基于人脸识别的门禁系统设计与仿真计算机专业.doc

目录 摘 要 3 第一章 绪论 5 1.1 什么是人脸识别 6 1.2人脸识别技术的国内外发展状况及意义 6 1.3人脸识别技术的优缺点 8 1.4 门禁系统 9 第二章 人脸识别算法简介 10 2.1基于主成分分析的人脸识别算法 10 2.2基于线性判别分析的人脸识别算法 11 2.3 基于核主成分分析的人脸识别算法 11 2.4基于独立成分分析的人脸识别算法 12 第三章 人脸图像预处理以及在MATLAB中的实现 13 3.1概述 13 3.2 MATLAB的简介 13 3.3图像转化 15 3.4图像增强 16 3.5边缘检测 20 3.6人脸定位 25 L = bwlabel(BW,8); 27 第四章 特征提取及模式识别 30 4.1 概述 30 4.2人脸特征提取的方法 31 4.3模式识别 35 4.4模式识别的方法 36 第五章 系统整体设计与仿真 38 5.1 系统流程图 38 5.2 GUI人机界面设计 39 5.3系统设计 41 完整识别结果 43 第六章 总结与展望 43 6.1 总结 43 6.2展望 44 参考文献 44 摘 要 人脸识别技术是一种生物识别技术，因其实用性强、用途广泛、方便快捷成为现在人们最为关注的识别技术之一。本文主要介绍基于人脸识别技术的门禁系统设计与仿真，完成这一课题的主要工作有： (1)人脸数图像据库建立 (2)人脸图像获取 (3)人脸图像预处理 (4)人脸图像特征提取 (5)判别是否与数据库匹配 (6)判断门禁系统是否启动。 这一课题是在matlab的工作环境下进行设计和仿真的，使用现在比较常见的主成成分分析算法，最终的设计结构人机界面良好、系统运行方便快捷、识别结果简单易懂，但是因为人脸识别技术和主成分分析有着很难避免的局限性所以整个系统也存着这识别率不是非常高、人脸识别系统不可避免的误配准错误的鲁棒性问题以及很难满足实际应用中的时性要求等不足。 关键词：matlab软件；人脸识别；主成成分分析；门禁系统 ABSTRACT The technology of face recognition is a biological recognition technology, because of its strong practicality ,wide application ,convenient become one of the most concern identification technology for people. This article mainly introduces the design and simulation of access control system based on face recognition such work as bellows: (1) Build face database (2) Face image acquisition (3) Face image preprocessing (4) Face image feature extraction (5) To judge whether to match the database (6) To determine whether a entrance guard system star up This subject is to design and simulation in MATLAB ,using common principal component analysis algorithm is proposed.This design has many advantages,such as excellent man-machine interface,system is convenient and quick,easy identification results.Because face recognition technology and the principal component analysis is hard to avoid the limitation of so the recognition rate of the whole system is not very high.There is robust problem of error registration error of the face recognition system.The face recognition system is very difficult to meet the real-time requirement of practical application. Key words : MATLAB；face recognition；principal component analysis；Access Control system 第一章 绪论 1.1 什么是人脸识别 人脸识别，就是通过提取人脸照片或者图像的脸部特征信息进行来进行身份识别的一种相对比较高级的生物识别技术。因为人脸的特征信息与指纹、虹膜、人体DNA等生物特性一样与生俱来，这个唯一且不可复制的良好特性使得人脸有了可以进行身份识别的前提条件。人脸识别，利用用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像，并在图像中检测、跟踪和定位人脸，进而对检测到的人脸进行数据、图像等处理的一系列相关技术，有时又称作人像识别或者面部识别。 1.2人脸识别技术的国内外发展状况及意义 1.2.1人脸识别技术国际发展现状 自动的机器人脸识别技术研究开始于上世纪九十年代的PRI研究人员的工作，日本是研究这一课题的几乎是最早的国家，在九十年代研制的人像识别机，可在很短的时间内中从大量的人脸数据库中识别到你要找的人。这在当时是十分了不得的技术。上世纪九十年代，美国国防部高级研究项目署 (Advanced Research Projects Agency)和美国陆军研究实验室(Army Research Laboratory)联合成立了一个人脸识别技术研究的项目组，这个项目组的科研人员建立了一个庞大的包含了各种人种、肤色、姿态、环境的人脸照片的人脸数据库，因为这个数据库的十分的复杂，所以这两个组织利用这个庞大的数据库来测试全世界的人们开发出来的人脸识别算法的性能。通过对c++开发，以及利用计算机仿真软件，美国陆军实验室也能够成功的实现人脸识别，并且FAR(基于生物特征身份识别模式识别中表示识别率的一个重要参数)高达五成。在整个美国的进行的公开人脸识别的测试中FAR超过了50%。不久之后，由美国空军首先领导进行的这一研究项目被美国国防部高级研究项目署重新接管，并且进行了更加深入和系统的研究。这个研究项目署的科学家利用半自动的算法进行人脸识别，但是半自动的算法有很多的不足，例如这些算法不能够自己发现人脸图像中的某些特征，需要人工或自动指出图像中人脸的一下重要特征，像人的两眼之间的中心坐标，然后才能进行人脸识别。国外对于人脸识别就是的研究主要是放在公安、刑事侦查等公用方面，其中以卡内基梅隆大学为首，麻省理工大学、雷丁大学、哈佛大学等国外的高校的研究最为先进。这主要是因为在机场展开的系统测试中，发出了太多的错误警报。在民用方面例如小区的进出安全、公司的考勤、考试验证系统、家用门禁系统等方面的研究国外并不主流。 1.2.2人脸识别技术国内发展现状 我国对于这人脸识别方面的研究也取得了较好的成就，主要是因为我国在当今热点科研领域人脸识别这一课题上掌握了一定的核心技术，并且国家863项目“面像检测与识别核心技术”取得了一定的成功而且在市场上进行了初步应用。20上世纪初，北京一家科研公司研究出了一种非常有效人脸识别系统，这个系统能自动先对人脸图像进行预处理，例如：光线补偿、图像均衡化、图像锐化等，这些预处理消除了在拍照过程中因相机造成的影响，预处理完了之后再对图像进行特征提取和人脸识别。这一点对于人脸识别非常有意义，因为大多数的人脸识别系统只能识别出用户的正面照片，就是那些环境简单的照片例如证件照等，但是一个有效的高级人脸识别系统不仅要能做到这一点，还要求识别不同时期拍摄的人脸照片，识别出使用的不同相机拍摄的人脸照片，有的照片拍摄的并不一定是正面照，这还需要进行人脸定位等处理，还要尽量消除因拍摄角度、灯光、引入噪声等各种因素所造成的影响的影响。这一系统甚至可以识别很久之前的差别比较大照片，并且识别率依旧能保持很高，在计算机中首先建立一个较为庞大的人脸正面照片的数据库，每人一张照片，使用相距年份较久的照片、差别比较大的照片去查询，首选率几乎接近一半，也就是说有近一半的可能识别出来，看起来似乎识别率并不高，但是因为照片差别较大，所以能达到这一水平已经极为不易。如果输入很多的张照片中包含有与数据库中的某一人照片为同一人的照片，那么这一的识别的成功概率可达70% 。 清华大学电子系人脸识别课题组负责人苏光大教授主持承担的国家"十五"攻关项目《人脸识别系统》在2005年1月18日通过了由公安部主持的专家鉴定。鉴定委员会认为，该项技术处于国内领先水平和国际先进水平。 1.2.3人脸识别的意义 近年来，科学技术的飞速发展以及互联网技术得到广泛应用，一个有效的身份识别技术就变得非常重要。有很多地方都迫切需要一个有效的人脸识别系统，例如：单位的出入安全和考勤、居民居住的小区的出入安全、网络登录安全与检测、家用的门禁、驾驶证的考核和检测、计算机登录以及计算机中信息的阅读提取，还有很多比较重要的部门例如银行、海关边检、军队安全等都需要可靠的身份鉴别技术。如何有效快速的身份的识别，并且尽可能保证识别结果的正确已经成为人们日常生活中经常遇到的一个基本问题。传统的身份识别方法比较简单，最关键的是这些传统的方法因为使用时间太久很多不法分子已经找到了方法瞒过身份识别这一关。传统的身份识别主要基于身份标识物品例如驾驶证、身份证、学生证等来进行识别身份，人机几乎100%都是使用这种方式进行身份识别的，这在过去的很长一段时期里是非常可靠和方便的识别方法，并且在日常生活、工作、出行等很多方面得到了广泛、全面的应用。但是，随着网络、通信、交通等技术的飞速发展，人们对于日常活动空间的需求不断加大，尤其是虚拟空间的需求的加大，例如以前人们的生活需求可能就是公司、家等少数几个地方，但是现在生活水平的大大提高人们的活动空间再也不是仅限于这些满足人们基本生活的地方，这些大量的改变使得需要身份认证的场合也变得无处不在，而且身份认证的方法也有了全新的要求。如果依旧使用传统的身份识别方法就非常的不合适，因为人们需要携带的能够进行身份标识物品越来越多，例如身份证、驾驶证、员工卡、学生证等，可能同一个人因为身份的变化就需要不同的身份识别的标识物品，而且身份识别所需要的标识知识也变得越来越复杂和冗长。这些标识知识极容易因其复杂和冗长的特性而被遗忘或者记忆混淆。在这种情况下，传统的身份识别方式的弊端日益彰显，例如身份标识物品（身份证、驾驶证、学位证等）容易被丢失和伪造，身份标识知识容易被遗忘、窃取和破解，而且这些身份标识的重要性又使得一旦丢失了这些身份标识或者这些身份标识物品被他人仿造和利用，就会给标识的所有者甚至整个社会带来重大的甚至难以弥补的损失。这就意味着一个全新的、有效的身份识别方式在现在社会中有着非常重要的作用。所以人脸识别就孕育而生。通过人脸进行身份识别就几乎接近了传统的身份识别的所有弊端，人脸识别不需要携带身份标识物品，因为你的脸就是“标识物品”，这一技术也没有复杂和冗长的标识知识需要记忆，所以人脸识别技术是当今社会非常重要的身份识别的