【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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遥感精解-书籍
这是一本非常好的遥感基本知识的书，对于初入遥感领域的学者有一定的指导性帮助(京)新登宇065号内容筒介木书是在九十年代初遥感技术飞速发展的基础上,融合了大量最新研究成果編写的。书中全面系统地介绍了遥感技与应用的各个领域。包括;遥感基础、遥感器、微波遥感、遘感平台及数据、人工及计算杋图像处理、遥感应用及地理信息系统等。全书共分I3童,着重对有关原理和概念进行说明,在补充说明中则对理论性、研究性内容进行了咩细论证和叙述,书中谢有大量图表、照片,既便于对正文内容加探理解,又有较高的銎考、保存价值。本书资料新颗、内容广泛,深浅绪合,图文并茂。适合初学者、大专院校师生、各层次的科研人员及管弹人员学习参考遥感精解L日〕遥感研究会編刘勇卫贺雪鸿译测绘出版社出版·发行外文印刷厂印刷新华书脂总店科技级行所经销开本787Xi091/16·印张2075·插页2·字数476千字1993年月第一版·93年12月第一次印刷印数:00012000册·定价:30元JsBN7…5030-0731-]/P·252nI u敬致读者(代序亲爱的读者们:如果您是熟悉方块汉字的中华文化圈的朋友,我属向您推荐这部有关遥感这门高技术的新书。它会让您提纲挈领地了解遥感的基础知识和最新发。本书主绵村井俊治( Shunji murai)教授,他是国际摄影测量与遥感学会( ISPRS主席,亚洲遥感协会ARSC)秘书长。对于中国和亚洲广大读者并不陌生。他的早期著作《遥感原理物要》中译本,就以简明扼要、纲祚目张,深受中国读者欢迎。他主编的《亚太地区遥感应用》反映了亚太地区这一领域的蓬勃发展和巨大潜力,其中热情地介绍了中国遥感界的部分成果。自1981年以来,他为亚洲遥感学会四处奔波,已举办14次学术讨论会,从未间断,对于促进亚太地区遥感秤学技术界的团结合作、进步和繁荣,受到了国际学术界的推和爱戴,与中国遥感界结了深厚的友谊。他几每年都走访中国,热情支持中国组织的国所学术活动。1993年8月,他和他的夫人—位热爱中国的女地理学家。在参加第二届北京国际地理信息系统学术会议和州十早区半干旱风遥感国际学术会之后一道考察」丝绱之路和敦煌文畅。在日本东京大学村井俊治先生的研究室,已逆续不断地接受了十多位中国访问学者和博土硏究,他们在中国有许多老朋友和学生1992年11月,我应邀到东京参加日本字宙开发事业团( NASDA)举办的亚太地区国际空间年大会,村井俊治教授就将这部新的日文版托我转送给中国读者,并热情地表示奉送版税,擤供图版,希望译成中文版。刘勇卫同志毅然承担并很快完成了樂重的编译虫版工作。1993年10月,我到曼谷参加亚太地区空间应用特邀专家会议的时候,村井俊冶教授正在亚洲理工学院(AIT)执教,他对中文版的耵将问世,非常高兴,再三用汉话向可刘勇卫先生和测绘出版社表示感谢。我们相信,这部图文并茂,雅俗共赏的遥感新书,无论对于初学的大专院校青年学生,还是从事教学和关心遥感科技事的专家学者、领导千部,都是值得一读的。特别是为新加坡、港、澳、台的华商同行们,提供了促进相互理解和学术交流的…些新概念和新词汇。本书原是村井俊治教授组织30多位日本谣专家执笔,为日本遥感学会編写的一部髙科技普及读物。它筲明扼要地介绍了有关遥感信息机理、遥感技术和应用领域,共分13章130个小节,毎节图(表)文对照,金书内容丰富、深入浅出、通俗易懂,比铰充分地反映了九十年代遥感的技术进步和应用开发,特别是日本和亚太地区的最新研究成果。在附录中编入的避感卫星时间表、参数表、遥感卫星地面接收站覆盖图,以及插图照片、参考文献等,都体现了太平洋时代和地区的特点,对于中国和亚太地区的读者来说,更是十分难得,倍觉亲切的。l993年L!月,中日双方签订了北京遥感卫星地面站合作接收日本地球资源卫星JERS-1)的协议,在空间上使覆盖范围有可能扩充到亚洲中西部地区;在时间上可以填补美国陆地卫星 Landsat-7发射失败出现的空白。994年9月,联合图亚太地区经社会(UNDP- ESCAP)将在北京召开亚太地区空间应用部长级会议,为亚太地区的空间技术合作和卫星信息共享,为亚洲季夙的环境与白然灾害监测、社会经济持续发展、携手合作,作出奉献。则本书中译本的及时出版,就具有更深远的一层意义。中国科学院学部委员第三让界科学院院士陈述彭993年10月1l日于北京1972年,随着 Landsat-1号发射升空,遷虅技术开始得到广泛的应用。两年后的1974年:H本遥感硏究会成立,最初着手进行的工仵是编写教科书。1975年《遥盛笔记》(技报堂出版)问世。当压,考虐到便于作为教科书使用,故将沙及7个章约70个日的内容以2页对开的形式构成,左边是说明、杈边是图表。这是在日本出版的第一本有关遥感的教科书该我出版后,一直得到遥感界人士的充分利用,而且被许多论文所参考、引用。然,17年后,由于遥戀技术有了很大的发展,该书带要增加新的内容,重新編写。所以我们就遥感器、微波遥感、卫星、图像处理、地理信息系统(GIs)、应用等内容进行了补充和修改《遥感糟解》可以说是17年前岀版的《遥感笔记》的大鯈改版。该书承技报堂之厚意,由日本测量协会出版,在此,仅表达我的谢意最初,我想只做部分修改就可以了,可实际上却做了全面的修改。与前·本书相比,内容量增至13个章节130个条目,几乎多了一倍。执笔者除了当时的5个人外,又新增了约3人,而且几乎都是30岁或40岁的研究人员和技术人员。可以说,这是凝集了日本遥感界新生力量而编写的书。我们还计划将该书译成英文,使世界上更多的人能得以利用。我衷心希望该书能成为日本为甜念哥伦布到达美洲大陆500年和992年国际空间年计划(LSY)的一大贡献。对于日本遥感研究会的成员以及年青执笔者们贡献谨致深深的谢意。日本遥感研究会会长村井俊治1992年秋编者、执笔者名单主编村井俊治编辑委员赤松幸生植木俊明后藤真太郎柴崎亮介下团阳久建石隆太郎E中邦桥本俊昭平出更广泽春任渡边诚执笔者赤松幸牛新井康平计上康司岩下笃植木俊明内田修远藤州小川利绂大山容小池俊雄占宇田亮江田敏幸后藤真太郎斋藤诚柴崎亮介清水英范下田阳久户岛收博高桥佳昭竹内章司竹内延夫建石隆太部田中邦玉井次郎田村昭南丹波澄雄长幸平上居原健德永光暗纳谷美也子桥本俊招早川清二郎平田更一福江洁屯细村宰本多明增子治信松本雅雄松罔龙冶村纯正望日贯一郎森山隆安罔善文柳田聪山本主介力丸厚渡边滤1而本书的使用方法正如“前言”中所说、本书可以说是1975年出版的《遛感笔汜》(技报堂版)的絛改版六书的目的、结构等仍同旧版一样,是考虑到便做为教科书使用而编写的。每一节的内容针对一个条目,左页是简单说明,右页是与该条日有关的图表。对于初学者来说,这种说明,简单明了。在旧版里,觅深度的内容是留给讲师解说的可是,出于遥感技术的普及和发展,我们在进行这次修改时感到,左页的说明里有许多不充分的地方。为此,我们增加了补充悦明,针对正文的内容做了充分的论述。这样,把补充说明加进去,就使本书可能适应具有相当水准的研究人员使用了本书的第二种使用方法是做为自学教科书使馬。遥感的应用技术住各种不同的领城有很大差异。由于篇幅有限,很难将其全部说清。然而,就遥感的基诎和共河技术来说,必须加以说明,而且尽可能歡到使那些没有这方面知识的人也能理解、明白。这样,如果有高山毕业的学历,便能基本掌握整个遥感技术的知识本书的第三种使用方法是做为遥感专家笔记使用。由于遥感涉及了广泛的学科领域,既使是专家也不可能准确无淏地把全部知识记忆下来。而且,要精通所有的领域也是非常困难的。在开始研究新领域的时候,本书可以做为其入门书,而且,在遗忘了某些专业知识的情况下,本书可以做为数据库发挥作用。本书共分13章。第1章是基础,也就是感的概论。第2章是遥感器,讲述现在已被应用成不久的将来有可能应用的遥感器的基砥。第3章和第4章是黴波遥感。由亍搭载各种微波遥感器的圯球观测卫星的出现,该部分与旧版相比,在内容上做了大幅度增加第5章是遥感平台,除了基础之外,附加了有关现在经常使用的地球观测卫星的解说。第6章是关于遥感中所应用的各种数裾及其特性的说明。第7章的内容在旧版中没有考虑到遥感数据的实际利用状况,增加了图象判读的内容。第8章是有关图像处理系统的介绍,第9、10、Ll章是关于图像处理的各个领域的解说。第12章是遥感应用;考虐到要长期使用,所以收集了-些规范的而且尽可能是接近实用的例子。第13章是有关地理信息系统(Gs)的内容。木书中应否加进GIS的内容,编委会内部虽然有不同意见,然而,随着過感实用化的发展,佔计今后GIS的利用会越来越多,所以,从读者的角度考虑,我们还是加进了这方面的内容。在正文的后边附有补充说明,正文中一些没有解释清的及过于专业化的内容在补充说明中加以论述。补充说明与正文,可按各节的号码对照查找。参考文献与引用文献按各小节归纳,并附有连续号码。引用文帐的号码与正文中的号码相对应。加外,若想获取更深塽的知识,也请参照参考文献。在正文中,需参照考文献时用“”符号表示,需参照引用文献时用“)符号表示。书后的附录中,主要汇总了关于遥感卫是的信息。目录敬致读者(代序)本书的使用方法第1章遥感基础1.1遥感的概念·*1(212电磁波的性质………"………(413物质和电磁波的相作用(64电磁波的波段咖音自自冒自■晋音鲁·自即噜备音·咖噜哥即鲁自自鲁自晋咖暗音自自命自■自鲁身命县自自自命自命争鲁自命鲁自身鲁■命自1.5根据波段划分遥感的种类…”*(10116辐射量的定义(121.7黑体辐射晷中自自■自鲁曲喜會冒自血盘鲁14J18反射率…444441461619物体的光谱反射特性郾■团马■忌(181.10太阳光的光谱辐射特性…………………“(201.11大气的透射特性22}2辐射传递理论●■b■■『■尋●國■■■■↓最■■■■■■&●■●●●■■國↓■悬■■●國國■■■■■●●■■■悬口■●司■■■■b(24)第2章遥感器2.遥感器的分类…*4…444446441446444460(26)22光学逕感器的特征…………………---(28)23空门分辨率…………………………………………(30)24分光元件…………………………………………………(32)25分光滤光……………(3426分光计■■■s(36)7光探测元件的种类及性…………………………………”………(38})28遥感摄影机…"*"”*"**"*◆"s(4029遥感用的胶)…………210光机扫描仪■看鲁日■●即国●·■■自■■●●■鲁自自●p西·咖自■自鲁会■■中■P◆和日·中曾中◆鲁鲁◆争脅争ψ唱卿◆中中曾鲁鲁鲁會中鲁中鲁2l推帚式扫描仪…………”…"………”*”(46}212成像光谐仪……,………"”……………”…""………(48)213大气遥感器…650214声波遥感器(52)2.15激光雷达……國●■■●bb■d↓■画己业(54)====第3章微波巡感31微波遥感的原浬■■■↓■即·『●自·↓■■■·自自自■·@·ψ■罪■■血·咖●■口咖■·P■■血命和·唱自ψ■·■■會咖ψ咖鲁罪↓身■··@·自自(56)3,2徽波的衰减…●ψ如ψ甲即(58)33微波的辐射■■■唱q甲中■鲁p■司屮鲁D■曾■甲鲁●命■■鲁身●◆啁中■■自『争学中皆自自●鲁唱申咖血■■口卓鲁中口中■3.4徽波的表面散射中甲冒PPP■中鲁●中萨P會俨血申伽甲曾曾P◆鲁导司曹管早唱中P司自卿曾即中中鲁申◆鲁冒中口即曾■,即會鲁鲁甲鲁口■看p■會62)35微玻的体散射中自●鲁魯(6436天线的种类…””””…"",(6)3.7天线的特性··可伽聊唱司D■咖咖自日日●口·鲁自·自·目看自唱自罪即目备自口自咖口·看■D自自即■自自早自卓即自●自自鲁自◆申68)第4章黴波避感器4.1微波遥感器的分类a“nt(704,2真实孔径达…………"■●血▲↓看■■●●血晶■晶■啬冒■■↓■■↓暴●φ■■●■·聊·ψ·斗■●b·如(72)43合成孔径雪达“………M………,…“……M…………(74)44宙达图像的几何特性…44764.5合成孔竺嘗达图像的重建4.6需达图像的特8)4.7地形引起的雷达图像差异咖自·申毒冒■■自·中●·咖■■■聊↓·咖噜·咖■也■■咖·咖·↓·↓·鲁@·嵋咱昏忌■看斗·自自啬司國口唱(82)4.8微波辐射计“么+么(8449微波散射计………s…(864.10黴渡高度汁本春业界…(88)4l1海面风的测量·■■會會■·會口『■會會■■『會■個十會■會會血■4………….(90)4.12雷达对波浪的测量………44·4444414444(92第5章遥匙平台51遥感平台的利类…94)52高度与大气的状态……(96)53遥感平台的姿态………………………………,…,1(9g)54姿态测量传感器L4本香(100)55卫星的轨道参数……………·…0102)5.6卫星的轨道导中中唱即即冒即冒即曾■■鲁警曾■P■曾『■曾冒譬■■即曾T■甲钾■即曾■聊司曾口■■(104)57卫星位置的测量■■冒↓冒冒曾曾■冒冒即聊『■口目即■即曾冒■普■即鲁节圆昏即唱哥即冒看罪即昏■即看看■即看愚罪冒b看■b106)5,8避感卫星·…·……*…s10859 Landsat卫星中中■曾即甘曾曾ψ冒冒P冒冒■冒■冒备即罪即曾号口即即即即聊司冒即冒甲罪目哥器冒罪罪即冒冒晶■即冒冒聊冒昌晶■晶晶●1(110)5.l0SPOT卫星…*…11,,……0(112)5 IL NOAA卫跟·4"""“…"*114)5,12静止气象卫星…………………………""*""………(116)5.13极平台谭●中●曾鲁号号P■鲁早号冒■号自■■宁唱日鲁音鲁哥鲁■■国↓D自自国司q哥昏哈自■驴·■命自■■■昌晶b伽■晶■品画hb●(118
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