一种人脸角度样本采集与标注的方法与流程

1.本发明涉及人脸识别技术领域，特别涉及一种人脸角度样本采集与 标注的方法。


背景技术：

2.当今社会，人工智能领域中神经网络技术发展迅猛。在人脸识别领 域中，现有技术是通过人工观察角度进行样本标注角度。但是，现有技 术中人工标注角度带来很大的误差，人为因素很强，误差很大。
3.此外，现有技术的人工标注还包括以下常用的技术术语：
4.1.人脸角度：是指人脸在空间三个方向上形成的角度。
5.2.标注点：是指该该点的坐标信息和该点的其他属性，例如该点是否存 在，存在标记为1，不存在标记为0，该点为左眼角或下巴底部点。
6.3.志愿者：自愿参加采集活动，愿意为该项目做出贡献的人员。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明的目的在于：通过本方法采用算法方式 进行标注，降低人工标注角度的误差问题。
8.具体地，本发明提供一种人脸角度样本采集与标注的方法，所述方 法包括以下步骤：
9.s1，采集人脸样本；
10.s2，人脸样本标注点的生成：七点标注采用人工标注,所述的七点是指左 耳孔位置，设为点1；右耳孔位置，设为点2；下巴底部中心位置，设为 点3；人眼的左眼角位置，设为点4；两眼连线段的中心位置，设为点5； 右眼角位置，设为点6；和下嘴唇下角，设为点7；
11.通过遍历计算最大两眼眼角距离(即点4与点6的距离)和最大两眼眼 角连线段中心到下巴距离
12.s3，通过标注点计算人脸角度样本角度，生成角度标注信息：确定计算 参数；通过遍历计算同一人人脸所有图片两眼眼角的距离，即点4与点6 的距离从而得到最大距离，遍历两眼眼角连线中心到下巴的距离，即点5 到点3的距离从而得到最大距离，便得到了三维人脸的两个真实距离， 这两个距离为该人脸各种姿态在图像平面中的两个最大距离，定义为该 人三维人脸的两个真实长度；通过投影三角正弦定理，计算角度，得到 一个人脸的三个角度值。
13.所述步骤s1进一步包括：
14.s1.1，被采集人不戴眼镜，摄像机与被采集人的距离为3米，摄像头与 被采集人的脸面部的鼻子在同一水平线，以脑袋为中心从左向右旋转， 从下向上仰起，以及从左下向右上旋转，右下向左上旋转，仰视时左右 旋转，俯视时左右旋转，转到一侧从下向上仰起的旋转，各个角度的采 集，每人采集n张，采集1000人；
15.s1.2，被采集人不戴眼镜采集后，再随机戴上近视镜、墨镜、帽子、围 巾、口罩中的
一种，再按照s1.1的采集方式进行采集，随机光照程度， 随机背景画面。
16.所述步骤s2进一步包括：
17.如果是侧人脸，被遮挡的耳孔写成与可以看到耳孔的数据值，同时标记 被遮挡的耳朵的方位，如果存在一只眼睛的眼角被遮挡，其标记数据为 与可以看到的眼睛的数据值，同时标记被遮挡的眼睛的方位；如果是带 有墨镜或是留有长发的情况，采用估计方式标注。
18.所述步骤s3中所述确定计算参数进一步包括：
19.a)，两眼角之间的连线在平面上的水平方向是保持不变的，沿着垂直平 面方向旋转，长度也是不变，只有在平面上的垂直方向会产生长度的变 化，这个变化是计算该方向的夹角，该方向命名为yaw，设点4与点6之 间的线段为disteye；当两只眼睛侧向一侧，只有一只眼睛能够看到时， 眼睛到相应一侧耳孔的距离的变化体现在yaw方向上的变化，其他两个 方向的值不变；设点6到点2或点4到点1的距离为eareye，具体分为 eareye62，eareye41；
20.b)，两眼中心到下巴的线段，在平面上的水平方向上会产生长度的变化， 利用这个性质，计算该方向的夹角，该方向命名为pitch，设点5到点3 的线段设为eyechin；eyechin长度最大时，其角度为0；
21.c)，下嘴唇下角到下巴底部中心的线段，线段越长，仰视角度越大，线 段越小，俯视角度越大，设该线段为lipchin，利用lipchin值的变化可 以确定pitch的方向；
22.d)，计算水平方向的夹角直接使用两眼连线与水平方向的夹角得到，该 方向命名为roll。
23.实现所述步骤s3的方法进一步包括：
24.s3.1，每位被采集人采集的图片放置到一个文件夹中,采集1000被采集 人人脸，生成1000个文件夹；
25.s3.2，每个文件夹中最长disteye设为max_disteye，最长eareye值为 max_eareye,最长的eyechin为max_eyechin,该距离max_eyechin图片对 应的lipchin值为lipchin_0；
26.s3.3，计算每个文件夹下，非零值的最小disteye设为min_disteye,此 时对应的eareye值为eareye_60，计算两种情况的角度，
27.a＝arcos(min_disteye/max_disteye),
28.b＝arcsin(eareye_60/max_eareye)，
29.对角度进行纠正，纠正角度值为correct＝(b-a)/(90-b)；
30.s3.4，计算每张人脸的空间角度。
31.所述步骤s3.4进一步包括：
32.人脸角度方向表示的顺序，从-90～90；计算每个文件夹中每张图的 disteye,eareye,eyechin,lipchin值为dist_disteye，dist_eareye, dist_eyechin,dist_lipchin，其最大值分别是该文件夹所在的最大值， 为max_disteye，max_eareye，max_eyechin和lipchin_0；不同人最大 值不同。
33.所述的s3中通过投影三角正弦定理，计算角度，得到一个人脸的三 个角度值进一步包括：
34.所述yaw方向的计算：
35.如果eareye62》eareye41，yaw方向为正，否则为负；角度值为：如果 dist_disteye》0，angle_yaw＝arccos(dist_disteye/max_disteye)， 否则，
36.angle_yaw＝arcsin(dist_eareye/max_eareye)-correct*(arcsin(dist_ eareye/max_eareye)-b)；将yaw方向的正负值加到angle_yaw中；
37.所述pitch方向的计算：
38.如果dist_lipchin《lipchin_0，角度为负值，否则为正值；角度计算， angle_pitch＝arccos(dist_eyechin/max_eyechin)；将pitch方向的 正负值加到angle_pitch中；
39.所述roll方向的计算：
40.直接使用标注点4和标注点6坐标点进行计算，设坐标点分别为(x1,y1)， (x2，y2)；角度为
41.angel_roll＝arctan((y2-y1)/(x2-x1))
42.该值带有方向，也就是正负值；
43.一个人脸角度为：angle_yaw，angle_pitch，angel_roll。
44.所述roll方向的计算：如果存在眼睛被遮挡，使用标注点5和另一 个未被遮挡的眼睛的眼角坐标进行计算。
45.由此，本技术的优势在于：本方法采用的方法简单有效，易于操作， 能够有效降低人脸角度标注误差，消除人为因素影响。
附图说明
46.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的 一部分，并不构成对本发明的限定。
47.图1是本发明方法的流程示意图。
48.图2(a)是本发明方法的步骤s1中人脸平视各角度方向的示意图。
49.图2(b)是本发明方法的步骤s1中人脸仰视各角度方向的示意图。
50.图2(c)是本发明方法的步骤s1中人脸俯视各角度方向的示意图。
51.图3是本发明方法中人脸样本标注的七点标注的示意图。
52.图4是本发明方法中人脸方向命名的示意图。
53.图5是本发明方法中的实现步骤s3的方法的具体流程示意图。
具体实施方式
54.为了能够更清楚地理解本发明的技术内容及优点，现结合附图对本 发明进行进一步的详细说明。
55.如图1所示，本发明涉及一种人脸角度样本采集与标注的方法，所 述方法包括以下步骤：
56.s1，采集人脸样本；
57.s2，人脸样本标注点的生成：七点标注采用人工标注,所述的七点是指左 耳孔位置，设为点1；右耳孔位置，设为点2；下巴底部中心位置，设为 点3；人眼的左眼角位置，设为
点4；两眼连线段的中心位置，设为点5； 右眼角位置，设为点6；和下嘴唇下角，设为点7；
58.s3，通过标注点计算人脸角度样本角度，生成角度标注信息：确定计算 参数；通过遍历计算同一人人脸所有图片两眼眼角的距离，即点4与点6 的距离从而得到最大距离，遍历两眼眼角连线中心到下巴的距离，即点5 到点3的距离从而得到最大距离，便得到了三维人脸的两个真实距离， 这两个距离为该人脸各种姿态在图像平面中的两个最大距离，定义为该 人三维人脸的两个真实长度；通过投影三角正弦定理，计算角度，得到 一个人脸的三个角度值。
59.本发明的技术方案可以进一步描述如下：
60.s1,人脸样本的采集。
61.s1.1,摄像机与人的距离为3米，摄像头与人的脸面部的鼻子在同一水平 线，人的腰挺拔，脖子挺直，以脑袋为中心从左向右旋转，从下向上仰 起，以及其他各个姿态的旋转(例如，从左下向右上旋转，右下向左上 旋转，仰视时左右旋转，俯视时左右旋转，转到一侧从下向上仰起等等)， 人脸具体角度方向示意图如图2(a)-(c)所示。被采集人来自志愿者， 每人采集n张，采集1000人；
62.s 1.2,志愿者不戴眼镜采集后，再随机戴上近视镜，墨镜，帽子，围巾， 口罩中的一种，进行采集。随机光照程度，随机背景画面。
63.s2,人脸样本标注点的生成。七点标注采用人工标注。这里的七点是指两 个耳孔位置、下巴底部中心，人眼的左眼角、两眼连线段中间点、右眼 角和下嘴唇下角，标注位置如图3所示。1为左耳孔位置，2为右耳孔位 置，3为下巴底部中心位置，4为左眼角位置，5为两眼中心位置，6为 右眼角位置，7为下嘴唇下角。如果是侧人脸，被遮挡的耳孔写成与可以 看到耳孔的数据值，同时标记被遮挡的耳朵的方位，如果存在一只眼睛 的眼角被遮挡，其标记数据为与可以看到的眼睛的数据值，同时标记被 遮挡的眼睛的方位。如果是带有墨镜或是留有长发的情况，采用估计方 式标注。
64.本发明的原理可以描述如下：
65.1)确定计算参数；
66.a)两眼角之间的连线在平面上的水平方向是保持不变的，沿着垂直平面 方向旋转，长度也是不变，只有在平面上的垂直方向会产生长度的变化。 这个变化是计算该方向的夹角。该方向命名为yaw，如图4所示。设点4 点6之间的线段为disteye。
67.当两只眼睛侧向一侧，只有一只眼睛能够看到时，眼睛到相应一侧耳孔 的距离的变化体现在yaw方向上的变化，其他两个方向的值不变。设点6 到点2或点4到点1的距离为eareye，具体分为eareye62，eareye41。
68.b)两眼中心到下巴的线段，在平面上的水平方向上会产生长度的变化， 利用这个性质，计算该方向的夹角。该方向命名为pitch，如图4所示。 设5点到3点的线段为：eyechin。eyechin长度最大时，其角度为0。
69.c)下嘴唇下角到下巴底部中心的线段。线段越长，仰视角度越大，线段 越小，俯视角度越大，这是人的面部接近球形造成的。设该线段为 lipchin。利用该值可以确定pitch的方向。
70.d)计算水平方向的夹角直接使用两眼连线与水平方向的夹角得到。该方 向命名为roll，如图4所示。
71.2)，需要知道真实的长度。通过遍历计算同一人人脸所有图片两眼眼角 的距离(即点4与点6的距离)从而得到最大距离，遍历两眼眼角连线 中心到下巴的距离(即点5到点3的距离)从而得到最大距离，便得到 了三维人脸的两个真实距离，这两个距离为该人脸各种姿态在图像平面 中的两个最大距离，这两个最大距离为该人三维人脸的两个真实的长度； 3)，通过投影三角正弦定理，计算角度。得到三个角度值。
72.如图5所示，本发明中实现步骤s3的具体方法可以描述如下：
73.s3.1，每位志愿者采集的图片放置到一个文件夹中,采集1000志愿者人 脸，生成1000个文件夹。
74.s3.2，每个文件夹中最长的两眼角距离max_disteye，最长eareye值为 max_eareye,最长的眉心到下巴的距离max_eyechin,该距离max_eyechin 图片对应的lipchin值为lipchin_0。
75.s3.3，计算每个文件夹下，非零值的最小两眼距离min_disteye,此时对 应的eareye值为eareye_60，计算两种情况的角度，
76.a＝arcos(min_disteye/max_disteye),
77.b＝arcsin(eareye_60/max_eareye)。对角度进行纠正，纠正角度值为 correct＝(b-a)/(90-b)
78.s3.4，计算每张人脸的空间角度。
79.人脸角度方向表示的顺序如图2(a)-图2(c)所示，从-90～90。计算每 个文件夹中每张图的disteye,eareye,eyechin,lipchin值为 dist_disteye，dist_eareye,dist_eyechin,dist_lipchin。其最大 值分别是该文件夹在的最大值，max_disteye，max_eareye，max_eyechin (和lipchin_0)。不同人最大值不同。
80.所述的yaw方向的计算。如果eareye62》eareye41，yaw方向为正， 否则为负。角度值为：如果
81.dist_disteye》0，angle_yaw＝arccos(dist_disteye/max_disteye)， 否则，
82.angle_yaw＝arcsin(dist_eareye/max_eareye)-correct*(arcsin(dist_ eareye/max_eareye)-b)。将yaw方向的正负值加到angle_yaw中；
83.所述pitch方向的计算。如果dist_lipchin《lipchin_0，角度为负 值，否则为正值。角度计算，
84.angle_pitch＝arccos(dist_eyechin/max_eyechin)。将pitch方向的 正负值加到angle_pitch中；
85.所述roll方向的计算。直接使用标注点4和标注点6坐标点进行计 算(如果存在眼睛被遮挡，使用标注点5和另一个眼角坐标进行计算)。 设坐标点分别为(x1,y1)，(x2，y2)；角度为
86.angel_roll＝arctan((y2-y1)/(x2-x1))
87.该值带有方向，也就是正负值。
88.则，一个人脸角度为：angle_yaw，angle_pitch，angel_roll。
89.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对 于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。