Andreas G. Ranftl Digitale Gesichtserkennung Theoretischer Überblick und praktische C++-Implementierung Bachelor + Master Publishing

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1 Bachelorarbeit Andreas G. Ranftl Digitale Gesichtserkennung Theoretischer Überblick und praktische C++-Implementierung Bachelor + Master Publishing

2 Andreas G. Ranftl Digitale Gesichtserkennung Theoretischer Überblick und praktische C++-Implementierung Originaltitel der Abschlussarbeit: Digitale Gesichtserkennung: Überblick und Einführung in aktuelle Algorithmen zur digitalen Gesichtsentdeckung und Gesichtserkennung inklusive Beschreibung einer praktischen C++-Implementierung ISBN: Herstellung Bachelor + Master Publishing, ein Imprint der Diplomica Verlag GmbH, Hamburg, 2012 Zugl. Fachhochschule Salzburg, Salzburg, Österreich, Bachelorarbeit, Mai 2012 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Die Informationen in diesem Werk wurden mit Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden, und die Diplomarbeiten Agentur, die Autoren oder Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für evtl. verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen. Bachelor + Master Publishing, ein Imprint der Diplomica Verlag GmbH, Hamburg, Hamburg 2012 Printed in Germany

3 Diese Arbeit widme ich Sandra, einer erwünschten Ablenkung.

4 Vorwort Durch meine vorangegangene Studienarbeit über Stereokamerasysteme konnte ich bereits einen Einblick in die Welt des Computersehens gewinnen und erkannte auch, welches Potenzial und welche Möglichkeiten in diesem Thema stecken. Von der künstlichen Intelligenz fasziniert, ist auch das Thema der Gesichtserkennung nicht uninteressant. Ausgereifte Gesichtserkennungssysteme können Menschen schützen (Straftäterverfolgung), Menschen das Leben erleichtern (Zugangskontrollen) und Menschen unterstützen (Gesichtsformerkennung zur richtigen Anwendung von dekorativen Kosmetika). Ich danke allen Personen, die mich bei der Erstellung dieser Arbeit unterstützten und besonders auch denen, die Bilder ihres Gesichts zu Softwaretests zur Verfügung stellten. Vor allem danke ich auch meinen Eltern für meine stetige Förderung. Dank möchte ich auch meiner Freundin Sandra aussprechen, die immer Geduld sowie Verständnis zeigte und auch für Diskussionen rund um das Thema Gesichtserkennung offen war.

5 Kurzzusammenfassung Das vorliegende Fachbuch befasst sich mit Algorithmen und Techniken der Gesichtserkennung. Der Fokus liegt dabei insbesondere auf der Wiedererkennung zuvor gespeicherter bzw. registrierter biometrischer Informationen. Aufbauend auf die Vorstellung des aktuellen Standes der Forschung in den Bereichen der Gesichtsentdeckung sowie Gesichtserkennung wird die Implementierung einer Applikation zur Wiedererkennung von Gesichtern vorgestellt. Die Software wurde in C++ unter Verwendung der Open Computer Vision Library geschrieben. Zur Gesichtsentdeckung wird die Viola-Jones-Methode auf den Stream einer Webcam angewandt. Die Gesichtserkennung basiert auf der Eigenfaces-Methode. Der Test der Software erfolgte mit einem sehr kleinen Set an Gesichtsabbildungen. Es konnte eine Erkennungsrate von 95,83% erreicht werden. Abstract This technical book deals with algorithms and techniques for face detection and face recognition. The main subject is the recognition of previously learned biometric information. Firstly there is an overview of the current state of researches presented. This overview provides information of 2-D- as well as of 3-D-based face detection and face recognition. The practical information leads to the description of an implementation of software that recognizes faces. This software is written in C++ using the Open Computer Vision Library and depends on the commonly used Viola-Jones-Method for detecting faces. Faces are detected automatically as they are within the stream of the webcam. The faces within the stream are grey scaled and extracted in order to hand them over to the face recognition part of the software. There the faces get either learnt by the system or if they are already stored in the face database, they are recognized. The face recognition approach is based on Eigenfaces. The software was tested with an own very small set of face pictures and reached a recognition rate of 95.83%.

6 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Gesichtsentdeckung Gesichtsentdeckung durch Bildreduzierung um Hintergrundinformationen Gesichtsentdeckung durch Farbinformationen Gesichtsentdeckung durch Bewegungsinformationen Gesichtsentdeckung durch Geometrie Viola-Jones Methode Gesichtserkennung Eigenfaces Funktionsweise von Eigenfaces Fisherfaces Funktionsweise von Fisherfaces Gesichtserkennung durch Unabhängigkeitsanalyse Funktionsweise Hidden Markov Model Elastic Bunch Graph Matching Funktionsweise D Morphable Model Funktionsweise D Face Recognition Funktionsweise Vergleich Leistungssteigernde Erweiterungen Verwendete Hardware Kameraauswahl Workstation-Auswahl... 31