[发明专利]一种基于人脸检测与识别的人头空间定位方法

权利要求书

1.一种基于人脸检测与识别的人头空间定位方法，用于包含可采集图像的摄像头的系统，其特征在于，所述人头空间定位方法包括以下步骤：

获取图像；

采用多层级联人脸检测方法对处理后的图像进行人脸检测，包括先使用检测速度比较快的肤色检测对摄像头获取到的图像进行人脸区域预定位，定位到肤色区域后再对面积比较大的肤色区域进行均等多分割并行化多级联人脸检测，还包括以下步骤，肤色过滤，输出为只包含肤色部分的图像，快速LAB特征检测，选出一部分可能包含人脸的候选框，基于SURF特征的多层感知机级联结构，来进一步挑选出符合人脸特征的候选框，过滤掉一部分非人脸，优化的基于特征点的多层感知机结构，最终确定出人脸位置；

基于自编码网络进行5个面部关键特征点精确定位；

基于关键特征点分析进行人脸倾斜角度估算，包括以下步骤，

人脸倾斜角度计算与校正，根据左右眼睛的坐标计算倾斜角度B：

求出B后，对特征点坐标绕原点进行B角度的旋转，

求出左右眼及鼻子的校正后坐标(x'₁,y'₁),(x'₂,y'₂),(x'₃,y'₃)；

人头旋转角度计算，经倾斜校正后，可以通过左眼，右眼，鼻尖的横坐标来计算出人脸的旋转角度，首先记变量G为：

旋转角度A与G的关系为：

A＝(G-1)*20            (4)；

进行人脸距离和方位的计算，包括以下步骤，

人脸离屏幕垂直距离的计算，首先通过欧氏距离公式计算图像中双眼间像素距离d₀，则实际双眼像素间距为：

d＝d₀/CosA               (5)设人脸离屏幕的垂直距离为L，L和d的关系应为：

L＝K/d (6)

其中K为比例系数，决定于摄像机的镜头焦距f、传感器表面的像素间距s，和双眼实际物理间距D，可以表达为公式：

人双眼瞳孔间距平均值D＝6cm，当镜头焦距和传感器表面的像素间距未知时则需通过测量方法获得K；

进行人脸方位的确定。

2.根据权利要求1所述的基于人脸检测与识别的人头空间定位方法，其特征在于，所述基于自编码网络进行5个面部关键特征点精确定位包括以下步骤：

输入一个人脸区域，第一级自编码器网络直接从该人脸的低分辨率版本中快速估计大致的人脸形状S₀；

提高输入人脸图像的分辨率，并抽取当前人脸形状S₀各特征点位置的局部特征，输入到下一级自编码器网络来进一步优化人脸对齐结果；

基于上述方法步骤实现5个面部关键特征点的精确定位，包括两眼中心、鼻尖和两嘴角，前三个特征点的坐标分别为：左眼坐标(x₀,y₀)，右眼坐标(x₁,y₁)，鼻子坐标(x₂,y₂)。

3.根据权利要求1或2所述的基于人脸检测与识别的人头空间定位方法，其特征在于，所述基于人脸检测与识别的人头空间定位方法还包括以下步骤：基于卷积神经网络进行人脸的性别年龄识别。

4.根据权利要求3所述的基于人脸检测与识别的人头空间定位方法，其特征在于，所述基于卷积神经网络进行人脸的性别年龄识别包括以下步骤：

将检测到的人脸图像归一化到48*48；

采用已训练的48*48大小的DeepID性别识别网络，进行性别识别，分为男女两类；

采用已训练的48*48大小的DeepID年龄识别网络，进行年龄识别，分成成年和儿童两类。

5.根据权利要求4所述的基于人脸检测与识别的人头空间定位方法，其特征在于，所述进行人脸距离和方位的计算包括以下步骤：

人脸离屏幕垂直距离的计算，首先通过欧氏距离公式计算图像中双眼间像素距离d₀，则实际双眼像素间距为：

d＝d₀/CosA                 (5)设人脸离屏幕的垂直距离为L，L和d的关系应为：

L＝K/d                 (6)

其中K为比例系数，决定于摄像机的镜头焦距f、传感器表面的像素间距s，和双眼实际物理间距D，可以表达为公式：

人双眼瞳孔间距平均值D＝6cm，当镜头焦距和传感器表面的像素间距未知时则需通过测量方法获得K；

性别年龄对距离的修正，用二个系数K_g、K_a分别表示对男女、老少的校正系数，则式(7)的修正公式为：

其中K_g对于男女分别为1.01、0.99，K_a对于成年、儿童分别为1.02、0.98；

进行人脸方位的确定。