Hệ thống xác định và đánh giá trạng thái mắt người

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT & TRUYỀN THÔNG

----------------  ----------------

Nguyễn Thị Hƣơng

HỆ THỐNG XÁC ĐỊNH & ĐÁNH GIÁ

TRẠNG THÁI MẮT NGƢỜI

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60.48.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Vũ Duy Linh

Thái Nguyên - 2013

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ii

LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Viện Công nghệ thông

tin, trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông, Đại học Thái Nguyên

đã nhiệt tình giảng dạy và hết lòng giúp đỡ em trong quá trình học tập và

nghiên cứu đề tài.

Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền

thông dưới sự hướng dẫn của TS Vũ Duy Linh. Em xin bày tỏ lòng kính trọng

và biết ơn sâu sắc tới thầy.

Em cũng xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp phòng Khảo thí &

Đảm bảo chất lượng trường Đại học Hải Phòng đã tạo điều kiện giúp đỡ trong

quá trình hoàn thành luận văn này.

Sự quan tâm, giúp đỡ của gia đình và bạn bè, đặc biệt lớp Cao học K9C

trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông đã cổ vũ, động viên em

trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài.

Mặc dù có nhiều cố gắng song luận văn không thể tránh khỏi những thiếu

sót, tác giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn.

Xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 01 năm 2013

Tác giả

Nguyễn Thị Hương

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “ Hệ thống xác định & đánh giá trạng thái

mắt ngƣời ” là do tôi tự tìm hiểu và đƣợc hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn của

thầy giáo TS Vũ Duy Linh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU.............................................................................................................i

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH

MẶT NGƢỜI TRONG ẢNH SỐ ....................................................................10

1.1. Xử lý ảnh và các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh......................................10

1.1.1.Xử lý ảnh là gì?.......................................................................................10

1.1.2.Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh .........................................................11

1.2. Chuẩn sinh trắc học ( Biometric ) ............................................................14

1.2.1.Định nghĩa chuẩn sinh trắc học : ............................................................14

1.2.2.Ứng dụng của chuẩn sinh trắc học..........................................................14

1.3. Bài toán xác định mặt ngƣời trong ảnh số. ..............................................17

1.3.1.Giới thiệu về bài toán xác định mặt ngƣời trong ảnh số ........................17

1.3.2.Định nghĩa bài toán xác định mặt ngƣời. ...............................................17

1.3.3.Các phƣơng pháp chính xác định mặt ngƣời..........................................17

1.4. Ƣu điểm của việc xác định vị trí mắt .......................................................18

CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ MẮT NGƢỜI

TRÊN KHUÔN MẶT......................................................................................20

2.1. Xác định tọa độ mắt bằng cách sử dụng các so sánh mẫu .......................21

2.1.1.Phƣơng pháp ...........................................................................................21

Bằng cách sử dụng hai mô hình .......................................................................21

2.1.2.Những thuận lợi và khó khăn xác định vị trí mắt khi sử dụng phƣơng

pháp so sánh mẫu .............................................................................................26

2.2. Xác định tọa độ mắt sử dụng phƣơng pháp Moments .............................26

2.3. Xác định tọa độ mắt bằng cách sử dụng phƣơng pháp chiếu...................33

2.4. Xác định tọa độ mắt sử dụng phƣơng pháp Knowledge ..........................46

CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH VÀ CÀI ĐẶT THỬ

NGHIỆM..........................................................................................................47

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

5

3.1. Giới thiệu về Matlab.................................................................................47

3.2. Thuật toán để phát hiện vị trí của mắt cho hình ảnh sắc nét....................47

3.3. Mô tả các CSDL dùng cho thực nghiệm..................................................53

3.3.1.CSDL ORL. ............................................................................................53

3.3.2.CSDL FERET.........................................................................................54

3.3.3.CSDL SIMILAR.....................................................................................55

3.3.4.CSDL BIOID. ........................................................................................56

3.4. Phƣơng pháp đánh giá độ chính xác: .......................................................57

3.5. Hệ thống đánh giá trạng thái mắt ngƣời...................................................59

3.6. Cấu trúc hệ thống .....................................................................................63

KẾT LUẬN......................................................................................................66

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................67

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ẢNH CHỤP

Số hiệu

hình vẽ

Tên hình vẽ Trang

1.1 Quá trình xử lý ảnh 3

1.2 Các giai đoạn trong xử lý ảnh 3

1.3 Các điểm trên khuôn mặt 12

2 Kết quả xác định các thông số khuôn mặt 13

2.1 Tìm kiếm trung tâm mắt sử dụng phƣơng pháp so sánh mẫu 14

2.2 Các biến thể của các mẫu dùng xác định vị trí mắt 15

2.3 Kết quả xác định vị trí của vùng mắt 16

2.4 Kết quả xác định vị trí của mắt bằng việc sử dụng mẫu b4 17

2.5 Trích chọn vùng mắt trái bằng cách xử lý hai giai đoạn 18

2.6 Xác định tọa độ trung tâm trên hình ảnh nhị phân 19

2.7 Xác định tọa độ trung tâm dựa trên hai phƣơng pháp 21

2.8 Ảnh khuôn mặt, cho mà dự toán tọa độ mắt là sai 22

2.9 Ví dụ ƣớc tính chính xác của tọa độ mắt 23

2.10 Sử dụng các thành phần I2 để xác định trung tâm mắt 25

2.11 Thủ tục xác định tọa độ của mắt (biến thể "a"). 28

2.12 Chức năng hoạt nghiệm 28

2.13 Kết quả xác định vị trí mắt sử dụng phƣơng pháp chiếu 30

2.14 Cửa sổ hàm W cho các phiên bản khác nhau của phép quay đầu 31

2.15 Hàm S và F cho các phiên bản khác nhau cảu phép quay đầu 32

2.16 Kết quả dùng phƣơng pháp đơn gian hóa 32

2.17 Một số kết quả xác định tọa độ mắt của CSDL ỎL 33

2.18 Mô hình khuôn mặt đƣợc sử dụng để thử nghiệm 34

2.19 Tính toán và xác minh tọa độ của mắt 34