一种人脸特征提取方法
【专利摘要】本发明涉及一种人脸特征提取方法，包括以下步骤：1)在自然光源环境下拍摄面部照片；2)将照片传输至终端，对人脸图像灰度化，得到水平灰度投影及垂直灰度投影曲线图；3)建立面部的坐标体系，根据水平灰度投影及垂直灰度投影曲线图确定人脸关键特征的坐标映射；4)通过坐标映射定位各面部分区的中心点坐标及分布形状，根据各面部分区的中心点坐标及分布形状计算各面部分区的面积；5)根据各面部分区的中心点坐标及面积，对各面部分区进行像素复制，完成对各面部分区的特征提取。与现有技术相比，本发明具有改变传统分区的模块过于模糊、依赖医生经验的状况，使得面部特征提取更为精确，并且适用于所有脸型等优点。
【专利说明】一种人脸特征提取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种人脸特征提取方法。
【背景技术】
[0002]古文有云:“扁鹊望齐桓侯之面色，而知其病之浅深；张仲景望王仲宣之面色，预其20年后当眉落而死。”可见面色望诊不但可以明辨近病，而且还能够预知远疾。面部望诊是中医诊断学中的重要组成部分，对其的客观化研究也是目前中医现代化研究的重要部分，并形成了面色诊、舌诊等中医独特的传统诊法。
[0003]因面部望诊中不同的部位分属不同的脏腑，故面部分区的正确性是望诊研究中不能忽视的一个重要环节。但是由于对于面部分区的创新性研究较少，传统面部望诊的客观化研究仍然以传统的五脏分区作为研究基础，但由于传统分区的模块过于模糊、部位偏大，使得在此基础上的面部望诊研究在部位的选择上没有明确的标准或计算方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于面部坐标映射的人脸特征提取方法。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]一种人脸特征提取方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]I)在自然光源环境下拍摄面部照片；
[0008]2)将照片传输至终端，对人脸图像进行灰度化，得到水平灰度投影及垂直灰度投影曲线图；
[0009]3)建立面部的坐标体系，根据步骤2)得到的水平灰度投影及垂直灰度投影曲线图确定人脸关键特征的坐标映射:
[0010]4)通过步骤3)得到的坐标映射定位各面部分区的中心点坐标及分布形状，根据各面部分区的中心点坐标及分布形状计算各面部分区的面积；
[0011]5)根据各面部分区的中心点坐标及面积，对各面部分区进行像素复制，完成对各面部分区的特征提取。
[0012]优选地是，在步骤2)中，将照片传输至终端后，先对照片进行初步处理，包括人脸方位矫正、边缘裁剪和/或缩放调整。
[0013]优选地是，在步骤2)中，将照片传输至终端后，先对照片进行预处理，包括增强人脸肤色与背景的对比度，且保持人脸细节及颜色平衡。
[0014]优选地是，所述的建立面部的坐标体系为距离人脸图像适当位置设立坐标原点，绘制X轴和I轴，构成反射区分布屏幕坐标系；
[0015]优选地是，所述根据灰度投影曲线图确定人脸关键特征的坐标映射为:在建立的面部坐标体系内，根据灰度投影曲线图确定人脸各关键特征的位置并绘制经过上述位置的坐标线，使各坐标线成网状分布，获得各坐标线与X轴或I轴的相交坐标值。[0016]优选地是，所述根据灰度投影曲线图确定人脸各关键特征的位置并绘制经过上述位置的坐标线，使各坐标线成网状分布，获得各坐标线与χ轴或y轴的相交坐标值的具体步骤为:
[0017]101)确定左右眼瞳孔圆心坐标:假设位于单个瞳孔内部的点坐标为(Xtemp，Ytemp)，则
[0018]Xtemp = min Σ Ix (x, y)
[0019]Ytemp = min Σ Iy (x, y)
[0020]其中，I (X，y)为 经过初步处理的图像的灰度值，Σ Ix (X，y)表示横坐标为χ的水平灰度投影值，Σ Iy(x,y)表示纵坐标为y的垂直灰度投影值，分别取最小值得到每个瞳孔圆心的粗略坐标为ttemp (Xtemp，Ytemp)；
[0021]可知，左右眼的瞳孔圆心坐标分别为^(Xa, ya)，t2 (xb, yb)，
[0022]则经过两瞳孔圆心坐标tp t2的直线斜率为:
[0023]k = (yb-ya) / (xb-xa)
[0024]计算k值，若斜率k为零，则人脸图像的方位符合标准，不做调整；若斜率k大于零，则顺时针旋转人脸图像反正切函数值arctan(k)角度来调整图像方位，重新获取调整后的I^t2坐标；若斜率k小于零,则逆时针旋转人脸图像反正切函数值arctan(k)角度来调整图像方位，重新获取调整后的tpt2坐标；绘制经过两瞳孔圆心坐标h、t2的直线，该直线与I轴相交点的坐标值定义为y4 ;然后分别经坐标tpt2绘制垂直于χ轴的直线，与χ轴相交点的坐标值分别定义为x3、x7 ；
[0025]102)确定左右眼内外眼角的坐标:定义x2为左外眼角横坐标，x4为左内眼角横坐标，x6为右内眼角横坐标，x8为右外眼角坐标；根据垂直灰度投影曲线图，x4、x6处在两瞳孔x3和x7坐标值中间，且分别位于内侧波谷位置，相应的x2、x8在外侧波谷位置；
[0026]103)确定人脸的左右边界:定义xl为人脸的左边界横坐标，x9为人脸的右边界横坐标；利用图像的垂直灰度投影曲线图，根据凸峰宽度确定人脸的左右边界，通过左右凸峰点绘制纵向切线，和X轴的交点即分别为xl、X9的坐标值；
[0027]104)确定人脸皮肤的上边界:定义yl为人脸皮肤的上边界纵坐标:根据水平灰度投影曲线图取得人脸皮肤上边界，绘制垂直I轴、与上边界凸峰皮肤位置的切线，与I轴交点即为yl坐标值；
[0028]105)确定眉毛上边界及眼睛上边界:定义y2为眉毛上边界纵坐标，y3为眼睛上边界纵坐标:根据水平灰度投影曲线图，绘制垂直于y轴且自yI往下第一个波谷的切线，为眉毛上边界，与I轴的交点为12坐标值，绘制垂直于y轴且自y2往下第一个波谷的切线，为眼睛上边界，与I轴交点为y3的坐标值；
[0029]106)确定嘴唇的上下边界:定义y7为嘴唇上下边界的中心点纵坐标利用图像中的红色像素点投影来确认嘴唇的上下边界，绘制垂直于y轴且穿过嘴唇上下边界的中心点的切线，与I轴相交的点为y7的坐标值；
[0030]107)确定鼻尖坐标:定义y6为鼻尖纵坐标；由垂直灰度投影曲线图得到鼻尖处于人脸中间偏下位置的灰度峰值位置，绘制垂直于I轴且穿过鼻尖的切线，与I轴相交的点为y6的坐标值；
[0031]108)确定两瞳孔中心至鼻尖的1/2处坐标:定义y5为从瞳孔中心至鼻尖的1/2处纵坐标。
[0032]优选地是，步骤4)中，所述的通过坐标映射定位各面部分区的中心点坐标及分布形状为:
[0033]定义面部分区的表达式为:分布形状(中心点坐标)，则
[0034]心:椭圆(x5,y4)；
[0035]肝:左椭圆(xl+(x2_xl)/2,y2),右椭圆(x8+(x9_x8)/2, y2),中间圆(x5, y5)；
[0036]肺:椭圆(x5,y2-(y2_yl)*l/3)；
[0037]脑:椭圆(x5，y3)；
[0038]胸乳:左椭圆(x4+(x5_x4)/2,y4),右椭圆(x5+(χ6-χ5)/2, y4)；
[0039]胆:左椭圆(x4+(x5_x4)/2,y5),右椭圆(x5+(χ6-χ5)/2, y5)；
[0040]脾:圆(x5,y6)；
[0041]小肠:左圆(x3+(x4_x3)/2,y5+ (y6-y5) /2),右圆(x6+(x7_x6)/2,y5+(y6-y5)/2)；
[0042]大肠:左圆(x2+(x3_x2)/2，y6+(y7_y6)/2)，右圆(x7+(x8_x7)/2，y6+(y7-y6)/2)；
[0043]肾:左不规则图形(x2，y7)，右不规则图形(x8，y7)；
[0044]膀胱:椭圆(x5,y6+(y7_y6)/2)；
[0045]生殖系统:椭圆(x5，y7)；
[0046]心理压力:椭圆(x5,yl+(y2_yl)*l/3)。
[0047]优选地是，所述的根据各面部分区的中心点坐标及分布形状计算各面部分区的面积为:
[0048]
【权利要求】
1.一种人脸特征提取方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)在自然光源环境下拍摄面部照片； 2)将照片传输至终端，对人脸图像进行灰度化，得到水平灰度投影及垂直灰度投影曲线图； 3)建立面部的坐标体系，根据步骤2)得到的水平灰度投影及垂直灰度投影曲线图确定人脸关键特征的坐标映射； 4)通过步骤3)得到的坐标映射定位各面部分区的中心点坐标及分布形状，并根据各面部分区的中心点坐标及分布形状计算各面部分区的面积； 5)根据各面部分区的中心点坐标及面积，对各面部分区进行像素复制，完成对各面部分区的特征提取。
2.根据权利要求1所述的一种人脸特征提取方法，其特征在于，在步骤2)中，将照片传输至终端后，先对照片进行初步处理，包括人脸方位矫正、边缘裁剪和/或缩放调整。
3.根据权利要求1所述的一种人脸特征提取方法，其特征在于，在步骤2)中，将照片传输至终端后，先对照片进行预处理，包括增强人脸肤色与背景的对比度，且保持人脸细节及颜色平衡。
4.根据权利要求1所述的人脸特征提取方法，其特征在于，所述的建立面部的坐标体系具体为距离人脸图像适当位置设立坐标原点，绘制X轴和y轴，构成反射区分布屏幕坐标系O
5.根据权利要求4所述的人脸特征提取方法，其特征在于，所述根据灰度投影曲线图确定人脸关键特征的坐标映射为:在建立的面部坐标体系内，根据灰度投影曲线图确定人脸各关键特征的位置并绘制经过上述位置的坐标线，使各坐标线成网状分布，获得各坐标线与X轴或I轴的相交坐标值。
6.根据权利要求5所述的人脸特征提取方法，其特征在于，所述根据灰度投影曲线图确定人脸各关键特征的位置并绘制经过上述位置的坐标线，使各坐标线成网状分布，获得各坐标线与X轴或I轴的相交坐标值的具体步骤为: 101)确定左右眼瞳孔圆心坐标:假设位于单个瞳孔内部的点坐标为(xtemp，Ytemp),则
Xtemp = min Σ Ix (x，y)
Ytemp = min Σ Iy (x, y) 其中，I(x, y)为经过初步处理的图像的灰度值，Σ IxU，y)表示横坐标为χ的水平灰度投影值，Σ Iy(x,y)表示纵坐标为y的垂直灰度投影值，分别取最小值得到每个瞳孔圆心的粗略坐标为 ttemp (Xtemp, Ytemp)； 可知，左右眼的瞳孔圆心坐标分别为!^(Xa, ya), t2(xb, yb), 则经过两瞳孔圆心坐标V t2的直线斜率为: k = (yb-ya) / (\-xa) 计算k值，若斜率k为零，则人脸图像的方位符合标准，不做调整；若斜率k大于零，则顺时针旋转人脸图像反正切函数值arctan(k)角度来调整图像方位，重新获取调整后的t1、t2坐标；若斜率k小于零,贝U逆时针旋转人脸图像反正切函数值arctan(k)角度来调整图像方位，重新获取调整后的tpt2坐标；绘制经过两瞳孔圆心坐标h、t2的直线，该直线与y轴相交点的坐标值定义为y4 ;然后分别经坐标tpt2绘制垂直于χ轴的直线，与χ轴相交点的坐标值分别定义为x3、x7: 102)确定左右眼内外眼角的坐标:定义x2为左外眼角横坐标，x4为左内眼角横坐标，x6为右内眼角横坐标，x8为右外眼角坐标；根据垂直灰度投影曲线图，x4、x6处在两瞳孔x3和x7坐标值中间，且分别位于内侧波谷位置，相应的x2、x8在外侧波谷位置； 103)确定人脸的左右边界:定义xl为人脸的左边界横坐标，x9为人脸的右边界横坐标；利用图像的垂直灰度投影曲线图，根据凸峰宽度确定人脸的左右边界，通过左右凸峰点绘制纵向切线，和χ轴的交点即分别为xl、χ9的坐标值； 104)确定人脸皮肤的上边界:定义yl为人脸皮肤的上边界纵坐标:根据水平灰度投影曲线图取得人脸皮肤上边界，绘制垂直I轴、与上边界凸峰皮肤位置的切线，与I轴交点即为yl坐标值； 105)确定眉毛上边界及眼睛上边界:定义y2为眉毛上边界纵坐标，y3为眼睛上边界纵坐标:根据水平灰度投影曲线图，绘制垂直于y轴且自yl往下第一个波谷的切线，为眉毛上边界，与I轴的交点为12坐标值，绘制垂直于y轴且自y2往下第一个波谷的切线，为眼睛上边界，与I轴交点为y3的坐标值； 106)确定嘴唇的上下边界:定义y7为嘴唇上下边界的中心点纵坐标；利用图像中的红色像素点投影来确认嘴唇的上下边界，绘制垂直于y轴且穿过嘴唇上下边界的中心点的切线，与y轴相交的点为y7的坐标值； 107)确定鼻尖坐标:定义y6为鼻尖纵坐标；由垂直灰度投影曲线图得到鼻尖处于人脸中间偏下位置的灰度峰值位置，绘制垂直于I轴且穿过鼻尖的切线，与I轴相交的点为y6的坐标值； 108)确定两瞳孔中心至鼻尖的1/2处坐标:定义y5为从瞳孔中心至鼻尖的1/2处纵坐标。
7.根据权利要求5所述的一种人脸特征提取方法，其特征在于，步骤4)中，所述的通过坐标映射定位各面部分区的中心点坐标及分布形状为: 定义面部分区的表达式为:分布形状(中心点坐标)，则 心:椭圆(x5, y4)； 肝:左椭圆(xl+(x2-xl)/2，y2)，右椭圆(χ8+(Χ9_Χ8)/2，y2)，中间圆(x5, y5)； 肺:椭圆(x5, y2-(y2-yl)*l/3)； 脑:椭圆(x5，y3)； 胸乳:左椭圆(x4+(x5-x4)/2, y4),右椭圆(χ5+(χ6-χ5)/2, y4)； 胆:左椭圆(x4+(x5_x4)/2, y5),右椭圆(χ5+(χ6-χ5)/2, y5)； 脾:圆(x5, y6)； 小肠:左圆(x3+(x4_x3)/2, y5+(y6_y5)/2),右圆(χ6+ (χ7-χ6)/2, y5+ (y6-y5)/2): 大肠:左圆(x2+(X3-X2)/2，y6+(y7-y6)/2)，右圆(χ7+(χ8-χ7)/2, y6+(y7-y6)/2)； 肾:左不规则图形(x2，y7)，右不规则图形(x8，y7)； 膀胱:椭圆(x5, y6+(y7-y6)/2)； 生殖系统:椭圆(x5，y7) 心理压力:椭圆(x5, yl+(y2_yl)*l/3)。
8.根据权利要求7所述的一种人脸特征提取方法，其特征在于，所述的根据各面部分
9.根据权利要求8所述的一种人脸特征提取方法，其特征在于，步骤5)中，对肾的右不规则图形的人脸部分的像素点阵获取如下:当获取左不规则区域的人脸部分的像素点阵后，以x5为对称轴，获取右不规则图形的像素点阵。
【文档编号】G06K9/00GK103955675SQ201410180787
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】刘亮, 蒋莉莉, 周军明 申请人:上海华博信息服务有限公司