Đề tài Nhận dạng ảnh mặt người trong điều kiện ánh sáng thay đổi

®¹i häc quèc gia hµ néi khoa c«ng nghÖ Vò §×nh Hoµng NhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi trong ®iÒu kiÖn ¸nh s¸ng thay ®æi Ngµnh: C«ng nghÖ th«ng tin C¸n bé h−íng dÉn: TS. Hµ Quang Thôy TS. NguyÔn Thanh Tïng Hµ néi 2002 1 Môc lôc lêi nãi ®Çu.......................................................................................................................3 ch−¬ng 1. Tæng quan vÒ nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi ............................5 1.1 Bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi ............................................................5 1.1.1 Bµi to¸n vµ c¸c yªu cÇu nhËn d¹ng.....................................................................5 1.1.2 Gi¶i quyÕt bµi to¸n tõ quan ®iÓm cña lý thuyÕt nhËn d¹ng..................................8 1.2 gi¶i quyÕt vÊn ®Ò trong bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi......9 1.2.1 Thu nhËn d÷ liÖu.................................................................................................10 1.2.2 BiÓu diÔn ®èi t−îng.............................................................................................12 1.2.3 LËp luËn kÕt qu¶.................................................................................................14 1.3 hÖ thèng kü thuËt nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi ....................................14 1.3.1 Qui tr×nh c«ng nghÖ xö lý th«ng tin ....................................................................15 1.3.2 C¸c vÊn ®Ò trong triÓn khai thùc tÕ ....................................................................16 1.3.3 C¸c øng dông ®iÓn h×nh......................................................................................17 ch−¬ng 2. nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi trong ®iÒu kiÖn ¸nh s¸ng thay ®æi .........................................................................................................................19 2.1 Ph©n tÝch c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh nhËn d¹ng .......19 2.1.1 ¸ nh s¸ng..............................................................................................................19 2.1.2 C¸c thay ®æi h×nh häc.........................................................................................19 2.1.3 Sai sè do hÖ thèng...............................................................................................20 2.2 C¸c kü thuËt gi¶i quyÕt..................................................................................20 2.2.1 §−a c¸c th«ng tin vÒ ®iÒu kiÖn m«i tr−êng vµo m« t¶ ®èi t−îng........................20 2.2.2 C¸ch gi¶i quyÕt dùa trªn kü thuËt kho¶ng c¸ch tiÕp xóc....................................24 2.2.3 KÕt hîp c¸c c¸ch biÓu diÔn ®èi t−îng kh¸c nhau...............................................26 Ch−¬ng 3. thuËt to¸n nhËn d¹ng trong ®iÒu kiÖn ¸nh s¸ng thay ®æi .........................................................................................................................32 3.1 ThuËt to¸n so s¸nh khu«n mÉu dùa theo kho¶ng c¸ch tiÕp xóc ................................................................................................................................32 3.2 ThuËt to¸n so s¸nh ®iÓm ®Æc tr−ng dùa theo kho¶ng c¸ch tiÕp xóc ................................................................................................................................35 3.3 KÕt hîp hai thuËt to¸n so s¸nh trªn ......................................................37 2 KÕt luËn ........................................................................................................................39 Tµi liÖu tham kh¶o.................................................................................................40 3 lêi nãi ®Çu NhËn d¹ng mÆt ng−êi b»ng m¾t lµ mét ph−¬ng thøc th«ng dông rÊt hiÖu qu¶ vµ ®¹t ®é chÝnh x¸c cao ngay c¶ trong tr−êng hîp cã c¸c thay ®æi lín bëi c¸c t¸c nh©n kÝch thÝch trùc quan do c¸c ®iÒu kiÖn quan s¸t, diÔn c¶m, l·o hãa vµ c¸c tiªu khiÓn nh− kÝnh hoÆc c¸c thay ®æi kiÓu tãc. Tuy nhiªn viÖc x©y dùng c¸c hÖ thèng tù ®éng thùc hiÖn nhiÖm vô nhËn d¹ng nµy th«ng qua ¶nh lµ rÊt khã kh¨n v× gÆp ph¶i c¸c biÕn ®æi quan träng trong qu¸ tr×nh ®Þnh d¹ng ¶nh. D−íi ®©y lµ mét sè bµi to¸n cã liªn quan tíi nhËn d¹ng mÆt ng−êi: - Ph¸t hiÖn ®−êng biªn cña mÆt ng−êi trong mét ¶nh chôp toµn c¶nh nµo ®ã (t¸ch ¶nh mÆt ng−êi), - X¸c ®Þnh ng−êi qua ¶nh ®· ®−îc t¸ch nhê ®èi s¸nh ¶nh víi ¶nh cña mét tËp hîp ng−êi ®· ®−îc qu¶n lý nµo ®ã (®Þnh danh ¶nh), - Ph©n tÝch c¸c diÔn c¶m cña mÆt ®Ó biÕt ®−îc t×nh tr¹ng cña ng−êi trong ¶nh t¹i thêi ®iÓm chôp ¶nh NhËn d¹ng mÆt ng−êi tù ®éng lµ mét c«ng viÖc khã kh¨n bëi v× kh¶ n¨ng thay ®æi vèn cã cña qu¸ tr×nh ®Þnh d¹ng ¶nh trong giíi h¹n vÒ chÊt l−îng ¶nh vµ tr¾c quang, h×nh häc, che lÊp, thay ®æi, vµ c¶i trang. Ngµy nay tÊt c¶ c¸c hÖ thèng nhËn d¹ng mÆt tù ®éng ®ang sö dông chØ cã thÓ thùc hiÖn trªn c¸c cë së d÷ liÖu ¶nh h¹n chÕ trong giíi h¹n vÒ cì, tuæi, giíi tÝnh, vµ/hoÆc chñng téc vµ tuy nhiªn, nhËn d¹ng mÆt tù ®éng ®−îc thõa nhËn lµ tèt trong c¸c m«i tr−êng ®−îc ®iÒu khiÓn. Kho¸ luËn "NhËn d¹ng mÆt ng−êi trong ®iÒu kiÖn ¸nh s¸ng thay ®æi" cã néi dung kh¶o s¸t mét sè ph−¬ng ph¸p vµ kü thuËt trong lÜnh vùc nhËn d¹ng ¶nh, ®−îc chia thµnh ba ch−¬ng: Ch−¬ng 1 "Tæng quan vÒ nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi" tr×nh bµy mét c¸ch tæng quan vÒ c¸c nhiÖm vô cña hÖ thèng nhËn d¹ng mÆt: M« t¶ bµi to¸n, c¸ch gi¶i quyÕt bµi to¸n theo quan ®iÓm cña lý thuyÕt nhËn d¹ng vµ c¸c hÖ thèng triÓn khai thùc tÕ. Néi dung cña ch−¬ng ®−îc chia lµm 3 phÇn. PhÇn thø nhÊt m« t¶ bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi, tr×nh bµy c¸c ®iÒu kiÖn bµi to¸n, c¸c yªu cÇu nhËn d¹ng vµ gi¶i quyÕt bµi to¸n theo quan ®iÓm cña nhËn d¹ng. PhÇn thø hai gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò trong bµi to¸n nhËn d¹ng, ®−a ra c¸c quy tr×nh mµ mét hÖ thèng nhËn d¹ng tu©n theo. PhÇn thø ba m« t¶ hÖ thèng kü thuËt trong bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi, tr×nh bµy c¸c quy tr×nh xö lý th«ng tin, c¸c vÊn ®Ò triÓn khai thùc tÕ vµ c¸c øng dông ®iÓn h×nh. Ch−¬ng 2 "Ph©n tÝch c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh nhËn d¹ng vµ c¸c c¸ch tiÕp cËn ®Ó gi¶i quyÕt bµi to¸n." tr×nh bµy c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn nhËn d¹ng ¶nh vµ hai c¸ch 4 tiÕp cËn nh»m gi¶i quyÕt bµi to¸n. Khãa luËn xem xÐt c¸ch tiÕp cËn dùa trªn khu«n mÉu, c¸ch tiÕp cËn dùa trªn ®iÓm ®Æc tr−ng vµ kÕt hîp c¶ hai c¸ch tiÕp cËn nµy ®Ó thu ®−îc kÕt qu¶ tèt nhÊt. Ch−¬ng 3 "Mét sè thuËt to¸n gi¶i quyÕt bµi to¸n dùa trªn hai c¸ch tiÕp cËn nhËn d¹ng ¶nh mÆt". Ch−¬ng nµy tr×nh bµy c¸c thuËt to¸n nhËn d¹ng mét ¶nh dùa trªn thuËt to¸n kho¶ng c¸ch tiÕp xóc. PhÇn kÕt luËn nªu tãm t¾t l¹i néi dung chÝnh ®−îc ®Ò cËp ®Õn trong khãa luËn, mét sè kÕt qu¶ vµ khiÕm khuyÕt cña khãa luËn vµ ®Þnh ra ph−¬ng h−íng nghiªn cøu tiÕp theo. PhÇn tµi liÖu tham kh¶o tr×nh bµy c¸c tµi liÖu nghiªn cøu gÇn ®©y cña mét sè t¸c gi¶ n−íc ngoµi. Mçi tµi liÖu ®Òu nªu ®−îc khÝa c¹nh nµo ®ã cña néi dung ®ang nghiªn cøu. Do thêi gian vµ tr×nh ®é cßn h¹n chÕ, viÖc triÓn khai thuËt to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi trong c¸c ®iÒu kiÖn thay ®æi cña ¸nh s¸ng cßn ë møc ®é nhÊt ®Þnh vµ ch−a ®−îc cµi ®Æt trong thùc tÕ. Hy väng r»ng nÕu thêi gian vµ cñng cè thªm sù hiÓu biÕt t«i sÏ tiÕn hµnh nghiªn cøu s©u h¬n vÒ vÊn ®Ò nµy. 5 ch−¬ng 1. Tæng quan vÒ nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi C«ng nghÖ nhËn d¹ng ¶nh ®−îc øng dông trong nhiÒu miÒn øng dông kh¸c nhau vµ t¸c ®éng ®Õn nhiÒu khÝa c¹nh cña ®êi sèng con ng−êi: - Trong c«ng nghiÖp: NhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi tù ®éng ®−îc ¸p dông cho c¸c hÖ thèng b¶o mËt nh− kiÓm so¸t truy cËp truyÒn th«ng tr¹m lµm viÖc, truy cËp ng©n hµng. - Trong chÝnh phñ: HÖ thèng nhËn d¹ng mÆt ng−êi tù ®éng ®−îc dïng trong kiÓm so¸t xuÊt nhËp c¶nh, kiÓm so¸t vïng biªn giíi vµ b¶o mËt an ninh s©n bay, h¶i c¶ng. NhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi tù ®éng cã thÓ hç trî cho viÖc x¸c ®Þnh téi ph¹m ®èi víi môc ®Ých cña ph¸p lý vµ c¸c kü thuËt chèng khñng bè. - Trong y häc: NhËn d¹ng mÆt ng−êi tù ®éng cã thÓ h÷u Ých trong viÖc nghiªn cøu hÖ thèng thÇn kinh, sù ph¶n øng t©m lý cña bÖnh nh©n. §Ó x©y dùng mét hÖ thèng nhËn d¹ng mÆt ng−êi tù ®éng, tr−íc hÕt cÇn xem xÐt c¸c kh¸i niÖm vµ bµi to¸n liªn quan trong hÖ thèng nãi trªn. 1.1 Bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi Trong bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi cÇn quan t©m ®Õn c¸c yÕu tè ngo¹i c¶nh t¸c ®éng ®Õn qu¸ tr×nh vµ quan t©m ®Õn c¸c c¸ch tiÕp cËn ®Ó gi¶i quyÕt bµi to¸n nhËn d¹ng sao cho hÖ thèng nhËn d¹ng lµ bÒn v÷ng víi c¸c yÕu tè t¸c ®éng ®Õn qu¸ tr×nh nhËn d¹ng. Tr−íc hÕt mét sè kh¸i niÖm ®−îc gi¶i thÝch nh− d−íi ®©y: - ¶nh mÆt ng−êi: Mét ¶nh chôp mÆt cña mét ng−êi nµo ®ã ®ang cã trong hÖ thèng, - Líp ¶nh mÆt ng−êi: Do ¶nh chôp mÆt ng−êi phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn ngo¹i c¶nh vµ néi t©m cña ng−êi ®ã khi chôp ¶nh nªn víi mçi mét ng−êi, hÖ thèng cÇn cã mét tËp hîp ¶nh mÆt cña cïng mét ng−êi ®ã song thÓ hiÖn ®−îc nhiÒu tr¹ng th¸i kh¸c nhau. Chóng ta gäi tËp hîp ®ã lµ tËp ¶nh mÉu cña ng−êi ®ã. Khi nãi ®Õn mét líp ¶nh mÆt ng−êi lµ nãi ®Õn tËp ¶nh mÉu cña cïng mét ng−êi. 1.1.1 bµi to¸n vµ c¸c yªu cÇu nhËn d¹ng Bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi cã thÓ ®−îc ph¸t biÓu nh− sau: Cho tr−íc mét tËp h÷u h¹n (nhãm ng−êi), danh tÝnh vµ c¸c th«ng tin tïy th©n cã thÓ ®−îc biÕt tr−íc, x lµ ¶nh mÆt ng−êi cÇn nhËn d¹ng th× bµi to¸n thùc hiÖn theo c¸c nhiÖm vô nh− sau: - X¸c ®Þnh danh tÝnh cña ng−êi trong ¶nh khi ®· biÕt ng−êi ®ã thuéc vµo nhãm ng−êi ®· biÕt. §©y chÝnh lµ bµi to¸n ph©n lo¹i N líp. - X¸c ®Þnh xem ng−êi trong ¶nh thuéc vµo nhãm ng−êi cho tr−íc hay kh«ng. 6 - Gi¶ thiÕt r»ng ng−êi trong ¶nh lµ mét ng−êi thuéc nhãm ng−êi biÕt tr−íc, cÇn kiÓm tra xem gi¶ thiÕt ®ã cã ®óng kh«ng. - NhËn d¹ng ®Çy ®ñ tøc lµ tr−íc tiªn ta xem ng−êi trong ¶nh cã thuéc nhãm ng−êi cho tr−íc hay kh«ng, sau ®ã x¸c ®Þnh xem ¶nh ®ã lµ cña ng−êi nµo trong nhãm. Tr−íc hÕt cÇn lµm râ kh¸i niÖm ¶nh ®−îc qu¶n lý trong hÖ thèng nhËn d¹ng ¶nh. HÖ thèng qu¶n lý ¶nh quan t©m tíi hai yÕu tè sau ®©y: - §Æc tr−ng ¶nh cña ®èi t−îng ®−îc qu¶n lý. Theo lý thuyÕt nhËn d¹ng ¶nh, mçi mét lo¹i ¶nh ®èi t−îng cã mét sè ®Æc tr−ng nµo ®ã ch¼ng h¹n nh− nhËn d¹ng mÆt ng−êi th× cã c¸c lo¹i ®Æc tr−ng hiÓu mÆt: tr¸i xoan, ch÷ ®iÒn, tû lÖ kho¶ng c¸ch hai m¾t ... hoÆc nhËn d¹ng ch÷ c¸i lµ sè thµnh phÇn liªn th«ng viÕt nªn ch÷ c¸i ®ã .... C¸c ®Æc tr−ng nµy ®−îc ph©n thµnh hai lo¹i: c¸c ®¹i l−îng bÊt biÕn (kh«ng bÞ thay ®æi trong mäi thao t¸c víi ¶nh) vµ c¸c ®Æc tr−ng kh¸c. Gäi n1 lµ sè c¸c ®Æc tr−ng thuéc lo¹i nµy. - YÕu tè t¸c ®éng cña m«i tr−êng vµo ¶nh khi chôp. ¶nh chôp cña mét ®èi t−îng phô thuéc vµo m«i tr−êng chôp ¶nh (¸nh s¸ng, gãc chôp...) v× vËy ®Ó nhËn d¹ng ¶nh cÇn tÝnh ®Õn t¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi víi ¶nh chôp. C¸c ¶nh h−ëng m«i tr−êng m¹nh nhÊt ®ã lµ ¸nh s¸ng, gãc chôp (yÕu tè h×nh häc) ... §Ó hÖ thèng nhËn d¹ng ¶nh ho¹t ®éng tèt cÇn biÓu diÔn ®−îc sù t¸c ®éng nãi trªn tíi ¶nh. Gi¶i ph¸p ®Çu tiªn ®−îc nghÜ ®Õn lµ cÇn n¾m b¾t ®−îc "toµn bé" c¸c ®iÒu kiÖn m«i tr−êng lµ kh«ng thÓ thùc thi ®−îc v× kh¶ n¨ng v« h¹n vÒ t¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi víi ¶nh chôp. Mét hÖ thèng rÊt khã thùc hiÖn tèt nÕu nh− kh«ng gian ho¹t ®éng lµ qu¸ lín (®−a qu¸ nhiÒu ¶nh h−ëng m«i tr−êng) hoÆc qu¸ bÐ (®−a qu¸ Ýt ®iÒu kiÖn m«i tr−êng). §iÒu ®ã buéc chóng ta ph¶i t¹o ra mét kh«ng gian ®ñ ®Ó hÖ thèng cã thÓ ho¹t ®éng. V× vËy, con ng−êi th−êng chän ra nh÷ng ®Æc tr−ng c¬ b¶n nhÊt cña m«i tr−êng t¸c ®éng vµo ¶nh chôp víi miÒn gi¸ trÞ h¹n chÕ ®Ó tËp hîp ¶nh n¾m b¾t lµ n»m trong thùc thi c¸c hÖ thèng nhËn d¹ng ¶nh. Gäi n2 lµ sè c¸c ®Æc tr−ng cña m«i tr−êng t¸c ®éng vµo ¶nh chôp. KÕt hîp mét ®èi t−îng cïng víi mét ®iÒu kiÖn m«i tr−êng cô thÓ th× t¹o ra mét ¶nh cña mét ®èi t−îng ®−îc thÓ hiÖn th«ng qua mét vector n = n1 + n2 thµnh phÇn, ch¼ng h¹n ¶nh x ®−îc biÓu diÔn th«ng qua mét vector (x1 , x2 , ..., xn). TËp hîp c¸c vector biÓu diÔn ¶nh nãi trªn ®−îc gäi lµ kh«ng gian ¶nh. x H×nh 1.1 M« t¶ kh«ng gian biÓu diÔn ¶nh 7 H×nh 1 m« t¶ kh«ng gian biÓu diÔn ¶nh vµ vÞ trÞ mét ®èi t−îng trong kh«ng gian ®ã. §èi t−îng quan s¸t lµ ®èi t−îng x bao gåm c¸c h−íng biÓu hiÖn c¸c ®Æc ®iÓm cña ®èi t−îng x. NÕu ®èi t−îng x cµng nhiÒu ®Æc ®iÓm th× sè chiÒu cña kh«ng gian trªn cµng t¨ng. Ta gäi sè chiÒu cña kh«ng gian lµ d th× kh«ng gian ®−îc biÓu diÔn Sd (kh«ng gian S cã d chiÒu). §Õn ®©y x ®−îc coi lµ mét ®èi t−îng cña Sd (x ∈ Sd). §èi víi bµi to¸n nhËn d¹ng, ®èi t−îng nhËn d¹ng lµ kÕt qu¶ cña mét qu¸ tr×nh quan s¸t. Cô thÓ trong bµi to¸n nhËn d¹ng nµy, hÖ thèng ®−îc thùc hiÖn qua c¸c qu¸ tr×nh nh−: thu gi÷ ¶nh, biÓu diÔn ¶nh vµ cuèi cïng lµ lËp luËn ¶nh ®· biÓu diÔn ®Ó thu ®−îc kÕt qu¶ mong muèn. Bµi to¸n nhËn d¹ng ®−îc tr×nh bµy nh− sau: - x ∈ Sd: lµ mét vector d-chiÒu thÓ hiÖn kÕt qu¶ quan s¸t ®−îc c¸c sè ®o tõ mét qu¸ tr×nh hay mét ®èi t−îng ®ang nghiªn cøu nµo ®ã. - C ={C1…Cn}: tËp hîp h÷u h¹n tªn ®−îc g¸n cho c¸c qu¸ tr×nh hay ®èi t−îng nghiªn cøu vµ c¸c tËp Ci (i=1..n) ®−îc gäi lµ c¸c líp. - g(x): Sd → {C1…Cn}: thuËt to¸n nhËn d¹ng lµ hµm x¸c ®Þnh phÐp ¸nh x¹ tõ kh«ng gian Sd sang tËp hîp C. Môc tiªu cña bµi to¸n nhËn d¹ng sö dông hµm g(x) ®Ó x¸c ®Þnh mét kÕt qu¶ quan s¸t ®−îc x ∈ Sd cã thuéc vÒ líp Ci ∈ C hay kh«ng. §Ó thùc hiÖn ®−îc nhiÖm vô nµy ®ßi hái ph¶i cã thuËt to¸n tèt nhÊt nµo ®ã vµ thuËt to¸n ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch tèi thiÓu hµm x¸c suÊt nhËn d¹ng sai tøc lµ P[g(x) # Ci] → min. Nh− vËy ta nhËn thÊy bµi to¸n nhËn d¹ng bao gåm c¸c vÊn ®Ò cÇn ®−îc gi¶i quyÕt sau ®©y: - Thu ®−îc kÕt qu¶ quan s¸t. - X¸c ®Þnh kh«ng gian Sd biÓu diÔn ®èi t−îng. - X¸c ®Þnh thuËt to¸n nhËn d¹ng tèt nhÊt. Th«ng th−êng tõng ®èi t−îng nhËn d¹ng cho phÐp chóng ta x¸c ®Þnh ®−îc kh«ng gian Sd sao cho c¸c ®¹i diÖn cña ®èi t−îng nµy kh¸c so víi c¸c ®¹i diÖn cña ®èi t−îng kh¸c. Tuy nhiªn trong bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi rÊt khã cã thÓ biÓu diÔn ®−îc ®èi t−îng t¹i v× c¸c ®¹i diÖn thu ®−îc trong c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nhau ®èi víi mÆt cña mét ng−êi nh−: ®é tuæi lµm biÕn ®æi s¾c th¸i mÆt, ¸nh s¸ng t¸c ®éng, diÔn c¶m cña mÆt, gãc chôp ¶nh mÆt, tãc, kÝnh vµ c¸c yÕu tè kh¸c cã thÓ ¶nh h−ëng ®Õn sù trÝch ra c¸c mÉu. C¸c ¶nh thu ®−îc cßn ph¶i tr¶i qua c¸c qu¸ tr×nh biÕn ®æi nh− sù quay, sù co d·n vµ c¸c dÞch chuyÓn. C¸c yÕu tè t¸c ®éng trªn kh«ng dÔ dµng chuÈn hãa ®Ó ®−a vµo kh«ng gian biÓu diÔn mµ trong ®ã sù m« t¶ c¸c líp lµ t¸ch biÖt. 8 C¸c nhiÖm vô trong nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi ®−îc minh häa nh− h×nh sau: Trong c¸c h×nh minh ho¹ trªn cho thÊy kh«ng gian biÓu diÔn ¶nh ®−îc ph©n chia thµnh c¸c vïng kh¸c nhau, mçi vïng biÓu diÔn mét ®èi t−îng nhËn d¹ng. C¸c ®−êng kÎ trªn kh«ng gian biÓu diÔn ¶nh cho ta ®−îc c¸c luËt ph©n lo¹i ¶nh. Quan s¸t ¶nh ta thÊy ¶nh biÓu diÔn 3 ng−êi kh¸c nhau vµ mèi ng−êi øng víi mét ký hiÖu kh¸c nhau. H×nh trªn cho biÕt mét hÖ thèng nhËn d¹ng ¶nh ph¶i thùc hiÖn ®−îc ®Çy ®ñ c¸c vÊn ®Ò ®Æt ra trong qu¸ tr×nh nhËn d¹ng. 1.1.2 Gi¶i quyÕt bµi to¸n tõ quan ®iÓm cña lý thuyÕt nhËn d¹ng Ph©n líp kh«ng gian biÓu diÔn ¶nh Bµi to¸n nµy lµ mét bµi to¸n ph©n lo¹i N líp t−¬ng øng víi tËp c¸c líp ®· cã: C1…CN trong ®ã Ci lµ mét líp ¶nh nµo ®ã vµ tÊt c¶ c¸c líp ®ã ®Òu ®−îc m« h×nh hãa. Líp ®−îc gi¶i quyÕt bëi biÓu diÔn d÷ liÖu cña tõng líp vµ øng dông mét trong nhiÒu kü thuËt ph©n lo¹i mÉu. Kh¶ n¨ng x¶y ra sai sè ph©n lo¹i mét mÆt x ®−îc gi¶m tíi møc tèi thiÓu bëi viÖc g¸n nã tíi líp Ck víi x¸c suÊt hËu nghiÖm P(Ck⏐x) lín nhÊt, trong ®ã )( )()( )( xp CPCxp xCP kkk = (1) p(x) lµ mËt ®é tuyÖt ®èi, p(x⏐Ck) lµ mËt ®é x¸c suÊt phô thuéc líp vµ P(Ck) lµ x¸c suÊt tiªn nghiÖm ®èi víi líp Ck. V× p(x) lµ gièng nhau ®èi víi mäi líp nªn nã kh«ng ®−îc ®Þnh gi¸ ®Ó lµm t¨ng x¸c suÊt hËu nghiÖm. Do ®ã, mét c¸ch tiÕp cËn tíi nhiÖm vô ph©n lo¹i lµ m« h×nh hãa c¸c mËt ®é x¸c suÊt phô thuéc líp p(x⏐Ck). H×nh 1.2 Chia kh«ng gian ¶nh thµnh c¸c vïng kh¸c nhau, c¸c vïng biÓu hiÖn cña 3 ng−êi kh¸c nhau vµ biÓu hiÖn cña mçi mét ¶nh t−¬ng øng víi mét nhiÖm vô trªn. 9 X¸c minh danh tÝnh cña mét ng−êi cho tr−íc theo nghÜa lµ kiÓm tra xem ng−êi ®ã cã thuéc mét líp ¶nh mÆt ng−êi ®· biÕt hay kh«ng Sù x¸c minh nµy cã thÓ ®−îc xem xÐt nh− mét bµi to¸n ph©n lo¹i 2 líp. Gi¶ sö ®· cã hai líp C0 vµ C1 t−¬ng øng víi c¸c tr−êng hîp danh tÝnh ®ã lµ ®óng hoÆc lµ sai. §Ó lµm t¨ng x¸c suÊt hËu nghiÖm, x sÏ ®−îc g¸n cho Co nÕu vµ chØ nÕu )( )()( )( 0 11 0 CP CPCxp CxP > (2) trong ®ã mËt ®é p(x ⎜C1) miªu t¶ sù ph©n t¸n c¸c mÆt ng−êi kh¸c so víi danh ttÝnh ®−îc yªu cÇu. X¸c ®Þnh ng−êi trong ¶nh cã thuéc nhãm ng−êi cho tr−íc hay kh«ng §èi víi bµi to¸n nµy cã hai c¸ch gi¶i quyÕt ®ã lµ: C¸ch thø nhÊt: Gi¶i quyÕt nh− mét bµi to¸n ph©n lo¹i 2 líp C0 vµ C1 víi líp C0 ®¹i diÖn cho mét tËp tÊt c¶ c¸c líp trong nhãm cßn C1 ®¹i diÖn cho kh«ng gian kh«ng chøa líp nµo trong nhãm ®ã (tËp cßn l¹i). TÊt c¶ c¸c líp ®−îc côm l¹i ®−îc gäi lµ líp C0 vµ x¸c ®Þnh ®èi t−îng nhËn d¹ng cã thuéc trong líp C0 nµy hay kh«ng, ng−îc l¹i th× ®èi t−îng n»m trong líp C1. C¸ch thø hai: Mét c¸ch tiÕp cËn kh¸c bao gåm viÖc x©y dùng mét tr×nh x¸c ®Þnh danh tÝnh ®èi víi mçi mét ng−êi trong S. NhiÖm vô nµy ®−îc thùc hiÖn bëi viÖc ®−a ra N sù x¸c minh danh tÝnh t−¬ng øng víi N lÇn kiÓm tra ®èi t−îng x cã thuéc mét líp nµo ®ã hay kh«ng. NÕu kh«ng thuéc vµo líp nµo th× kÕt luËn kh«ng x¸c ®Þnh ®−îc ng−êi ®ã, ng−îc l¹i th× x¸c minh ®−îc ¶nh ®ã. Sù nhËn d¹ng ®Çy ®ñ NhiÖm vô nµy ph¶i thùc hiÖn ®Çy ®ñ c¸c nhiÖm vô ë trªn, tr−íc tiªn ph¶i ph©n ®Þnh ®−îc c¸c danh tÝnh cña ®èi t−îng nhËn d¹ng (ph©n lo¹i c¸c líp) vµ sau ®ã x¸c ®Þnh xem ®èi t−îng ®ã lµ thuéc vÒ líp nµo trong c¸c líp thu ®−îc. NhiÖm vô nµy ®−îc thùc hiÖn bëi sù liªn kÕt N tr×nh x¸c minh danh tÝnh, t−¬ng tù nh− c¸ch tiÕp cËn x¸c ®Þnh ®èi t−îng lµ thuéc vÒ líp nµo trong nhãm S. 1.2 gi¶i quyÕt vÊn ®Ò trong bµi to¸n nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi C¸c vÊn ®Ò quan träng trong nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi ®−îc thÓ hiÖn nh− sau: Sù thu nhËn (Acquisition): ®©u lµ c¸c nh©n tè quan träng trong c¸ch thu thËp th«ng tin mÆt ng−êi? 10 Sù biÓu diÔn (Representation): c¸ch biÓu diÔn c¸c nh©n tè thu ®−îc trong qu¸ tr×nh thu nhËn c¸c th«ng tin vÒ ¶nh. Sù lËp luËn (Reasoning): c¸ch mµ mét hÖ thèng nhËn d¹ng mÆt cã thÓ lµm ®Ó so s¸nh c¸c mÆt ng−êi nh»m ®¹t hiÖu qu¶ nhÊt. Mçi tõ c¸c môc con d−íi ®©y tr×nh bµy chi tiÕt ba vÊn ®Ò ®· ®−îc nªu trªn ®©y. 1.2.1 Thu nhËn d÷ liÖu C¸c vÊn ®Ò quan träng trong nhËn d¹ng ¶nh mÆt ng−êi ®−îc thÓ hiÖn nh− sau: Sù thu nhËn (Acquisition): ®©u lµ c¸c nh©n tè quan träng trong c¸ch thu thËp th«ng tin mÆt ng−êi? Sù biÓu diÔn (Representation): c¸ch biÓu diÔn c¸c nh©n tè thu ®−îc trong qu¸ tr×nh thu nhËn c¸c th«ng tin vÒ ¶nh. Sù lËp luËn (Reasoning): c¸ch mµ mét hÖ thèng nhËn d¹ng mÆt cã thÓ lµm ®Ó so s¸nh c¸c mÆt ng−êi nh»m ®¹t hiÖu qu¶ nhÊt. Mçi tõ c¸c môc con d−íi ®©y tr×nh bµy chi tiÕt ba vÊn ®Ò ®· ®−îc nªu trªn ®©y. 1.2.2 Thu nhËn d÷ liÖu PhÇn nµy xem xÐt c¸ch mµ d÷ liÖu gèc ®−îc thu nhËn tr−íc khi c¸c vÊn ®Ò cña sù biÓu diÔn ®−îc thùc hiÖn. C©u hái ®Æt ra lµ: Cã bao nhiªu kiÓu ¶nh mÆt lµ cÇn thiÕt vµ kiÓu ®ã lµ g×?. Cã bao nhiªu kiÓu thay ®æi sÏ ®−îc m« t¶ trong c¸c ¶nh vµ c¸c kiÓu ®ã lµ g×?. Trong vÊn ®Ò vÒ b¾t gi÷ d÷ liÖu ta cÇn chó ý tíi c¸c vÊn ®Ò nh− lµ x©y dùng ®−îc c¬ së d÷ liÖu ¶nh, tr×nh ph¸t hiÖn mÆt, ph©n ®o¹n vµ chuÈn ho¸ ¶nh. Môc ®Ých cña viÖc x©y dùng mét c¬ së d÷ liÖu ¶nh lµ nh»m phôc vô cho viÖc ph©n tÝch thuËt to¸n vµ cho viÖc kiÓm §èi t−îng Ph©n ®o¹n Ph¸t hiÖn mÆt ChuÈn ho¸ DataBas e Th«ng tin Vïng th«ng tin C¸c mÆt thu ®−îc L−u tr÷ H×nh 1.3. M« pháng c¸c giai ®o¹n thùc hiÖn cña vÊn ®Ò b¾t gi÷ d÷ liÖu 11 nghiÖm hÖ thèng ngoµi ra c¬ së d÷ liÖu cßn ®−îc khai th¸c trong c¸c hÖ thèng nhËn d¹ng. M« t¶ vÊn ®Ò b¾t gi÷ d÷ liÖu biÓu diÔn trong h×nh 1.3. ViÖc x©y dùng c¬ së d÷ liÖu ph¶i tho¶ m·n ®−îc sù biÓu diÔn c¸c biÕn thÓ cña m«i tr−êng. Ngoµi ra c¬ së d÷ liÖu ph¶i thÓ hiÖn ®−îc sù m« t¶ c¸c th«ng tin vÒ bÒ mÆt, c¸c diÔn c¶m cña mÆt vµ c¸c ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn bªn ngoµi t¸c ®éng ®Õn qu¸ tr×nh nhËn d¹ng. C¸c hÖ thèng nhËn d¹ng chóng kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc trªn c¸c d÷ liÖu lín, chóng