面部识别软件需求规格说明(SRS)(DOC)电子教案.doc

面部识别软件需求规格说明(SRS)(DOC)精品文档需求规格说明的正文格式如下：1引言1.1编写目的人类通过视觉识别文字，感知外界信息。人脸是人机交互中相当重要的因素，通过人脸我们可以判定许多信息。利用人脸特征进行身份验证又是最自然直接的手段，它具有直接、友好、方便的特点，比较容易被用户接受。人脸识别技术经过四十多年的发展，已经取得了长足的进步。目前最好的人脸识别系统在理想情况下已经能够取得可以接受的识别性能。人脸识别技术在国家重要机关及社会安防领域具有广泛用途。基于表观的人脸识别方法直接对二维人脸图像像素点处的灰度值进行操作，多数采用统计学习的方法提取人脸的特征，进而进行人脸的分类识别。Osamu等人对人脸的原始图像进行二值化处理，得到人脸的等灰度图图像，采用合成的等灰度线图匹配识别。Nefian等人利用采样窗口所形成的图像块的2DDCT(Discrete Cosine Transform)系数或_一T(Karhunen Loeve Transform)系数来构造观察向量序列，采用HMM进行人脸识别。Yoon等人201提出了1DHMM和神经网络相结合的混合方法。Martinez21提出的方法是首先把人脸分成不同的区域，然后采用PCA来分析不同的区域，通过1DHMM来描述不同区域之间的关系，然后根据Bayesian规则识别人脸。Nefian等人定义了一种嵌入式HMM(EHMM：Embedded Hidden Markov Model)用于人脸识别。基于人脸的灰度图像，Kirby等人23，24和Turk等人首次把主元分析的子空间思想引入到人脸识别中，提出了著名的人脸识别算法主成分分析法或特征脸算法(Eigenface)。特征脸算法是建立在对人脸图像分布的主元分析(PCA)的基础之上，这种算法假设人脸图像在高维观测空间中服从近似高斯分布，通过变量变换保留高维数据空间的主要特征信息即主分量，除去有可能来自于噪声的次要分量，从而达到降维的目的。该方法以训练样本的总体散度矩阵为产生矩阵，经KLT变换(KLT：KarhunenLoeve Transformation)后得到相应的一组特征向量，由于主特征向量具有脸的形状因此称之为特征脸，由前K个最大特征值对应的特征向量所张成的空间称为人脸子空间，这样既可以降低空间维数，同时又提取了人脸特征。任何一幅人脸图像就可以用这K个特征脸的线性组合来表示，其加权系数即是KLT的展开系数。人脸识别就是将待识别人脸投影到特征空间，根据欧氏距离确定最佳匹配。在特征脸的基础上，Cappelli等人提出了多空间KL变换，把训练样本分割成不同子集，这些子集采用不同的KLT构造不同的子空间来表示不同的子模式。Kim等人采用KernelPCA的方法提取脸部特征，KemeI-PCA是PCA非线性扩展分析方法，其基本思想是通过非线性变换将数据空间变换为特征空间，然后在特征空间计算主分量。Vasilescu和Terzopoulo提出了多线性子空间方法(MLS：Mulit1inear Subspace)。这种方法在一种多线性框架下进行子空间分析，建立在一种张量分解算法_Nnode SVD基础之上，在多个相互关联的特征空间上进行维数约减。Yang和Ding29提出了一种对称主分分析算法(SPCA-Symmetrical Principal Component Analysis)。这种算法通过PCA和奇偶分解规则相结合将人脸的对称性信息应用到人脸识别研究中。首先将一幅人脸图像分解成奇图像和偶图像的和，分别对奇图像和偶图像进行主成分分析，提取他们的PCA特征，根据它们在人脸中的能量比及对模式变化的敏感度选择特征构成用于人脸识别的特征向量。作为对传统PCA的一种拓展，Yang和Zhang30提出了二维PCA的人脸识别方法。这种方法用一种二维图像矩阵表示人脸，直接根据原始的二维图像矩阵构建图像的协方差矩阵，采用图像协方差矩阵的主要特征向量作为人脸图像的表示特征。这种方法提出了一种崭新的人脸表示方法，并在此基础上根据主成分分析的思想讨论了人脸特征的提取和识别问题。在传统的模式识别方法中，基于Fisher准则的线性辨别分析 (LDA：Linear DiscriminantAnalysis)是一种针对两类单模凸分布问题的非常有效的分类方法。Belhumeur等32】利用这种方法来提取人脸图像的最优辨别性特征，并称之为Fisher脸方法。Fisher脸方法也可以看做是一种描述数据分布的方法，不过它关心的是那些具有最大分辨能力的方向。Fisher脸的缺点是训练样本的数量往往远小于样本维数，需要利用PCA等算法先降低样本的维数。另外，Fisher脸最多可以得到的基的个数和类别的个数有关，如果类别数目太少的话，这种方法的识别效果将下降。1.2背景1.2.1项目名称基于Android平台的人脸登陆认证签到软见开发1.2.2项目建设背景随着社会的发展及技术的进步，社会各方面对快速高效的自动身份验证的需求可以说无处不在，并与日俱增。例如，某人是否是我国的居民，是否有权进入某安全系统，是否有权进行特定的交易等。尤其是自2001年美国“91l”恐怖袭击发生以来，如何在车站、机场等公共场所利用高科技手段，迅速而准确地发现并确认可疑分子成了目前世界各国在反恐斗争中普遍关注的问题。为此，各国都投入大量人力、物力研究发展各类识别技术，使得生物特征识别技术得到了极大的发展。生物特征识别技术主要包括：人脸识别、虹膜识别、指纹识别、步态识别、语音识别、笔迹识别、掌纹识别以及多生物特征融合识别等。人类通过视觉识别文字，感知外界信息。在客观世界中，有75的信息量都来自视觉，因此让计算机或机器人具有视觉，是人工智能的重要环节。由于生物特征是人的内在属性，具有很强的稳定性和个体差异性，因此是身份验证最理想的依据。与虹膜、指纹、基因、掌纹等其他人体生物特征识别系统相比，人脸识别系统更加直接、方便、友好，易于为用户所接受，并且通过人脸的表情、姿态分析，还能获得其它识别系统难以得到的一些信息。人脸识别技术在国家重要机关及社会安防领域具有广泛用途。例如：公安系统的罪犯识别、信用卡验证、医学、档案管理、视频会议、人机交互系统等身份识别和各类卡持有人的身份验证。同其他人体生物特征(如：指纹、掌纹、虹膜、语音等)识别技术相比，人脸识别技术的隐性最好，人脸识别系统更直接、友好，是当今国际反恐和安防最重视的科技手段和攻关标志之一。虽然人类能毫不费力地识别出人脸及表情，但对人脸的机器自动识别确实一个难度极大的课题，它涉及到模式识别、图像处理及生理、心理学等诸多方面的知识。人脸识别技术的研究虽然己经取得了一定的可喜成果，但在实际应用中仍存在着许多严峻的问题。人脸的非刚体性、姿态、表情、发型以及化妆的多样性都给正确识别带来了困难，要让计算机像人一样方便地识别出大量的人脸，尚需不同科学研究领域的科学家共同不懈的努力。随着科学技术的迅速发展，如今各种各样的签到系统应运而生，与电子、硬件的结合，早已取代了以前的笔签方式，这也是社会发展的必然趋势。现今市场上流通的声音识别、指纹识别、视网膜识别都需要有很高的硬件要求，不少中小型企业、公司、学校受条件的限制，不能投入大量的资金进行这项技术的推广。因此开发一套实用的适合各类型企业使用的系统已迫在眉睫。 而我们开发的人脸识别签到系统所需配置简单，仅需计算机配上摄像头即可；操作简单，签到人员来到自己的岗位后可以直接在自己的电脑上完成签到。恰恰弥补了现今市场流通的高配置签到系统的不足，为企业或高校节省了不菲的额外开支；同时也实现了签到的系统化、规范化和自动化。1.2.3项目委托单位无委托单位，本项目为专业实训内容，由小组成员讨论得出。1.2.4项目使用单位本项目的所有成员都可以使用该项目的最终成果。1.2.5项目任务提出者我们在专业实训张璇老师的指导下，由小组成员共同讨论得出结果。我们将进行基于Android平台的面部识别登陆软件项目的开发。1.2.6项目主要承担者陈长赓、陈翼、李明娜1.3定义暂无1.4参考数据调用opencv中的图像处理和PCA算法1.5版本更新信息暂无2任务概述2.1目标本次我们项目的最终目标是通过PCA算法对人脸简单的识别和处理实现对系统登陆签到的功能。我们本次项目的核心是将OpenCV中的PCA算法调用实现人脸识别的功能，并且制作简单的便于使用登陆签到应用软件。识别的目的就是将别的图像或特征与数据库中的进行匹配。识别的任务主要有两个：其一是人脸辨认，即确定输入人脸图像是库中的哪一个人，是一对多的匹配过程；其二是人脸确认，即验证某个人的身份是否属实，是一对一的匹配过程。人脸确认是人脸辨认的简单化，人脸辨认比人脸确认要难得多，因为人脸辨认系统涉及到大批量数据的比对。在海量数据的检索比对中，识别精度和检索时间是相当重要的指标。根据输入图像的性质，可以讲人脸识别分为静态图像的人脸识别和动态图像序列的人脸识别两大类。前者主要是用静态图像如从证件照片、罪犯照片、场景照片上扫描的图像进行识别；后者则是用摄像机摄取的时间图像序列进行识别。2.2用户的特点采用人脸认证登录，可以免去繁琐的密码输入，交互更加快捷方便。除此之外，作为一项典型的生物特征识别技术，人脸登录技术还具有其他加密手段不可比拟的一些优势：1、更符合人类的识别习惯。相比于冰冷的键盘和复杂的“娉娉袅袅十三余, 豆蔻梢头二月初”密码，坐在终端前晃一晃脑袋就能登录显然更加亲切；2、图像采集设备的成本低。人脸认证需要的终端摄像头在PC和手机上几乎都是标准的外设，这就避免了指纹、虹膜等识别技术需要专门采集设备的麻烦；3、非接触式识别。用户不需要触摸甚至不需要靠近设备就能实现“远程”登录。操作便捷的同时也不会对用户造成生理上的伤害，容易被大多数的用户接受。4、具备事后追踪能力。人脸认证系统可以在登录事件发生的同时保存当事人的人脸图像，即使不懂技术的管理人员，也可以直观的对事件进行监控和复查，这确保了系统具有良好的事后追踪能力。2.3假定和约束我们假定用户在android4.0以上版本的系统上，并且系统的使用者必须有一定的文化功底，且主要是面向来自云大学生，且只提供学生签到功能。约束：根据系统需求说明书，本系统应当遵循的标准或规范： a) 本着以方便用户的原则，即最大可能的满足用户友好性；b) 数据库设计以及界面设计严格按照系统需求说明书来完成。c) 软件、硬件环境（包括运行环境和开发环境）的约束：软件要求必须是android4.0以上版本的系统，硬件用户必须有摄像头，触屏显示屏等等输入/输出设备。软件质量的约束，要求数据特别是学生登陆信息的正确性必须得以保证，有较强的软件健壮性、可移植性以及可靠性，算法有较强简洁性，效率尽可能的高，同样数据的安全性和扩展性也必须得以保证，尽可能的不受非自然因素的干扰与损坏。3需求规定3.1对功能的规定人脸识别是人类视觉系统所具有的最基本和最重要的功能之一，利用计算机进行人脸自动识别(AFR：Automatic Face Recognition)一直是模式识别、计算机视觉、计算机图形学等领域中的重要研究课题。近几十年来，随着图像处理、模式识别、机器学习、计算机视觉等研究领域的发展，及身份验证、场景监控、人机交互、社会公共安全等方面应用需求的广泛增加，作为生物特征识别技术之一的人脸识别研究受到了空前的重视。除了具有重要的应用价值，人脸识别研究在学术上也有着重要的意义。人脸是典型的可变形体，特征分布具有对称性。对这种可变形体的深入研究有助于解决一般二维物体的识别问题，从而能够推动计算机视觉和模式识别等领域中基础研究的发展。人脸识别作为一种典型的图像分析与理解、模式分类计算问题，为模式识别、图像处理、认知科学、生理学、心理学等学科提供了一个良好的具体问题，有利于构建这些学科领域的基础实验平台，用于尝试新方法、验证新理论、解释新现象。人脸识别问题的深入研究和最终解决，将可极大促进相关学科的研究和发展。同时，人脸识别也是智能人机接口领域的重要研究内容之一。人脸识别本质上是要赋予计算机区分不同人物个体的能力，这也恰恰是智能人机接口研究需要解决的问题之一，是机器智能的重要表现。人脸识别问题的最终解决将可改善目前呆板、不方便的人机交互环境，从而在一定程度上改变人们的生活方式。最早的关于人脸识别的研究可以追溯到上个世纪末，Sir Francis Galton分别于1888年和1910年在Nature杂志上发表了两篇关于利用人脸进行身份识别的文章，对人类自身的入脸识别能力进行了分析，但当时还未涉及到人脸的自动识别问题。Chan等人于1965年在Panoramic Research Inc发表的技术报告是最早的自动人脸识别的研究论文。目前，大多数人脸识别研究都是以二维人脸灰度图像为研究对象，以图像在像素点处的灰度值为基本数据，采用统计学习的方法研究入脸的表示和识别理论。随着计算机软硬件技术的飞速发展，彩色人脸图像、二维人脸图像的获取已经变得相对比较容易，因而，以二维人脸图像、彩色人脸图像为研究对象的人脸识别越来越受到相关领域研究人员的关注。本文的关注点也正在于此，下面我们将对相关的研究工作进行综述。3.1.1角色（Actor）定义二维人脸识别经常受到图像成像条件的影响，比如人脸的姿态、图像成像时的光照等。二维人脸包含有较二维人脸图像更多的信息，如何充分挖掘二维人脸的有用信息，在一定程度上克N-维人脸识别中姿态和光照的影响是识别领域研究者关注的一个焦点。人脸识别研究中面临的两个主要的问题是人脸对象的表示和基于相应表示模型的分类识别。对于彩色人脸图像而言，。传统的人脸识别方法通常是对彩色人脸的各个颜色通道分别处理，然后通过融合各个通道分类结果作为最后的识别结果。然而，这种处理问题的方式缺乏一定地说服力彩色人脸图像的各个颜色通道，比如R、G、B三个分量，原本是有机的整体，相互之间具有较强的关联性，因此，如果人为地将其分开处理，势必会对图像本身的信息结构造成影响。如何建立彩色人脸图像的有效表示模式，并基于相应的模式研究人脸的特征提取和分类识别是研究者关注的另一个问题。本文正是基于上述问题，在基于二维模型的人脸识别，以及二维人脸识别方面展开了研究，提出了若干新的思路和想法，并给出了相应的实验结果。本文的主要工作大体上可以分为以下三个方面：(1)基于彩色特征人脸的人脸识别。彩色人脸图像区别于灰度人脸图像，灰度图像在每个像素点处只有一个灰度值，而彩色图像在图像的每个像素点处同时有R，G，B三个颜色分量。本文对人脸识别领域最成功、应用最广泛的特征脸(Eigenfaces)算法进行了深入地分析，针对彩色人脸图像与灰度人脸图像的异同，提出了一种基于彩色特征人脸(Color-Eigenfaces)的人脸识别算法。我们首先将传统的特征脸算法中灰度人脸图像的表示模式进行了拓展，由一个分量的标量表示方式拓展成分量的向量表示方式，对彩色人脸图像的R，G，B三个颜色分量直接进行编码。然后，根据主成分分析的理论与思想，计算二维彩色特征人脸，建立彩色人脸的特征子空间。最后，基于彩色特征人脸进行人脸识别。(2)基于二维人脸主动可变形模型的人脸识别。基于二维人脸灰度图像的人脸识别算法经常遇到图像成像条件的影响，二维人脸模型具有更高的自由度，可以在二维人脸空间中自由旋转。本文在深入分析二维人脸模型特点的基础上，针对二维人脸识别算法中的姿态和光照问题，提出了一种基于二维人脸主动可变形模型的人脸识别算法。首先，在二维人脸数据库BT-3D Face Database的基础上构建了一种二维人脸的可变形模型二维人脸主动可变形模型。然后，采用该二维人脸模型估计二维图像中人脸的旋转角度。同时，在算法中融合了Seo等人提出的人脸肤色转换算法，将所有的人脸图像变换到与目标图像相同的肤色空间，在一定程度上减少光照变化对人脸识别的影响。最后，将所有的人脸图像变换到统一的姿态下进行识别，减少姿态变化对识别效果的影响。(3)基于矩阵表示模型的二维人脸识别。相对于二维人脸图像而言，二维人脸不但提供了人脸的二维形状信息(以X，Y，Z的形式给出)，同时也提供了人脸的纹理信息(以R，G，B的形式给出)。结合二维人脸数据的特点，本文提出了一种基于矩阵表示模型的二维人脸识别算法。我们将二维人脸对象上的顶点定义为表示模型的基本单元(Basic Unit)，将二维人脸在顶点处的属性值定义为表示模型的基本分量(Basic Component)，进而建立二维人脸的矩阵表示模型。然后，根据线性对象类和线性子空间的理论，建立二维人脸对象的紧致表示模式，并以表示模式中的投影系数为特征进行人脸对象的分类、识别。3.1.2各功能模块整个原型系统主要包括图像采集、图像预处理、人脸检测、人脸识别以及数据库管理五个功能模块。(1)图像采集子模块图像采集子模块主要解决人脸图像来源的问题。人脸图像可以是本地文件系统中已存的静态图像，也可以是来源于摄像头的动态人脸图像序列中的一帧。模 (2)图像预处理子模块为了增强后续的识别过程的识别率，预处理子模块主要进行对图像进行彩色图像转灰度图像、平滑去噪声、光照补偿(灰度归一化)、离散小波变换等操作。 (3)人脸检测子模块人脸检测子模块主要负责对人脸图像中的人脸进行检测和定位。在人脸图像找出人脸，并将人脸保存。采用的检测算法基于Adaboost的人脸检测方法。(4)人脸识别子模块识别过程包括两个部分：训练过程和识别过程。识别针对的图像是经过DWT变换后的低频子图。该模块采用的人脸识别算法为联合DWT和PCA的识别方法。(5)数据库管理子模块数据库管理子模块主要负责系统与数据库的交互工作。系统与数据库的交互主要通过COM组件ADONET来完成。3.2对性能的规定3.2.1界面需求(1)系统主界面原型系统中对人员的录入有两种方式：批量人员的录入以及单个人员的录入。批量人员的录入是由用户指定路径，系统将把该路径下的全部人像照片录入到数据库中，录入的同时进行人脸检测和DWT变换。(2)添加人员界两添加单个人员在人像照片采集时有两种方式。可以从本地文件系统录入一张一p霉翠I；黪l叠一 一一黟一一北京【业大学I学硬i学位论文静态的人像照片，也可以通过摄像头动态的采集一张照片。照片采集结束后，系统会在后台进行人脸检测和DWT变换，并将结果显示到界面上，点击添加将人员信息录入到数据库中。(3)人像比对界而用户可以在本地选择一张照片，点击比对后系统在后台进行DWT+PCA的识别运算，计算出待比对的照片与数据库中已有人像库中的每幅照片的相似距离，相似距离越小表明两幅人脸越相似。然后按Mahalanobis距离升序排列，最后将结果显示到右侧的列表中。可以看出同一个人进行比对后的测量距离较小，不同人进行比对后的测量距离较大，测量距离越小表示两人越相似。基于PCA的人脸识别方法对光照、表情以及背景等因素很敏感。而自建人脸库中的照片大多为生活照，对识别的结果会造成一定的影响。界面要做到简洁明了，易操作，易使用，满足用户需求3.2.2其它非功能性需求（1） 性能需求a. 数据精确度：在从数据库中提取数据进行识别对比时，要求数据定位准确，在可控范围内；在向数据库输入数据时，要求录入数据有校验准确；查询返回的信息均来源于数据文件。b. 时间特性:：程序响应时间：在人的感觉和视觉事物范围内；信息交换时间：要求在程序调用前调用后都与数据文件保持同步更新，信息交换施加应该小于程序调用时间。c. 适应性：要求数据文件局用很好的更新能力，由于本产品是试验性软件，故对磁盘和内存容量没有很高的要求，但是数据文件应该能够对并发事件，脏数据具有较强的识别处理能力。当需求发生某些变化时，旅游景点管理应用软件操作方式、数据结构、运行环境基本不会发生变化，变化只是将对应的数据文件内的记录改变，或将过滤条件改变即可。d. 磁盘容量：由于要存贮大量的数据和信息，所以要求要有足够的磁盘容量。e. 主存容量：为了满足查询用户的要求，系统必须要有高的运作速度，查询用户填写的查询内容输入到系统，系统必须能快速及时做出响应，迅速处理各项数据、信息，显示出所有必需信息各项清单，所以要求很高的信息量速度和大的主存容量。f. 摄像头：像素要求在200万像素以上，对图片保存格式为png。（2） 安全措施需求云大学生签到软件在开放过程中，所有参与开发工作的相关人员必须遵守以下规则：a. 所有开发人员不得将有关本软件开发的任何信息泄露给开发团队以外的其他人员或组织，必须严格遵守保密的规定。b. 任何参与开发的人员不得在未经允许的情况下，擅自在程序中插入会损害系统安全，破坏其它文件或收集用户个人信息的程序段。c. 开发人员所收集的各种用于本软件开发的信息和材料必须是符合国家相关规定的，合法且真实的。d. 软件的使用过程中，不得以任何形式欺骗本软件的使用者，不允许向用户提供虚假的，不可靠的信息。e. 云大学生签到软件的版权归开发团队所有，任何开发人员不得以盈利为目的，私自将本软件卖给其它个人或组织。（3） 安全性需求云大学生签到软件应当是一个单机的可执行程序。该软件采用了独立的数据文件，但是使用过程中仍有可能会影响到系统的数据文件，也有可能会影响到其它文件的数据，造成数据的变更。因此要求云大学生签到软件的数据文件必须是稳定的，可正确运行的，尽量降低与系统数据文件的关联性，以确保系统数据的安全。此外，云大学生签到软件也应当明确不与其它形式的软件相关联，以免影响到其它软件的正常运行，造成数据的丢失。云大学生签到软件面向所有有需求的用户开放，采用帐号密码登录机制和人脸登陆机制，不要求用户提供的任何可以确定用户身份的个人信息，只是按操作进行登陆认证，用户根据提示操作实现登陆流程。用户使用完本软件后，云大人脸签到登陆软件不会对用户的个人信息，浏览记录进行保存，仅保存登陆信息和可供查看签到信息，以确保用户和本软件的安全性。4运行环境规定4.1设备支持Android4。0以上版本的操作系统。硬件需求：内存128MB以上4.2支持软件本软件为独立软件，支持android系统软件的登陆。5产品提交我们于2013年12月26日按时提交产品-云大学生签到，并于接下来的一周完成产品相关文档的提交。收集于网络，如有侵权请联系管理员删除