一种新的人眼定位方法研究

摘 要：提出一种二级定位人眼方法，第一级进行粗略人眼定位，积分投影函数具有易于提取特征但精度不高并且抗干扰能力弱的特点，结合微分投影函数对灰度变化率识别度高的优点，提出了积分函数和微分函数相结合的微积分投影函数。微积分投影函数进行粗略人眼定位后，利用Hough圆检测有很好的容错性和鲁棒性的特点采用Hough圆检测对人眼瞳孔圆检测，通过MATLAB平台进行实验。实验表明采用改进后的积分投影函数和Hough圆检测针对干扰物（如眼镜），光照变化较强有很强的抗干扰性和定位的准确性。

【关键词】积分投影 微分投影 微积分投影 Hough变换

1 引言

目前，在对驾驶员进行疲劳驾驶检测时，经常采用检测人眼状态信息的疲劳检测技术[1]。人眼定位方法满足精确性、抗干扰性和实时性的需求。常用的人眼定位方法有阈值法、模板匹配、灰度积分投影法、对称变换法等[2]。本文对基于 Hough 变换圆检测的人眼定位方法进行改进。即先采用改进后的积分投影的方法定位人眼，在粗略定位人眼后进行 Hough 变换圆检测精确定位人眼。

2 改进的积分投影法

人脸部分的灰度变化值明显，所以常采用积分投影法定位人眼。微分投影法反应的是图像灰度值的变化[3，4]。对人脸进行垂直积分投影，，微分投影，人眼部分灰度变化大，对人眼灰度部分差分后绝对值累加得到的值最大，将积分投影和微分投影相结合成为微积分投影。

如图1b为人脸积分投影反映出人脸的灰度值，可以看出人脸灰度值最低的两部分分别对应人眼和眉毛。如图1c为人脸的微分投影曲线反映出了人脸灰度值得变化情况，由于人眼和眉毛周围灰度变化较大所以较高的两部分为人眼和眉毛。图1d采用微积分投影函数进行投影曲线，第一个波峰和第二个波峰之间即为眉毛和人眼部分的区域，通过YaleB人脸库的检验，微积分投影的适应性更强，在检测正确率和准确定位的平均相对误差上都明显优于积分投影函数和微分函数。

3 Hough 圆检测

瞳孔圆周围是人脸灰度变化最大的部位之一， 在第一级粗略定位后大大缩小了人眼定位范围，在范围内的圆主要为两个人眼瞳孔，进行Hough检测时人眼的瞳孔一定会被检测出来，但由于是针对参数检测，一定会有干扰圆，排除干扰圆后可得到瞳孔圆。

（1） 利用微积分投影对人眼粗略定位

（2） 在一级粗略定位人眼区域后，采用Hough变换检测瞳孔圆，

（3）人眼瞳孔圆筛选

对目标图像中的圆依次检测，计算第i个圆的目标函数，其中w=0.5， 为周像素点总数，为圆周像素点梯度和，为圆内像素点个数，为圆内灰度值的和，使目标函数最大的两个圆为人眼的两个瞳孔圆。

4 仿真实验结果

实验采用了网络下载人脸库（100 副）。通过150次测试，识别准确率92%。如图2a存在眼镜的遮挡及眼镜的反光，并且双眼不在一水平线上，通过本文二级定位准确的定位了人眼瞳孔；如图2b光照较强在一级微积分定位范围较大的情况下通过二级Hough变换进行准确的定位；

5 结论

本文采用了改进后的积分投影法和Hough圆检测的二级人眼定位方法，实验仿真结果表明本文采用的算法有较好的适应性和抗干扰性，在积分投影的基础上结合了微分投影法针提高了对光照的变化的适应性，在一级人眼粗略定位后，采用Hough变换检测眼瞳孔圆提高了人眼瞳孔检测精确定位的准确率，针对障碍物遮挡（如眼镜），双眼不在同一水平线， 眼球部分被覆盖等情况有较高的定位效果。

参考文献

[1]李云峰，杨益，田俊香.人脸识别的研究进展与发展方向[J].科技资讯，2008（05）.

[2]R. Wildes. Iris recognition： an emerging biometric technology. Proceedings of IEEE.1997.

[3]吕晓琪，张宝华.符合人眼视觉特性的医学图像融合算法[J].计算机应用研究，2006（03）.

[4]赵 硕，郭媛，丁海波.人脸图象中瞳孔定位系统的设计与实现[J].齐齐哈尔大学学报，2006（03）.

作者简介

李孟歆，博士后，教授，主要研究模式识别、图像处理、粗糙集、智能控制等方向。

李东昊，硕士研究生，主要研究模式识别等方向。

作者单位

沈阳建筑大学信息与控制工程学院 辽宁省沈阳市 110168