针对卡通人脸的图像标记软件的设计与实现毕业设计论文.docx

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针对卡通人脸的图像标记软件的设计与实现毕业设计论文

本科生毕业论文（设计）

题目针对卡通人脸的图像标记软件的设计与实现

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

标记软件是一种针对一些特定的图片进行标记，找出图片中需要的特征点的软件。

当前人脸识别已经是计算机视觉的热门研究课题，并在人脸检测和身份识别方面起到了重要的作用，而标记软件能为人脸识别提供一个检测标准，所以制作一个能对人脸图片进行精确标记的软件是十分有必要的。

本课题针对的就是设计一款标记软件，对卡通人脸图片进行标记，用来得到真实的卡通人脸标记数据库。

本系统采用java语言在MyEclipse上进行编程，主要用到javaswing的相关知识和java中对图像处理的一些方法，SQLserver2008作为数据库来进行设计和开发的。

该系统主要是便于用户对卡通图片进行Mark，当标记大量图片时，会得到一个数据库，这个数据库将作为一些自动检测软件的一个标准。

基本功能包括读取图片、新建特征类别标签、图片的放大和缩小、图片的标记与删除标记曲线等。

本论文简要阐述了此次毕业的开发背景与开发环境，系统的设计思路和系统实现等章节。

本文详细介绍了读取图片、新建类、图片的放大和缩小、图片的标记与删除标记曲线的设计，并通过流程图和文字加以解释说明。

在总体设计中给出了数据库的设计和本系统总设计师方案，在系统的实现中具体介绍了各个功能模块所能实现的情况和主要代码，同时附有运行界面图，最后总结了开发阶段与测试阶段所遇到的问题和解决方法。

关键词卡通人脸人脸数据库标记软件

ABSTRACT

Labelsoftwareisdesignedforaspecificimage,anditismarkedtoidentifythefeaturepointsinthepictureofthesoftware.Currentfacerecognitionhasbeenahotresearchtopicincomputervisionandfacedetectionandidentificationhasplayedanimportantrole,andtagsoftwarecanprovideatestingstandardsforfacerecognition,soitbecomeverynecessarythatproduceanaccuratetagsoftwaretothehumanface.

ThisthesisistodesignLabelsoftwarethatlabelthecartoonfaceimage,usingtogettherealcartoonfacetagdatabase.Thissystem,programmedontheMyEclipse,isdesignedanddevelopedonthebasisofjava,withthehelpofknowledgeonjavaswing,itsimageprocessionmethodsandSQLserver2008asdatabase.Thesystemaimstohelpusers“mark”cartonpictures,andadatabasewillbecreatedautomaticallywhilebeingmarkedbyusers,whichwillserveasoneofseveralauto-detectionsoftwarestandards.Basicfunctionsincludepicturereading,anewcategory,imageszoominandout,location,thedelegationsofmarkedcurve,etc.

Thispaper,brieflydescribessections,suchasbackgroundofsoftwaredevelopment,environmentofsoftwaredevelopment,conceptionofsystemdesign,implementationofthissystemsection.Thispaperintroducesthepicturereading,anewcategory,imageszoominandout,locationandthedelegationsofmarkedcurveindetail,withexplanationsofflowchartsandnotes.Theoveralldesigngivesthedatabasedesignandprogramthesystemarchitect,theimplementationofthesysteminparticularintroducesvariousfunctionalmodulesthatcanbeachievedandthemaincodewhilerunninginterfacewithamap.Atlast,thispaperconcludestheproblemsandsolutions,whichmayoccurdevelopmentduringthephaseofdevelopmentandtesting.

Keywordscartoonfaces,facedatabase,Labelsoftware

第一章绪论

1.1课题内容

人脸识别和表情分析是计算机视觉中的热门课题，具有重要的理论和实际意义。

为了评测人脸分析算法的性能，常常需要借助公开的人脸数据集。

数据集里的每张图像都被手工标记过人脸的基本信息，比如脸的轮廓，五官的轮廓等。

标记数量众多的人脸图像是耗时费力的，需要专用程序来帮助人们提高标记效率。

本课题针对卡通人脸图像，设计实现一个图像标记软件，为创建卡通人脸图像数据集服务。

本课题需要学生运用已经学过的程序设计知识，结合图像和数据库编程方法，设计实现一个针对卡通人脸的图像标记软件。

该软件能够让用户设定和管理标记对象的名称列表和逻辑层次关系，直观准确地勾勒五官的轮廓信息，并将其存放在数据库中，便于第三方程序的调用查询。

本课题有助于锻炼学生的程序设计能力，此外也可以拓展学生对计算机视觉的了解和认识。

1.2课题背景和意义

1.2.1背景

人脸识别的研究经历了四个发展阶段：

第一个阶段仅限于研究正面人脸图像的识别；第二个阶段对包含多姿态和表情的人脸图像进行识别；第三个阶段开始研究基于图像序列的人脸识别；第四个阶段则开展三维人脸识别的研究。

随着计算机技术和信号处理技术的飞速发展以及实际应用需求的增长，对人脸识别的研究也取得了很多的成果。

自20世纪90年代以来，各刊物发表的关于人脸识别的技术文献也层出不穷【1】。

人脸识别是模式识别领域中最热门的研究课题之一。

它主要包含预处理、人脸特征提取和分类器设计。

人脸特征提取也称人脸表征，是对人脸进行特征建模的过程，目的是提取出原高维人脸模式的低维特征，以用于后续的分类任务。

人脸特征提取是人脸识别中的核心步骤，提取特征的好坏直接影响识别率的高低，也是人脸识别的主要难点所在【2】。

面部表情不仅是人们常用的较自然的表现情感的方式，也是人们鉴别情感的主要标志，在情感计算中具有很重要的地位。

人机交互要实现自然和谐的交流，计算机对表情信息的获取及分析是必备的，因此，面部表情识别方法的研究是有待继续发展的。

由于计算机视觉技术具有非侵入性、被动性、廉价、自然等优点,自然就成为面部表情识别中的主要技术。

对计算机视觉技术、图像分析和模式识别技术的深入研究，可以促进面部表情识别方法研究的发展。

同时，面部表情分析是一个人工智能、计算机视觉、图像处理、心理学、认知学等多学科交叉的研究领域，其研究对这些学科尤其是人工智能学科的研究有较大的推动作用【3】。

卡通是一种艺术形式，最早起源于欧洲，在欧洲资本主义萌芽的发展改变社会结构，自文艺复兴以来，大家开始接受卡通这种自由开放的艺术形式。

这样从根本上导致了卡通画取代了传统化在人们心中的地位【4】。

在中国，卡通的发展也有很长的历史了，超过了一个世纪的时间。

由于一些原因，中国卡通没有能够实现产业化的发展以及良性的循环，导致卡通处于产业化的边缘。

但是，近段时间，中国的卡通产业也朝着产业化的良性循环方向发展。

国家政策支持本国的卡通漫画产业的发展，也出现了一批专门制作漫画的作者。

卡通也趋于平民化，一些卡通也制作成电视剧，《喜羊羊与灰太狼》在前几年是一步家喻户晓的卡通漫画电视剧。

这让我们这些关心中国卡通发展的人看到了希望。

然而，在这个发展过程中，还是存在一些问题的，如何处理好这些问题，让中国卡通朝着一个良性的发展道路是很重要的任务。

从卡通的发展和演变历史我们可以得到这样的结论，卡通是大众文化的一种有效地表现形式，它不仅表达了社会的主要价值观，还体现了人们的文化水平。

它是一种可大量复制的文化，作为一种图形符号，它可以向尽可能多的人传递同样的信息。

如今，追求卡通化，成了年轻人审美娱乐一种不自觉的时尚倾向。

因此，卡通在现代社会便不仅仅是儿童喜欢的艺术样式，越来越多的成年人也对卡通产生了浓厚的兴趣和喜爱，以至人们的日常生活都不自觉的渗透了卡通的影响。

全世界从事人脸识别技术研究的科研机构业越来越多，国外大学一般都设有计算机视觉研究室，并有专门从事人脸图像处理研究的课题小组，如国外的CMU和MIT大学，国内的中国科学院、清华大学、哈尔滨工业大学和浙江大学等著名学府都有从事这方面研究的科研机构。

此外，还有一些研究计算机视觉的公司有专门人员和力量从事着这方面相关产品的研发，也有一些国外公司开发的比较好的人脸识别产品己经开始被不少的安全机构所采用。

1.2.2意义

目前关于卡通人脸标记的数据库还没有，我们研究相关软件得到的数据能够为以后其他人做卡通人脸自动检测的数据库做一个标准，所以只要我们数据足够精确，范围广，在国内外还是很有前景的。

其他的标记软件都不是特定针对卡通人脸的，所以，在目前看来，这个课题具有重大意义的。

机器与人的沟通是卡通人脸识别系统的必然趋势。

但是目前人们对这方面的研究不算多，没有统一的标准和产品。

这方面需要在政府的推动下，形成数据资源共享化、社会应用普适化，提供一个良好的平台。

1.3国内外现状及发展趋势

对于人脸识别系统来说，最常见的欺骗行为是取一张用户的照片，在摄像头前进行相应的人脸检测和识别，若系统没有加入活体检测模块，那么只靠这样一张照片就可轻易进入系统，而无需依靠真正的用户在摄像头面前提取人脸图像，从而对人脸识别技术的安全性形成了严峻考验。

国外有一款叫LabelMe【5】的软件，它是在线标注软件，具有比较齐全的功能，能够满足大部分用户的需求。

LabelMe是MIT开发的图像标注软件，LabelMe是一个基于Web的图像注释工具，它允许标签图像的研究人员，并与世界分享的注释。

目前，国内关于人脸的数据库CUHKFaceSketchDatabase【6】，香港中文大学的面部素描的数据库（CUFS）是对脸的素描合成和面部草图识别的研究的数据库。

它是一个包括来自香港中文大学的188位学生的面部图像的数据库。

其余的，123张人脸图片来自于AR数据库【7】，295张人脸图片来自于XM2VTS数据库【8】，总共有606张人脸图片。

对于每个人脸图片，都是拍摄人的正面而且是在正常照明条件下拍摄的。

国外的TheMUCTLandmarkedFaceDatabase【9】，提出的MUCT数据库包含了3755幅拥有76个手工标记点的人脸图片。

相对于现有的可公用的手工标记的2D数据库，MUCT数据库在提供人脸的亮度、年龄以及种族的更加多样化。

作为一个示例应用程序的数据库，我们所展示的一个用MUCT库测试出的主动形状模型，比用XM2VTS库试出的更加灵活。

该数据库可免费用于学术研究。

关于三维卡通人脸合成的研究，ErgunAkleman等提出了一种容易掌握的基于人脸照片的三维卡通形象制作方法。

由制作者感知照片中人脸的特征，然后用各种形状的几何体模型来模拟这些特征，将这些几何体组合起来做出一个抽象的卡通人脸，然后用NURBS曲面进行整体拟和，产生一个完整的人脸。

该方法效果较好，但需要大量的交互动作。

卡通人脸图形的自动生成【10】，因为人的相貌发型各异、表情多种多样，所以卡通人脸图形的设计不仅是一项复杂的工作。

而且需要一定的美术功底，这就给一般用户带来困难。

因此，研究自动生成各种卡通人脸图形的课题也应运而生。

目前国内外也有类似的研究，例如Morphases软件【11】。

但它是基于Flash的人脸图形交互生成软件，而且只能手动调整，保存格式为jpg。

在支持SVG的人脸图形自动生成方面还少见文献报道。

基于人脸特征分析的卡通人脸动画系统【12】,在基于真实照片生成肖像素描的研究方面，有2种方法可自动地生成照片的素描画：

（1）基于BlomrnaertandMartens的人脸模型计算出一幅灰度图像，再产生一幅二值图，然后将两者叠加，从而得到肖像画；

（2）主要通过提取出人脸轮廓信息，然后构建出相应的肖像素描。

面向移动数字娱乐的卡通人脸动画系统【13】,给出了一个移动平台下的卡通人脸动画系统，其输入是一张二维人脸照片和一段文本，输出为具有娱乐效果的手机卡通人脸动画。

首先，根据输入的照片生成人物的卡通肖像，采用了基于特征发现的卡通人脸肖像生成方法。

其次。

在卡通肖像的基础上结合文本驱动产生卡通人脸动画。

最后，将系统移植到移动平台，在手机上播放卡通人脸动画．该系统在局域网和PDA上具有很好的娱乐动画效果。

1.4本文的组织结构

第一章，前言。

主要介绍了本课题的研究内容、研究背景和意义、研究现状及本文的组织结构。

第二章，相关标记软件的介绍。

主要介绍了LabelMe和MarkCell这两款软件的设计界面和功能。

开发语言及工具介绍。

主要介绍了该系统所使用的开发语言及程序实现伪代码，开发工具介绍等。

第三章，系统的设计。

主要介绍了算法的设计、界面的设计、数据库的设计以及用例分析。

整章主要体现了毕业设计的整体思路和大致方向。

第四章，系统的实现。

主要介绍了系统实现的效果图、每个功能实现的效果图。

还有在设计过程中存在的不足和遇到的困难时如何解决的。

第五章，总结和展望。

介绍了设计、开发和测试的进度安排、总结本课题的开发计划和在开发过程中存在的不足，以及在毕业设计记过中的收获及心得。

最后介绍了自己对本次毕业设计的展望。

第二章相关方法和工具的介绍

2.1课题相关技术

2.1.1关于LabelMe软件的介绍

LabelMe是MIT开发的图像标注软件，LabelMe是一个基于Web的图像注释工具，它允许标签图像的研究人员，并与世界分享的注释。

1.LabelMe的界面介绍

该软件基于B/S模式【14】的在线用户软件，2012年12月10日发行了ipad和iphone版本。

需要用户进行注册使用的，当创建并登陆新用户的时候，用户就能创建私有集合，在该集合中上传需要标记的图片，该集合用于存放用户最近使用的一些图片和已经标记好的一些图片。

首页界面如图2.1：

图2.1LabelMe的界面

Figure1

Figure2

LabelMe的主界面是以网页和类表格的形式展示的，横排包括MyLabelMe、Publications、Developers、Help、Credits等功能选项，竖排包括MyCollections、PublicCollections、AccountSettings、ChangePassword和LogOut等功能，主界面上包括大家常用的一些功能，使用起来非常方便。

2.LabelMe的功能介绍

图像标记的过程包括缩放功能、显示合适的图像大小、撤销最后一个点、帮助等功能。

放大和缩小：

当点击放大按钮时，先把图片缩到最小，然后再慢慢放大，而处于原始状态的图片不能缩小，只有放大之后才能进行缩小。

Fitfigure：

这个功能是使图片调整到原始大小。

Erase：

当标记过程中出现标记错误，点击这个按钮可以删除最后一个标记的点。

Help：

帮助功能。

Showmeanotherimage：

只有在该网页关闭时才能使用。

具体使用过程：

首先在collection打开需要标注的图片，把图片调整到合适