[发明专利]一种单目摄像头对人脸实时跟踪的方法及系统

权利要求书

1.一种单目摄像头对人脸实时跟踪的方法，其特征在于按照以下步骤进行：首先打开摄像头，摄像头以360°转动巡视周围，搜索周围是否存在人脸，将摄像头采集到的图像传输给图像处理器，图像处理器调用图像处理程序进行图像压缩，图像处理程序还加载3个基于Haar特征的AdaBoost级联强分类器，对压缩后的图像中的所有类肤色或肤色图像进行肤色检测，选出类似于肤色的所有窗口，再将这些窗口通过3个AdaBoost级联强分类器检测多角度的人脸，检测到人脸后，对人脸目标进行实时跟踪，得到人脸目标区域的中心点坐标，比较人脸目标区域的中心点坐标与整幅图像的中心点坐标差距，调整人脸目标区域的中心点坐标对准整幅图像的中心点坐标，从而确定摄像头应该转动的角度，使人脸保持在视频图像的中心范围内，实现对人脸的实时跟踪；

所述基于Haar特征的AdaBoost级联强分类器训练过程为：利用AdaBoost算法，使用扩展的Haar特征，采用CMU、MIT以及FERET的人脸库和网上下载并剪裁的人脸图片，共计40800张样本图片，训练可以分别检测正脸、半侧脸以及全侧脸的基于Haar特征的3个AdaBoost级联强分类器，将3个AdaBoost级联强分类器联合使用，3个AdaBoost级联强分类器分别用来检测正脸、半侧脸以及全侧脸，检测时，先用正脸分类器对肤色或类肤色图像进行检测，如果检测出人脸，则无需使用半侧脸和全侧脸分类器对其进行检测；如果使用正脸分类器没有检测出人脸，则使用半侧脸分类器，如果没有检测出人脸，则用全侧脸分类器，如果最终连全侧脸分类器也没有检测出人脸，则认为此图像中不含有人脸；

所述肤色或类肤色图像检测的方法如下：(1)首先将摄像头获取的RGB图像拷贝两份，将其中一份拷贝的图像转换到HSV空间，由于H通道代表色度，色度可以很好的描述颜色特征，当H通道的像素值在(7，29)之间的点即认为是肤色区域内的点，同时在另外的一份拷贝图像中选择保留此位置的点，不符合此条件的像素点变为黑色的点；(2)其次将修改过的拷贝的RGB图像进行灰度化、二值化；(3)最后找出二值化图像中所有的面积大于一定值的轮廓，并在原始的RGB图像中相同位置用矩形框出这些区域同时将这些区域保存为一幅类似肤色或肤色图片送入训练出的AdaBoost级联分类器中进行人脸检测。

2.按照权利要求1所述一种单目摄像头对人脸实时跟踪的方法，其特征在于：所述人脸目标的实时跟踪结合了图像处理技术和Camshift算法按照如下步骤实现：

1)图像处理技术：将单目摄像头所采集的每一帧图像转换为HSV模式并提取其中的Hue分量，其后对人脸区域的Hue分量进行先膨胀后腐蚀以及中值滤波平滑处理，并求人脸区域的Hue分量的颜色直方图；

2)Camshift算法：求人脸区域的Hue分量在整幅图像中的反向投影图，并对反向投影图进行求和、膨胀、腐蚀预处理；根据反向投影图不断移动跟踪窗口直到窗口内的中心与像素的中心重合即认为是某一帧图像的搜索收敛的最后窗口，即为图像中人脸所在的位置，下一帧图像将以此位置为初始位置重新开始搜索；刚开始进行跟踪时，跟踪的窗口即为检测到的人脸窗口。

3.一种应用权利要求1所述单目摄像头对人脸实时跟踪的方法的系统，其特征在于：包括USB摄像头(1)，USB摄像头(1)通过USB接口连接图像处理器(2)，图像处理器(2)通过串口连接舵机控制器(3)，舵机控制器(3)分别通过GPIO口连接上舵机(4)和下舵机(5)，上舵机(4)控制USB摄像头(1)上下转动，下舵机(5)控制USB摄像头(1)左右转动。

4.按照权利要求3所述系统，其特征在于：所述图像处理器(2)型号为S5PV210；所述舵机控制器(3)是AVR单片机。