专利名称：二维人脸验证系统的制作方法
现有的基于二维图像的人脸验证系统包括获取一幅用户人脸图像(称为探测)，其首先对该图像进行几何配准，接着对其进行光测度规格化。然后从规格化的图像计算出特定特征，并将这些特征与一个已经存储在系统中的模型(定义在特征空间中多个模板中的一个)进行比较。模板的创建过程称为训练。如果该验证过程是核实(verification)过程，则将上述特征与声称的身份模型进行对比。如果验证过程是识别(identification)过程，则将数据库中的全部模型与该探测图像进行匹配，而最佳匹配结果就确定了被测对象的身份。
基于二维图像的人脸验证系统对照明变化和试验对象姿态变化非常敏感。人们已经提出了许多解决方案来减少上述姿态问题。例如，可以使用一个多视图模型，在登记阶段内生成各个用户的模板，这些模板代表了人脸的多个不同姿态的视图。然而，这种处理方法有许多困难。首先，任意姿态的探测图像很难进行几何配准。而且，因为每种姿态都需要一个不同的特征空间，所以增加了该系统的复杂程度。除此之外，可以构造一个统计模型，用于获取各种姿态引起的人脸变化。由此产生的统计二维人脸形态模型则可以用于匹配探测图像。由此便可以得出形态模型中包含的区别信息，并利用这些信息进行验证。与此类似，可以构造一个人脸三维统计模型进行姿态匹配。这些方法的问题在于，每当系统登记一个新用户，系统就需要进行重新训练，而且系统重新训练后，还必须为全部现有用户生成新模板。这样会耗费时间，并且在许多应用程序中都无法实现。如果不对系统进行重新训练，系统则无法为探测图像获取的人脸姿态建立起适当的模型，由此引起的任何错误都可能妨碍后续的确定探测图像身份的匹配过程。此外，这些方法受照明变化的影响极大。
Zhao和Chellappa的最近研究[WY Zhao and R Chellappa，3D model enhancedface recognition，Proceedings IEEE International Conference on Image Processing2000，Vancouver，Canada]提出，如果采用一个通用三维人脸模型来辅助二维处理过程，则可以良好地处理姿态和照明两者的变化。该模型可将探测图像重新映射到正面姿态图像当中，同时可以校正其中的光照变化。该系统的优点在于，当登记一个新用户时，系统不需要进行重新训练。然而，与上面提到的二维和三维统计模型一样，通用三维人脸模型与特定用户的二维人脸图像匹配会引起残差，这种残差会导致配准错误并进一步导致识别错误。
根据本发明提出一种二维人脸验证过程，该过程利用一个用户特定的三维人脸形状模型。
根据本发明进一步提出一种用于人脸验证过程的登记过程，包括为每个用户获取一个二维人脸验证模板和一个用户特定的三维人脸形状模型。
我们提出一种新颖的二维人脸验证方法，该方法利用了用户特定的三维模型。在用户登记阶段，获取每个三维模型和普通用户模板。任何三维人脸模型采集系统都可用于该目的。通过人脸生物测定系统对用户身份进行进一步验证，这种验证仅基于二维探测，而系统中已经存储的三维模型和用户模板则作为参考。在进行核实的情况下，该验证过程由已声称的身份相关联的三维模型辅助执行。这种三维人脸模型与观测到的探测图像进行配准，然后重新映射到正面人脸图像。根据Zhao和Chellappa的算法，把重新映射的图像进行光测度规格化。与他们的研究成果不同，用户特定的三维模型用于计算光测度规格化过程所需的人脸形状导数，而不用于计算通用人脸模型导数。这种方法更精确，从而能得到更好的结果。经过姿态校正和光照校正的图像被输入到人脸验证系统的二维人脸核实子系统当中，以获得关于声称的身份的最后判识结果。
在进行识别(identification)的情况下，该系统一直假设系统已知用户身份。对于每种假设而言，三维模型与探测图像进行配准的过程、姿态校正和光测度规格化都与上面详细描述的一样为核实(verification)过程而执行。各种假设实现匹配的得分按照递减次序排列。得分最高的假设则定义了该探测图像。
除上述人脸验证过程之外，在登记阶段为每个用户获取三维人脸形状模型和二维人脸验证模板的过程同样具有新颖性。在登记阶段为每个用户获取三维人脸形状模型和二维人脸验证模板后仅仅获取二维人脸图像探测以进一步进行验证的过程也具有新颖性，其中利用了存储于系统中的用户特定三维人脸形状模型来辅助验证。这种方法的优点在于，当加入新用户时验证系统不需要进行重新训练，也不需要重新生成用户模板。
权利要求
1.一种二维人脸验证过程，利用一个用户特定的三维人脸形状模型。
2.根据权利要求1所述的二维人脸验证过程，其中所述用户特定的三维人脸形状模型用于生成姿态和光照规格化所需的数据。
3.根据权利要求2所述的二维人脸验证过程，其中所述数据包括人脸形状导数。
4.一种用于二维人脸验证过程的登记过程，其中包括为每个用户获取一个二维人脸验证模板和一个用户特定的三维人脸形状模型。
5.一种二维人脸验证系统，利用权利要求1至3中任一权利要求所述的二维人脸验证过程。
6.一种二维人脸验证系统，利用权利要求4所述的登记过程。
7.一种实质上与本文描述相同的二维人脸验证过程。
8.一种实质上与本文描述相同的用于二维人脸验证过程的登记过程。
9.一种实质上与本文描述相同的二维人脸验证系统。
全文摘要
本发明涉及一种新颖的利用用户特定的三维模型进行二维人脸验证的方法。在用户登记阶段，获取每个三维模型和普通用户模板。任何三维人脸模型采集系统都可用于该目的。通过人脸生物测定系统对用户身份进行进一步验证，这种验证仅基于二维探测，而已存储于系统中的三维模型和用户模板则作为参考。在核实状态下，该验证过程由已声称的身份相关联的三维模型辅助执行。
文档编号G06K9/00GK1879113SQ200480033024
公开日2006年12月13日 申请日期2004年11月10日 优先权日2003年11月10日
发明者J·基特勒 申请人:全感知有限公司