2.1. Thiết kế mạng nơron CNN nhận dạng khuơn mặt
2.1.1 Tiền xử lý ảnh đầu vào
Phần này tơi đã áp dụng một số phương pháp tiền xử lý trên hình ảnh đầu vào, bao gồm phát hiện và cắt xén để lấy vùng ảnh chứa khuơn mặt, cải thiện chất lượng ảnh. Trong thực tế ứng dụng, ảnh đầu vào thường được trích xuất từ camera nên bao gồm cả khơng gian nền, do đĩ, chúng ta phải thực hiện giai đoạn tìm kiếm và phát hiện khuơn mặt (gọi là face detection) nhằm xác định vùng ảnh chứa đúng khuơn mặt cần xử lý và cắt bỏ khơng gian nền của ảnh. Để thực hiện điều này, chúng tơi sử dụng phương pháp phát hiện vùng ảnh cĩ chứa khuơn mặt dựa trên kỹ thuật Haar-cascade. Độ nhiễu và độ rọi được giảm xuống bằng cách chuyển đổi hình ảnh đầu vào thành hình ảnh đa cấp độ xám và áp dụng phép cân bằng mức xám nhằm giúp nâng cao chất lượng của hệ thống nhận diện khuơn mặt. Kỹ thuật Haar-cascade sử dụng cửa sổ trượt trên ảnh (từ trái sang phải, từ trên xuống dưới), trích rút các đặc trưng Haar-like (Hình 2.2) trên cửa sổ đang xét dựa trên biểu đồ mức xám HOG (Histogram of Oriented Gradients), đưa vào mơ hình phân lớp AdabBoost theo cơ chế phân tầng
Hình 2.2. Các dạng đặc trưng Haar-like
Ưu điểm của phương pháp này cho tốc độ nhanh trong tính tốn nhờ việc rút trích đặc trưng dạng Haar-like so với các phương pháp rút trích đặc trưng khác. Ngồi ra, mơ hình phân tầng của AdaBoost đã loại bỏ hầu hết các vùng ứng viên khơng phải là khuơn mặt từ các tầng đầu tiên, chỉ xét rất ít vùng ứng viên ở các tầng cuối. So với cơng cụ phát hiện khuơn mặt trong thư viện OpenCV phổ biến, kỹ thuật phát hiện
44
khuơn mặt Haar-cascade sử dụng thuật tốn của Viola-Jones đã được cài đặt trong thư viện Dlib cho kết quả tốt hơn, ngay cả trong một số tình huống khĩ khăn và hạn chế của ảnh Der18.
Khi ảnh khuơn mặt được phát hiện, chúng tơi cắt vùng ảnh khuơn mặt đĩ từ nền, cải thiện chất lượng ảnh khuơn mặt này bằng việc cân bằng sáng và co giãn về kích thước đúng với đầu vào của mạng nơron đã thiết kế để thực hiện trích chọn đặc trưng và phân lớp. Trong luận văn này, chúng tơi thử nghiệm trong thực tế với kích thước ảnh khuơn mặt đầu vào của mạng CNN là 100×90 pixels.