張玉萍黑龍江信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院

基于Matlab軟件的人臉圖像預(yù)處理方法

張玉萍
黑龍江信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院

由于人臉圖像是通過不同的渠道進行獲取的，這就使得成像結(jié)果各不相同，如圖像大小規(guī)格、光照強度、姿態(tài)等都存在著差異。為了確保人臉圖像在識別時具有良好的識別效果，就必須要求人臉庫中的圖像具有統(tǒng)一規(guī)格，即要對采集的圖像進行歸一化預(yù)處理。

人臉識別；圖像預(yù)處理；歸一化處理；數(shù)字圖像處理

1.人臉圖像預(yù)處理方法

人臉識別的第一任務(wù)是對人臉圖像進行合理的預(yù)處理，從而使得人臉庫中的圖像具備統(tǒng)一尺寸和灰度標(biāo)準(zhǔn)，并且經(jīng)過預(yù)處理的圖像可以表現(xiàn)出更加顯而易見的人臉特征信息。如果人臉圖像中混有噪聲或是圖像出現(xiàn)退化模糊現(xiàn)象時，應(yīng)通過圖像預(yù)處理的辦法來對人臉圖像進行還原。這里的人臉圖像預(yù)處理分為四方面內(nèi)容，即：圖像的灰度變換處理、圖像直方圖均衡化處理、圖像的濾波處理、圖像邊緣檢測處理。

1.1 圖像的灰度變換

圖像灰度變換是能夠?qū)⒉噬珗D像變?yōu)橹痪哂泻诎變煞N顏色的一種方法，這種黑白兩色的圖像可以使圖像識別的過程更為簡單，減少了多余信息對人臉識別造成的不良后果。但是，在灰度處理的同時也會損失掉圖像中的少量有用信息。所以在人臉識別系統(tǒng)研究的過程中，要盡量采用相對簡單的公式程序來對復(fù)雜的圖像細(xì)節(jié)進行描述。

1.2 圖像直方圖均衡化

圖像直方圖均衡化的作用是將圖像直方圖灰度區(qū)間比較密集的地方做均勻分布處理，將灰度圖像的像素值重新進行分配和設(shè)定，將密集的區(qū)間映射到所有灰度的范圍內(nèi)。直方圖均衡化變換是一種非線性變換，處理后的圖像具有兩個比較明顯的特點，即：第一，經(jīng)過處理后的圖像灰度排列順序上與原始圖像將保持相對一致；第二，均衡處理前后的圖像灰度值變化將保持相對一致。

1.3 圖像的中值濾波處理

圖像中值濾波主要作用是對圖像中混有的噪聲進行濾出的一種非線性處理方法。當(dāng)圖像中出現(xiàn)不理想數(shù)值和噪聲時，就可通過中值濾波方法來避免其在圖像識別過程中的干擾。中值濾波不但能夠提高圖像的信噪比同時也抑制了圖像噪聲所帶來的不良影響，其運算過程與卷積運算很相似，但是所求結(jié)果不是簡單的加權(quán)求和，而是把當(dāng)前像素相鄰的灰度級都進行有序排列，然后找到中間值作為最后的像素輸出值的一種運算。

1.4 圖像邊緣檢測

圖像邊緣的作用是突顯圖像邊緣的基本特征，它反映了圖像灰度的間斷性。在圖像邊緣處可以發(fā)現(xiàn)像素的灰度值有明顯的突變。通常用到的邊緣檢測算法是查看某些范圍內(nèi)像素灰度的變化情況，然后采用方向?qū)?shù)進行一階或二階邊緣臨近法來檢測。邊緣類型有兩種，第一種叫做階躍型邊緣檢測，特點是在邊緣處的二階導(dǎo)數(shù)呈零交叉特性，相鄰像素灰度值具有不連續(xù)的特點。第二種叫做屋頂狀邊緣檢測，它在邊緣處的二階方向?qū)?shù)取極值，灰度值會在突變點處形成轉(zhuǎn)折點。

2.Matlab圖像處理的基本操作

數(shù)字圖像處理主要是一種利用計算機軟件來對圖像進行增強、分割、提取有效特征的有效方式，能夠得到視覺效果更為強烈的圖像。人臉圖像通過數(shù)字化處理所得到的圖像能更方便的進行編程，同時對提取圖片有效信息提供了更可靠的技術(shù)保證。數(shù)字圖像處理研究內(nèi)容主要包括圖像變換、圖像壓縮和編碼、圖像復(fù)原和增強、圖像分割和重建、圖像描述與識別。Matlab圖像處理的基本操作如下：

(1)讀取圖像并顯示：數(shù)字圖像要以一定的標(biāo)準(zhǔn)儲存于存儲器中，并且可以采用BMP，TIF，PCX等格式進行存放。對于圖像數(shù)字化處理的首要步驟就是將待處理的圖像輸入到內(nèi)存中。在Matlab語句中，用imread函數(shù)進行命令的執(zhí)行。

(2)檢查內(nèi)存中的圖像：當(dāng)圖像存儲于內(nèi)存后，為了方便后續(xù)程序編寫，要檢查圖像的格式標(biāo)準(zhǔn)。

(3)實現(xiàn)圖像數(shù)字化處理：當(dāng)文件導(dǎo)入內(nèi)存并進行檢查后，此時可以對人臉圖像進行數(shù)字化處理，例如圖像二值處理、灰度處理、濾波處理以及各種圖像變換等。

(4)保存圖像：圖像處理后的文件要進行保存，保存的格式可以與之前的格式相同或不同，例如原來的圖像格式是tif，保存后的圖像格式可改為png格式。

(5)檢查內(nèi)存中是否生成新圖像：如果生成新的圖片則可以在內(nèi)存中查看生成的圖片信息，此時所有圖片處理程序?qū)?zhí)行結(jié)束。如果沒有找到圖像信息，則說明新的圖像沒有成功生成，還需要再從第一步重新執(zhí)行一次。

3.數(shù)字圖像處理功能的Matlab實現(xiàn)

3.1 圖像類型的轉(zhuǎn)換

Matlab軟件可以支持多種圖像類型，也可以根據(jù)某些特定的要求來對圖像類型進行變換。該版本的圖像處理工具箱中具備大量的可供使用的函數(shù)，可以使不同類型的圖像互相轉(zhuǎn)換?？赏ㄟ^Matlab軟件中的函數(shù)rgb2gray()使彩色圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶葓D像，如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)類型互不匹配時，就可以應(yīng)用工具箱中的轉(zhuǎn)換函數(shù)，例如可以轉(zhuǎn)換為雙精度類型的double()函數(shù)。數(shù)字圖像處理的圖像增強和邊緣檢測都是在灰度圖像的基礎(chǔ)上進行的，因此要先將原始的RGB圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶葓D像。

3.2 圖像增強

為了便于計算機對圖像的處理和分析，可以通過圖像增強的方法使圖片的清晰度和視覺效果得到提高。圖像增強包括兩種方法，即頻域法和空域法。頻域法和空域法的區(qū)別是前者是通過變換域?qū)D像整體進行變換，而后者則是對圖像的每個像素點進行變換。在Matlab7.1軟件中，可以利用medfilter2()函數(shù)對圖像進行中值濾波，用wiener2()函數(shù)可以得到自適應(yīng)濾波的圖像。銳化處理可以使被模糊的細(xì)節(jié)進行加強，可以利用高斯濾波器的方法實現(xiàn)。

總結(jié)

本文主要介紹了人臉識別中人臉圖像預(yù)處理的重要性，人臉庫中的圖像應(yīng)具有統(tǒng)一尺寸標(biāo)準(zhǔn)和灰度標(biāo)準(zhǔn)。詳細(xì)介紹了圖像預(yù)處理的四方面內(nèi)容，即：圖像的灰度變換、圖像直方圖均衡化、圖像的濾波處理、圖像邊緣檢測。其次，介紹了Matlab軟件的概述與應(yīng)用，利用軟件的強大功能編寫程序，驗證了Matlab軟件對圖像預(yù)處理功能，實現(xiàn)了其在人臉識別中的可操作性。

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[2]章毓晉,圖像處理和分析[M].北京：清華大學(xué)出版社,1999.

[3]張智星.MATLAB程序設(shè)計與應(yīng)用[M].北京清華大學(xué)出版社,2002.