基于Matlab圖像處理的公交車乘客識別系統

孫燕斌 黃裕滿 劉文一

摘要：基于Matlab圖像處理方法和原理，重點研究matlab圖像特征提取技術。用Matlab圖像處理函數編寫出一種新的算法，運用該算法加上市場上已有的系統和硬件，使公交車乘客識別系統得以實現，該算法可以在圖像中定位人臉區域，且能根據人眼位置等數據來切割圖像，一系列處理后還能準確提取人臉特征，大大提高了公交車識別系統的識別能力。

關鍵詞：Matlab;數字圖像處理;識別系統

1、系統的實現

1.1系統簡述

一個完整的公交車乘客識別系統應包括圖像與身高采集、提取圖像特征、圖像特征數據庫、對比識別，身高判定、計數等單元。 當乘客上車時觸發圖像與身高采集單元，系統采集當前的視頻圖像與身高，單元執行對圖像特征提取，提取出乘客的面部特征，將面部特征輸入到圖像特征數據庫進行對比，然后身高判定，輸出結果、計數。

2、基于Matlab圖像處理的算法

2.1 Matlab 對圖像處理的優勢

MATLAB 推出以來，綜合各界精英所編寫的各種程序，經過許久的融合和完善，成為了被世界認可的科學計算與數學應用優秀軟件之一，在國內外廣受歡迎的可視化科學計算軟件。它的功能十分的強大，尤其是對矩陣的實驗是其他軟件無法比擬的。MATLAB有功能強大的工具箱，有核心部分和各種可選的工具箱這兩部分。

兒童時期的臉型和非兒童時期不同，變化最大的是從兒童到青年，從中年到老年這兩個時期。[3]這幾個時期的臉型變化最為明顯，所以比較容易得到這幾個時期人們的面部特征，且比較好對比識別。采用 Matlab提供的函數對圖像處理和分析，可以運用幾條簡單的Matlab 語句完成對圖像特征提取的任務，相對于其他計算機語句來說更加的簡便快捷。[1]本文利用Matlab圖像處理工具箱提供了豐富的圖像處理函數，進行圖像的處理和分析。Matlab 圖像工具箱提供的函數大多數是M 文件，可以方便我們查看這些文件的代碼并進行合理的修改，有利于我們利用這些函數設計出一種算法，更適合我們要處理的數字圖像，實現方便快捷的提取圖像特征。

2.2 用算法對圖像預處理

公交車的圖像采集設備，通常生成的都是彩色圖片，彩色圖像數據量非常的大，不利于系統中的傳輸，影響系統的運行速度且占運行內存。我們需要把圖像轉換成含數據量少的灰度圖像，因此運用Matlab中對圖像處理的函數將彩色圖像轉換為灰度圖像，以此壓縮圖片中的數據量，便于設備的傳輸。Matlab主要的語句如下所示：

以下以圖像處理經典圖像之一“ lena ”為例，介紹該算法用于公交車乘客識別系統。

tu1=imread（'tupian.jpg'）;% 圖像的讀入

hui= rgb2gray（tu1）;圖像灰度化處理

2.3圖像的增強

為了去除光照對灰度的影響采用直方圖均衡化，采用這種方法能加強圖像、凸顯人臉特征，便于人臉的識別、圖像特征的提取。直方圖均衡化實現了圖像灰度均衡化。通過這種方法，圖像的像素可以占有更廣的灰度級且分布均勻。所以圖像處理后會有更大的動態范圍、對比度。MATLAB可以提供多種函數對圖像增強，本文采用matlab中histeq函數對要處理的圖片進行直方圖均衡化。

2.4 對人眼位置定位

采集到的圖片中人臉位置會有所不同，及圖像中人臉部分占整個圖像的比例也不相同，這讓計算機對圖片的識別變得十分困難。因此我們要對圖像的某些特征定位，以便于對圖像的處理和分析。本文對圖像中的人眼定位，對獲得的人眼數據進行標準化處理。以兩眼之間水平方向距離和水平方向距離中心為基準，按一定算法對圖像進行人臉切割，之后再提取圖像特征。

用matlab實現人眼定位，采用了建立m文件的方式，以便算法調取函數獲得人眼位置信息。在matlab要實現人眼定位，先對圖像二值化，判斷二值化圖像中是否含有眼睛模塊。本文采取fineye.m對人眼定位，fineye.m是人們已經編寫完成的人眼定位算法。[4]

2.5 用算法對圖像特征的提取

經過上述對圖像處理和人眼位置定位后，需要用算法在圖片背景中準確地定位乘客面部位置，是整個圖像識別過程中的關鍵。首先對采集到的圖像進行搜索，找到符合人臉特征的區域選為候選區，然后對這些侯選區域做更進一步處理、分析、判定，最后確定人臉區域。再根據人眼位置等數據將其從圖像中分割出來并保存，為了方便觀察可以對分割出來的圖像進行直方圖均衡化，最后對分割出來的圖像二值化，并計算人臉面積保存。

3、結論

在上文用matlab運行該算法后，可以看出運用該圖像處理算法能準確的把人臉區域從要處理的圖像中提取出來，經過該圖像處理算法后續的處理還能夠得出人臉的面積，對提取圖像的特征十分有用，但是當該圖像處理算法受到面部遮擋物的影響時，對人臉的面積提取會有誤差。運用該圖像處理算法分別提取兒童、少年、中年、老年時期每組60張圖片的圖像特征，形成圖像特征數據庫，用計算機獲取實驗對象的圖片與身高，來模擬運行公交車乘客識別系統。

通過對多個處于面部特征變化大年齡段的人進行試驗，識別正確率高，該算法已達到實驗預期要求。與采用傳統的計算機語言相比，系統開發的工作量和周期明顯縮短。 應用中，乘客識別系統的識別率與乘客面部遮擋物息息相關，還會受到各種外界因素影響。該算法也存在不足，只能區分面部特征變化大的那幾個年齡段，還存在一定的誤差。該算法與公交車乘客識別系統還需要不斷完善，以到達更精確的識別乘客。

2021 年大學生創新創業訓練計劃校級項目CXCY143;大學生創新創業訓練計劃（CXCY2020169 ）、校內基金項目（2018xzky10）大學生創新創業項目（ CXCY2020107）

參考文獻：

[1]賀興華等 .matlab7.x圖像處理[M].人民出版社，2006（11）.

[2]鄭繼剛，王邊疆著. 基于MATLAB的數字圖像處理研究[M]. 昆明：云南大學出版社. 2010.12

[3]http：//blog.csdn.net/？ref=toolbar