nh
häc, che lÊp, thay ®æi, vµ c¶i trang. Ngµy nay tÊt c¶ c¸c hÖ thèng nhËn d¹ng mÆt tù ®éng
®ang sö dông chØ cã thÓ thùc hiÖn trªn c¸c cë së d÷ liÖu ¶nh h¹n chÕ trong giíi h¹n vÒ cì,
tuæi, giíi tÝnh, vµ/hoÆc chñng téc vµ tuy nhiªn, nhËn d¹ng mÆt tù ®éng ®−îc thõa nhËn lµ
tèt trong c¸c m«i tr−êng ®−îc ®iÒu khiÓn.
Kho¸ luËn "NhËn d¹ng mÆt ng−êi trong ®iÒu kiÖn ¸nh s¸ng thay ®æi" cã néi dung
kh¶o s¸t mét sè ph−¬ng ph¸p vµ kü thuËt trong lÜnh vùc nhËn d¹ng ¶nh, ®−îc chia thµnh ba
ch−¬ng:
Ch−¬ng 1 "Tæng quan vÒ nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi" tr×nh bµy mét c¸ch tæng quan
vÒ c¸c nhiÖm vô cña hÖ thèng nhËn d¹ng mÆt: M« t¶ bµi to¸n, c¸ch gi¶i quyÕt bµi to¸n theo
quan ®iÓm cña lý thuyÕt nhËn d¹ng vµ c¸c hÖ thèng triÓn khai thùc tÕ. Néi dung cña
ch−¬ng ®−îc chia lµm 3 phÇn. PhÇn thø nhÊt m« t¶ bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi,
tr×nh bµy c¸c ®iÒu kiÖn bµi to¸n, c¸c yªu cÇu nhËn d¹ng vµ gi¶i quyÕt bµi to¸n theo quan
®iÓm cña nhËn d¹ng. PhÇn thø hai gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò trong bµi to¸n nhËn d¹ng, ®−a ra
c¸c quy tr×nh mµ mét hÖ thèng nhËn d¹ng tu©n theo. PhÇn thø ba m« t¶ hÖ thèng kü thuËt
trong bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi, tr×nh bµy c¸c quy tr×nh xö lý th«ng tin, c¸c vÊn ®Ò
triÓn khai thùc tÕ vµ c¸c øng dông ®iÓn h×nh.
Ch−¬ng 2 "Ph©n tÝch c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh nhËn d¹ng vµ c¸c c¸ch tiÕp
cËn ®Ó gi¶i quyÕt bµi to¸n." tr×nh bµy c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn nhËn d¹ng ¶nh vµ hai c¸ch
4
tiÕp cËn nh»m gi¶i quyÕt bµi to¸n. Khãa luËn xem xÐt c¸ch tiÕp cËn dùa trªn khu«n mÉu,
c¸ch tiÕp cËn dùa trªn ®iÓm ®Æc tr−ng vµ kÕt hîp c¶ hai c¸ch tiÕp cËn nµy ®Ó thu ®−îc kÕt
qu¶ tèt nhÊt.
Ch−¬ng 3 "Mét sè thuËt to¸n gi¶i quyÕt bµi to¸n dùa trªn hai c¸ch tiÕp cËn nhËn
d¹ng ¶nh mÆt". Ch−¬ng nµy tr×nh bµy c¸c thuËt to¸n nhËn d¹ng mét ¶nh dùa trªn thuËt to¸n
kho¶ng c¸ch tiÕp xóc.
PhÇn kÕt luËn nªu tãm t¾t l¹i néi dung chÝnh ®−îc ®Ò cËp ®Õn trong khãa luËn, mét
sè kÕt qu¶ vµ khiÕm khuyÕt cña khãa luËn vµ ®Þnh ra ph−¬ng h−íng nghiªn cøu tiÕp theo.
PhÇn tµi liÖu tham kh¶o tr×nh bµy c¸c tµi liÖu nghiªn cøu gÇn ®©y cña mét sè t¸c gi¶
n−íc ngoµi. Mçi tµi liÖu ®Òu nªu ®−îc khÝa c¹nh nµo ®ã cña néi dung ®ang nghiªn cøu.
Do thêi gian vµ tr×nh ®é cßn h¹n chÕ, viÖc triÓn khai thuËt to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt
ng−êi trong c¸c ®iÒu kiÖn thay ®æi cña ¸nh s¸ng cßn ë møc ®é nhÊt ®Þnh vµ ch−a ®−îc cµi
®Æt trong thùc tÕ. Hy väng r»ng nÕu thêi gian vµ cñng cè thªm sù hiÓu biÕt t«i sÏ tiÕn hµnh
nghiªn cøu s©u h¬n vÒ vÊn ®Ò nµy.