【毕业论文】基于matlab的人脸识别（含源程序）.pdf
【毕业论文】基于matlab的人脸识别系统设计与仿真（含matlab源程序第一章绪论本章提出了本文的研究背景及应用前景。首先阐述了人脸图像识别意义;然后介绍了人脸图像识别研究中存在的问题;接着介绍了自动人脸识别系统的一般框架构成;最后简要地介绍了本文的主要工作和章节结构。1.1研究背景自70年代以来.随着人工智能技术的兴起.以及人类视觉研究的进展.人们逐淅对人脸图像的机器识别投入很大的热情,并形成了一个人脸图像识别研究领域,这一领域除了它的重大理论价值外,也极具实用价值。在进行人工智能的研究中,人们一直想做的事情就是让机器具有像人类一样的思考能力,以及识别事物、处理事物的能力,因此从解剖学、心理学、行为感知学等各个角度来探求人类的思维机制、以及感知事物、处理事物的机制,并努力将这些机制用于实践,如各种智能机器人的研制。人脸图像的机器识别研究就是在这种背景下兴起的,因为人们发现许多对于人类而言可以轻易做到的事情,而让机器来实现却很难,如人脸图像的识别,语音识别,自然语言理解等。如果能够丿发出具有像人类一样的机器识别机制,就能够逐步地了解人类是如何存储信息,并进行处理的,从而最终了解人类的思维机制。同时,进行人脸图像识别研究也具有很大的使用价依。如同人的指纹一样,人脸也具有唯一性,也可用来鉴别一个人的身份。现在已有实用的计算机自动指纹识别系统面世,并在安检等部门得到应用,但还没有通用成熟的人脸自动识别系统出现。人脸图像的自动识别系统较之指纹识别系统、DNA鉴定等更具方便性,因为它取样方便,可以不接触目标就进行识别,从而开发研究的实际意义更大。并且与指纹图像不同的是,人脸图像受很多因素的干扰:人脸表情的多样性;以及外在的成像过程中的光照,图像尺寸,旋转,姿势变化等。使得同一个人,在不同的坏境下拍摄所得到的人脸图像不同,有时更会有很大的差别,给识别带来很大难度。因此在各种干扰条件下实现人脸图像的识别,也就更具有挑战性。国外对于人脸图像识别的研究较早,现己有实用系统面世,只是对于成像条件要求较苛刻,应用范围也就较窄,国内也有许多科研机构从事这方而的研究,并已取得许多成果。12人脸图像识别的应用前景人脸图像识别除了具有重大的理论价值以及极富挑战性外,还其有许多潜在的应用前景,利用人脸图像来进行身份验证,可以不与目标相接触就取得样本图像,而其它的身份验证手段,如指纹、眼睛虹膜等必须通过与目标接触或相当接近来取得样木,在某些场合,这些识别手段就会有不便之处。就从目前和将米米看,可以预测到人脸图像识别将具有)阔的应用前景,如表1-1中所列举就是其中已经实现或逐步完善的应用。表1-1人脸识别的应用应用优点存在问题信信用卡、汽车图像摄取可控需要建立庞大的驾照、护照以及个人图像分割可控数据库身份验证等图像质量好嫌疑犯照片匹配图像质量不统潜在的巨大图像多幅图像可用库互联网应用视频信息价值高存在虚假多人参与银行/储蓄安全监控效果好图像分割不可控图像质量较差人群监测图像质量高图像分割自由可利用摄像图像图像质量低、实时性13本文研究的问题本文介绍了人脸图像识别中所应用 MATLAB对图像进行预处理,应用该工具箱对图像进行经典图像处理,通过实例来应用 matlab图像处理功能,对某一特定的人脸图像处理,进而应用到人脸识别系统。本文在总结分析人脸识别系统中几种常用的图像预处理方法基础,利用 MATLAB实现了一个集多种预处理方法于一体的通用的人脸图像预处理仿真系统,将该系统作为图像预处理模块可嵌入在人脸识别系统中,并利用灰度图像的直方图比对来实现人脸图像的识别判其中涉及到图像的选取,脸部定位,特征提取,图像处理和识别几个过程。1.4识别系统构成人类似乎具有“与生俱米”的人脸识別能力,赋予计算机同样的能力是人类的梦想之一,这就是所谓的“人脸识别”系统。假设我们把照相机、摄像头、扫描仪等看作计算机的“眼睛”,数字图像可以看作计算机观察到的“影像”,那么AFR赋予计算机根据其所“看到”的人脸图片来判断人物身份的能力。广义的讲,自动人脸识别系统具有如图1.1所示的一般框架并完成相应功能的任务。www.docin.com人脸图像获取人检特征提取人脸识别图1.1人脸识别系统一般框架(1)人脸图像的获取一般来说,图像的获取都是通过摄像头摄取,但摄取的图像可以是真人,也可以是人脸的图片或者为了相对简单,可以不考虑通过摄像头来摄取头像,而是直接给定要识别的图像。(2)人脸的检测人脸检测的任务是判断静态图像中是否存在人脸。若存在人脸,给出其在图像中的坐标位置、人脸区域大小等信息。而人脸跟踪则需要进一步输出所检测到的人脸位置、大小等状态随时间的连续变化情况(3)特征提取通过人脸特征点的检测与标定可以确定人脸图像中显著特征点的位置(如眼睛、眉毛、鼻子、嘴巴等器官),同时还可以得到这些器官及其面部轮廓的形状信息的描述。根据人脸特征点检测与标定的结果,通过某些运算得到人脸特征的描述(这些特征包括:全局特征和局部特征,显式特征和统计特征等)(4)基于人脸图像比对的身份识别In. com即人脸识别( Face Identification)问题。通过将输入人脸图像与人脸数据库中的所有已知原型人脸图像计算相似度并对其排序来给出输入人脸的身份信息。这包括两类识别问题:一类是闭集( Close set)人脸识别问题,即假定输入的人脸一定是人脸库中的某个个体;另类是开集( Open Set识别,即首先要对输入人脸是否在已知人脸库中做出判断,如果是,则给出其身份。(5)基于人脸图像比对的身份验证即人臉确认( Face Verification)问题。系统在输入人臉图像的同时输入一个用户宣称的该人脸的身份信息,系统要对该输入人脸图像的身份与宣称的身份是否相符作出判断。15论文的内容及组织第二章主要介绍人脸识别系统中所用到的仿真软件 Matlab,介绍了在人脸图像识别过程中所需要的图像处理技术,包括:一些基本操作、格式转换、图像增强等。并做了一个 Matlab图像处理功能的实例第三章主要始涉三个方面:首先是对人脸识别系统的构成做详细论述;其次就是对人脸识别过程中的关键环节人脸检测、特征提取和图像预处埋做详细介绍;最后就是 Matlab在人脸识别系统中的具体应用,即人脸图像识别的具体技术,并用 Matlab进行仿真试验并得到结果。第四章是对人脸图像识别体系构架的设计,并给出了人脸识别用到的理论知识即直方图差异对比,并编写 matlab代码实现人脸图像识别。第五章总结了全文的工作并对以后的需要进一步研究的问题进行了展望。第二章图像处理的 Matlab实现21 Matlab简介H Math Work公司开发的 Matlab语言语法限制不严格,程序设计自由度大程序的可移植性好。 Matlab还推出了功能强大的适应于图像分析和处理的工具箱常用的有图像处理工具箱、小波分析工具箱及数字信号处理工具箱。利用这些工具箱我们可以很方便的从各个方面对图像的性质进行深入的研究。 Matlab图像处理工具箱支持索弓图像、RGB图像、灰度图像、二进制图像并能操作.bmp、jg、tif等多种图像格式文件。22数字图像处理及过程n豆丁图像是人类获取信息、表达信息和传递信息的重要手段。利用计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等的理论方法和技术称为数字图像处理。数字图像处理技术已经成为信息科学、计算机科学、工程科学、地球科学等诸多方面的学者研究图像的有效工具。数字图像处理主要包括图像变换、图像增强、图像编码、图像复原、图像重建、图像识别以及图像理解等内容。221图像处理的基本操作读取和显示图像可以通过 imrad和 ishow来实现;图像的输出用 imwrite0函数就可以很方便的把图像输出到硬盘上;另外还可以用 incrop、 imriEκeO、 imrotateO等来实现图像的裁剪、缩放和旋转等功能。222图像类型的转换Matlab支持多种图像类型,但在某些图像操作中,对图像的类型有要求,所以要涉及到对图像类型进行转换。 Matlab7.0图像处理工具箱为我们提供了不同图像类型相互转换的大量函数,如mat2 gray函数可以将矩阵转换为灰度图像,rgb2 gray转换RGB图像或颜色映像表为灰度图像。在类型转换的时候,我们还经常遇到数据类型不匹配的情况针对这种情况, Matlab7.0工具箱中,也给我们提供了各种数据类型之间的转换函数,如 double(就是把数据转换为双精度类型的函数。223图像增强图像增强的目的是为了改善图像的视觉效果,提高图像的清晰度和工艺的适应性,以及便于人与计算机的分析和处理,以满足图像复制或再现的要求。图像增强的方法分为空域法和频域法两大类,空域法主要是对图像中的各个像紊点进行操作;而频域法是在图像的某个变换域内对整个图像进行操作,并修改变换后的系数,如傅立叶变换、DCT变换等的系数然后再进行反变换,便可得到处理后的图像。下面以空域增强法的几种方法加以说明。(1).灰度变换增强有多种方法可以实现图像的灰度变换,其中最常用的就是直方图
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计算机辅助几何造型技术_莫蓉
计算机辅助几何造型技术，莫蓉等编写，各大高校相关专业推荐书目。21世纪高等院校教材计算机辅助几何造型技术莫蓉吴英常智勇编著学实撤社北京内容简介计算机辅助几何造型技术是复杂曲面设计射基本技术,它所依赖的数学基础是微分几何。4书较全面介绍了计算机辅助几何造型玻术的基础知识,包括:曲线曲面论的基本知识烊条曲线与曲面、贝齐尔曲线与曲画、B样条曲线与曲面均匀有理B样条(NRRS曲线与曲画曲线曲面求交算法线曲光顺等本书是面向高等学校非数学类专业的本科生教材如机械T程及泊动化航空宇航设计与制造等也叮供高等学校师生及有关工程技术人员自学参考图书在版编目C)费据计算机辅助几何造犁技术莫蓉,昊英,常勇编著.一北京:科学出版社,2004.2(2世纪高等院校教材IsBN7030119266·计…Ⅱ.①奠…型吳…③常…Ⅲ.计箅机雜助设计Ⅳ.TP391.72中国版本图书馆CIP数据核字(20)第072140号责任編辋:钟谊段博原/文棄編軿:璐贾瑞娜仼校对:朱光光!贲任印制;安春生/封面设计:陈敬學桌訟出版北京乐域城恨北街6号邮哎:l0?17hitP/www.sciencep.com肀剩厂印刷科学击版社发行各地新华书经销2004乍2月第版开4:B5(720×100〕24年2月第次印印张:103印堂:12500字最20000定价:18.00元〔如有印装质量问题,我社负责调换〈新欣前&计箅机辅助几何造型技术》是计算机辅助设计与计算机辋助制造的基础课程,在机被、航空、航夭、船舶、汽车、家电制造等行业均有广泛的用途。计算机铺助几何造型技术是用数学理论描述自由曲线和出面的一种有效方法,它是计算机设计复杂曲面的算法基础,也是三维数字化技术的基础之一。目前國内、国际流行的著名大型 CAD CAM集成软件都使用了先进的几何造型曲面方法。本书主耍内容分为7章。第-章介绍曲线曲面论的基本知识,读者可以从中了解矢量代数基础,曲线曲面的基础,直纹面和可展曲面。第二章重点讲述样条龉线与ns曲面,包括三次样条函数、参数样条曲线、 rergusoll曲线和孔斯曲面,并且給出应用例子第三章讲述最常用的贝齐尔曲线与曲面,主要包括:贝齐尔曲线的定义与性质、贝齐尔曲线的儿何作图泫、贝齐尔曲线的合成、贝齐尔曲线的升阶和降阶、贝齐尔曲愿、贝齐尔曲面的合战、贝齐尔曲线曲的应用。第四章讲述B样条曲线和曲面基础,包括B样条曲线的定义与性质、三次均匀B样条曲线、三次均匀B祥条曲线的插值、双三次B样条曲面B样条曲面的应用。第五章讲述非均勻有理B样条由线与出面,介經非均匀B样条曲线与曲面的定义、性质和配套技术。笫六章介终由面求交的常用算法,包括曲面求交的分类与基本方法,分割算法、迭代法、追踪法。第七章介绍曲线面光顺,包括曲线出面光为的基本概念、曲线光顺方法和曲酉光顺方法,主要是各种算法的原理和步骤。每一章均附有习题可供读者练习时使用。作为非数学类本科生教材,本书省略了大量的数学推导和证明,考患到目前曲线和曲面技术的广泛应用,以讲解基木理论和基本概念为主,希望学生在使用本教树后,熊够对计算机辅助几何造型技术有一个较为深入地了解,对当前流行的CAD软件中曲线曲面造型的功能不仅知其然而豆知其所以然。《计算机助几何造型技术》课程学时约为5~颀0学时,其中有“*"的章节可作为选修内容本书由莫蓉三編兵中第一章、第二章、第四章由吴英编写,第三章由莫蓉编写,第五章、第六章、第十章常智男编写本书承蒙孙文焕教授主审,孙教投在审阅过程中为本节提出了许多宝贵意见;另外本教村能得以较快正式出版与科学出版社及西北工业大学教务处、数材科的大力支持是分不开的:在此一并向他们表示衷心的感谢。由于作者水平有限,书中的错误不妥之处在所难免,敬请读者不吝指正,作者将不陛慼激编者2004年1月目录前言第一章曲线曲面的基本知识…1.1矢量代数基硝1.1.1矢量b·■平q『即■甲曾即·甲曾■血中■『自■qq『·中鲁暂_普·自中·番平血·1.1,2直线的矢量方程■·冒■卜T■■p口q1.⊥3平面的矢量方程d口■■■直■■■■啁■幽1.2曲线论I2.1曲线的矢量力程和参数方41.2.2矢函数的导矢及其应用山41.3曲线的自然参数方程1.3,1自然参数方程………1.3,2出线论的基本公式………1.4率和挠率14.田率■■L晶■■142挠率…………141.5曲面………1.5,1曲面矢量方程和参数方程1.5.2曲画上的曲线及其切矢和曲面上法矢181.5.3曲面的等距面方程…中■■血■血■2016直纹面和可展曲面…………21b.1直纹面冒曾■12162可展曲网「-·F·-r4-幽4"ts.Hv:P44423习题血日t·自日q·1日甲·4日4·4A4·h由44■·鄂h·〓"=即·甲画24第二章样条曲线与Cons曲面…日血平亠·甲甲■■甲『4量晋P1■■山……·251基本概念■■■山山■252.t.1插值与通近……■中■■b■…………2522多项式基…2522三次样条函数及其力学背景……………………………262.3三次样条函数272.3.1定义……………………………………………………2723.2用型值点处的一阶导数表示插值三次样条曲线——m关系式272.3.3用型值点处的阶导数表示播值三次样条曲线M关系式23.4求解插值三次样条曲线的步骤235三次样条曲线局限性■■會會會■冒鲁鲁■個■口鲁■■…3524参数样条曲线噜■甲擊■擊甲P普甲冒241参数样条曲线24.2累加弦长参数样条解决“大挠度”的问题d“卜Bd血卜‘申372.4.3端点条件的换算■bψψ司ψ1ψ甲自■嚼■■■卡■普■■■↓4普昌b■4▲▲山▲244参数样条曲线的计算步骤…………■看hhd_4晶hd画鼻号·t甲平Pqv冒ppP冒q4ppb■自4392.5 fergus∞n曲线T"會會■會■血■會『血■『■甲m甲···日日日4·日日··日·血‘争甲甲甲日P蚤平号B蚤■425.1 Fergus参数曲线表达形式2.5.2 Ferguson曲线妄的拼接甲甲甲即日4-郾412.6Cxns曲面r會鲁■■個幽■幽『■■■4看■■■■↓卜■■■阝}画4226.1曲面表示法与记号……………432.6.2具有给定边界的 Coons曲面……4426.3真有给定边界和跨昇切矢的Cs曲面片…4864具有给定边其跨界切矢、跨界快率的Cxm曲面…50265双二次CUns曲面2.7三种定义曲面的基本方法532.7.l笛卡儿乘积法……幽血■■■■■L画晶』晶532.7.2母线法…5327.3布尔和法……………54习题甲甲q■上鲁■凸“■■■聊啁第三章贝齐尔曲縱与曲面…563.1贝齐尔曲线的定义与性质…备备+■■■■■■血幽■幽即聊聊↓着着昌昌晶……·56311贝齐尔曲线的定义暑■■1『h■D·■p血56312贝齐尔曲线的几何性质583.2贝齐尔曲线的几何作图法T冒■■■■■■623.2,1贝齐尔曲线的几何作图法322厌齐尔曲线的递归分割算法…633.3贝齐尔线的合成……··+--71.44即q443.31连线条件号拼接曲线的光滑度33.2贝齐尔曲线的合成及连续条件……65贝齐水曲线拼接的应用举例673,1贝齐尔曲线的升阶与降阶■bd幽■■号甲q■db4.贝齐尔曲线的不足…6834.2齐尔曲线的升阶与降阶……………!"683.5贝齐尔面■d■■■b■■■■國■703.5.1双三次贝齐尔曲面…·…s……"…s""!"703.5.2贝齐尔曲面的性质7236贝齐尔曲面的合成…LvP■平73361位置连续…甲日4日·即·日4···日4·日·日4··4‘P···日‘·‘·即47336.2界斜率连续………743.6.3只齐尔曲线曲应用………T6习题■甲P甲q77第四章B样条曲线和曲面■『T?冒■■冒■··『『+ TPTPTYP1■794.1B样条基函数的递推定义及其性质…794.1.1B样条基的递推定义4.1.2B样条基的推导过程804.13B样条基的性质4.2H样条曲线…■■矗画凸d………"…"…………834.2.1B样条曲线的定义…,……4.2.2B样条曲线性质………………844.2.3B样条曲线的分类p+·4-rb-T·"·"hr·血·÷4*"4t844.3均匀B样条曲线…r甲『■4■■■I·中·日+·口4日日■44卜A亠854.3.1三次均匀B样条画线表达形式…854.3,2二三次均每B样条曲线的几何性质…874.33特征顶点对曲线形状的影响4.3.4三次均匀B咩条曲线的算法…………………94.3,5二次均匀B样条曲线上qP■■kb山■■▲d“pp43.6三次参数曲线段的比较…924.4非均匀B样条曲线934.4.lB样条曲线的定义域……………934.2重节点对B样条基的影响44.3重节点对B样条由线的影响……954.5B样条曲面……T會會自■■■1_■■I■『■聊■;pp4.51双三次B样条出面片4.5.2双三次B样条曲面的方程…………………1014.53B样条曲面及其性质4.5,4三次均匀H样条曲面的算法…102习题甲■郾·■■■d■4■画甲b▲q"甲即·““4·画…………104第五章非均匀有理样条曲线与曲面·1065.1NRRS曲线的定义和性质……1075.1.]曲线方程的三种等价表示……1071.2NUR曲线三种去示方式的特点……5.1.3NJR曲线的儿何性质甲q4■4=q■唱司甲d■中即甲■■唱看■甲5.t4杈囚子对NRHS曲线形状的影响■郾■■■■dbdbd平qPFb【鲁5.1.5圆锥曲线泊表示■_曾甲晶_L■昌甲…………∷…………11252NURs曲面的定义和性质……5.2.1 NURBS曲面方程的三种表示方法■■·晶b晶郾d■山b■522NRHS曲面的性质………q;甲中}P■1175.2.3曲而权因子的几何意义冒TP口『■冒………117524常用曲面的NURB表示……鱼■中p口■■唱山■中52.5 NURES曲面的形状修收…………………………………………1205.3 NURBS曲线曲面的配套技术………………………1205.3.1 NURES曲线曲面求值、求导1甲■司司bb11205.32NRBS出线曲面拟合………125冒口』■■■……∵……132第六章曲面求交算法1336.1曲面求交的分类与基本方法国P■曾冒甲冒■■冒會■■罪■■■■■1336.1.1曲面求交的分类……………1336.12出面求交的基本力法………1336.2分割算法1356.2.1分割算法的本原理………1356.2.2分割算法的注意问题…1356.3迭代法…h■■m■■■·南Dp■d·13763,1迭代法的基本原理b甲。聊略甲4▲dL13763.2鑫数迭代法a日日·自甲『是4■普晋画■4■138633四参数迭代法4需意的间题…■■日■■■■平■『■TT曾■T■■■■……1406、4追踪法6.4.l追踪法基木过程…··日.甲·卜B山如如L当";a4-st上416.4.2 Lattice网格求交法…·"自■■■『■着■■■▲h■■■44←pp·4426.4.3迫踪法中的其他内容….…!143习题144第七章曲线曲面光顺1457.曲线曲面光顺的基本概念甲■■卩■1457.1}光顺的基木概念…■■↓■bdb|v甲甲nP■145?.1.2光顺性准划146
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