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METODOLOGIAS PARA IDENTIFICAÇÃO DE FACES EM IMAGENS: INTRODUÇÃO E EXEMPLOS DE RESULTADOS Fernando Carvalho, João Manuel R. S. Tavares ISEP – Instituto.

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1 METODOLOGIAS PARA IDENTIFICAÇÃO DE FACES EM IMAGENS: INTRODUÇÃO E EXEMPLOS DE RESULTADOS Fernando Carvalho, João Manuel R. S. Tavares ISEP – Instituto Superior de Engenharia do Porto FEUP – Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto LOME – Laboratório de Óptica e Mecânica Experimental

2 Introdução: Em Visão Computacional, uma das áreas que tem tido elevado interesse, por parte dos seus investigadores, é a das imagens de faces; Nesta apresentação, são resumidamente indicadas várias aplicações e sumariamente descritas três das metodologias existentes; Para cada metodologia considerada são apresentados alguns resultados experimentais, obtidos a partir do uso da plataforma de desenvolvimento Matlab. Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares

3 As metodologias existentes, no domínio das imagens de faces, são usualmente utilizadas em Visão Computacional para: Detecção de faces; Extracção de características faciais; Reconhecimento e seguimento temporal de faces; Classificação/análise de expressões faciais; Geração de faces virtuais; Simulação do estado emocional nas faces; Simulação do efeito do envelhecimento nas faces; etc. Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro

4 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Metodologias consideradas: 1.Correlação Cruzada; 2.Detecção de zonas de Pele; 3.Modelos Protótipos Deformáveis. Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro

5 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Descrição : Permite a detecção de uma sub-imagem ( Template ), relativa a uma dada característica facial, como o olho, a boca, etc; Consiste na determinação da transformada de Fourier, da Imagem com a face e da sub-imagem, seguida da correlação cruzada entre as transformadas; Os coeficientes de correlação são obtidos pela transformada Inversa de Fourier; As coordenadas correspondentes ao valor máximo dos coeficientes de correlação, corresponde à potencial localização da sub-imagem. Método de Correlação Cruzada Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Imagem com a face e sub-imagem do olho: imagens originais (em cima), após a normalização (em baixo) e respectivos histogramas (ao lado). Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro

6 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Imagem original com a sinalização, a vermelho, da correspondente localização da sub-imgem “Mapa” dos Coeficientes de Correlação Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro Exemplo de resultados

7 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Descrição: Conversão do formato RGB para o formato YCRCB, permite:  A eliminação do efeito da luminosidade;  A implementação de um modelo de probabilidade que segue uma distribuição normal ou Gaussiana ; É calculada a Média e a Covâriancia do modelo de probabilidade, a partir de um conjunto de amostras de pele, convertidas no formato YCRCB, de vários indivíduos; O algoritmo, tendo como referência a Média e a Covâriancia das amostras, procede à determinação da probabilidade de dado pixel, de dada imagem em análise, pertencer a uma dada zona de pele; Por último, faz a segmentação da imagem pelas zonas de pele encontradas, e procede à respectiva representação binária dessas mesmas zonas. Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Método de Detecção de Zonas de Pele Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro

8 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Conversão do Formato RGB para o Formato YCRCB Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Imagem original, Componente Y - intensidade, Cb – Componente azul, Cr – Componente vermelha. (da esquerda para a direita) Amostras de pele Imagem com 32 amostras de pele, extraídas da face de indivíduos de raça branca, e de ambos os sexos Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro

9 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Modelo de probabilidade da distribuição normal Função de probabilidade obtido das amostras de pele consideradas Consideremos as variáveis aleatórias são representadas por:, cuja média e pode-se definir a função de probabilidade da distribuição Gaussiana como: e a co-variância e atendendo que: Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro

10 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Imagem de probabilidade e respectiva binarização (da esquerda para a direita). Resultado obtido a partir do detector de zonas de pele Verificação dos segmentos correspondentes a Faces:  Utiliza-se o algoritmo de correlação cruzada;  A sub-imagem é um modelo facial adequado;  A imagem a correlacionar, de níveis de cinzento, corresponde a uma dada zona de pele a verificar;  É determinado o ângulo de inclinação da zona a verificar, sendo este atribuído ao modelo facial (aumenta-se a eficácia da correlação);  É estabelecido um limiar nos coeficientes de correlação, cerca de 0.6, que permite considerar ou não o segmento como face. Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro

11 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Segmento facial, níveis de correlação e modelo facial (da esquerda para a direita) Exemplos de resultados Face circunscrita por um rectângulo Sequência de detecção, com múltiplas faces Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro

12 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Método dos Modelos Protótipos Deformáveis Descrição: Permitem a detecção de faces e a extracção de características; Modelos parametrizados, os parâmetros conferem-lhe o comportamento deformável; Considera-se o principio da Minimização de Energia para actualização dos parâmetros (por exemplo, pelo método do gradiente descendente); É necessário aplicar um pré-processamento à imagem em análise, de forma a realçar a característica facial pretendida (por exemplo, detector de orlas); O processamento correspondente ao ajuste dinâmico do modelo à característica facial, é dividido por épocas (processo iterativo). Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro

13 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Imagem de Intensidade, vales de Intensidade, Picos de Intensidade, Orlas de intensidade (da esquerda para a direita e de cima para baixo) Modelo paramétrico, definido por 11 parâmetros Exemplos de resultados Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro Exemplo de modelo protótipo para o olho

14 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Primeira época:  É usado o campo de energia correspondente aos vales de Intensidade, permite encontrar o centro da íris;  Coordenadas do ponto inicial P a vermelho (ponto (30, 35) – ponto dado);  Coordenadas do ponto final Q a verde (ponto (38,21) – ponto obtido). Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Exemplos de resultados, determinação da íris Imagem com ponto inicial a vermelho, percurso iterativo a azul e ponto final a verde Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro

15 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Imagem com representação da íris através de uma circunferência, a vermelho o contorno final, a azul os contornos das sucessivas iterações Segunda época:  São usados os campos de energia correspondentes aos vales de intensidade e intensidade da imagem, permite encontrar a orla correspondente à íris. Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro (Raio inicial: 20 pixels, Raio final: 9,3 pixels )

16 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Imagem com a representação da íris através de um circunferência, a vermelho o contorno final, a azul os contornos das sucessivas iterações durante o ajuste fino Terceira época:  É usado o campo correspondente às orlas de intensidade, permitindo um ajuste fino à orla da íris. Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro (Raio inicial: 9,3 pixels, Raio final: 10,3 pixels )

17 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações O algoritmo de correlação cruzada é eficiente, embora por vezes não apresente resultados conclusivos (por exemplo quando a imagem em estudo é bastante distinta da usada para extrair a sub-imagem usada na correlação). O Algoritmo de detecção de zonas de pele apresenta bons resultados ao nível da detecção da face, no entanto a existência de outras zonas de pele, correspondentes a distintas partes do corpo na imagem, implica que as mesmas sejam também detectadas. O Algoritmo dos modelos protótipos deformáveis apresenta boas características de detecção, contudo o valor de algumas constantes associadas aos níveis de energia têm de ser obtidos experimentalmente (pesos a usar). Conclusões Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro

18 Imagens de Faces: Exemplos de Metodologias e Aplicações Determinar a rotação da face a partir dos segmentos de pele obtidos; Continuação dos ensaios experimentais usando modelos protótipos deformáveis mais complexos; Aplicação do método dos protótipos deformáveis ao seguimento de características faciais em sequências de Imagens (por exemplo usando em conjunto com o filtro de Kalman). Trabalho Futuro Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares Introdução | Introdução | Metodologias | Aplicação | Conclusões | Trabalho Futuro

19 Obrigado! Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería 2005 Fernando Carvalho, João Tavares


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