本論文之目的為發展一套即時人臉辨識系統，並運用在智慧型機器人上。此系統可在即時影像中偵測人臉，且辨識使用者身份，系統分別由人臉偵測與人臉辨識兩個模組結合資料庫所組成。人臉偵測部份，利用膚色偵測出可能的膚色區域，並消除雜訊與篩選面積分析出可能的人臉區域，再搭配橢圓偵測鎖定影像中人臉位置，將偵測到的人臉切割出來供後續人臉辨識之用。在人臉辨識部份，使用樣板比對法，將切割出之人臉與事先建立好的樣板進行比對辨識，並搭配投票法使用，即可迅速的辨識出人臉，此系統安裝在仿真智慧型機器人上，經6人測試結果，完成辨識人臉只需0.991秒，且6人皆可完全辨識。使仿真智慧型機器人達到辨識家庭成員並兼具保全功能。

目　錄
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摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X

第一章　緒論 1
1.1　前言 1
1.2　研究動機與目的 1
1.3　國內外相關研究 2
1.4　主要貢獻 4
1.5　論文架構 4

第二章　人臉偵測與辨識應用原理 6
2.1　數位影像 6
2.2　色彩分割 6
2.3　形態學處理 9
2.4　樣板比對 12
2.5　凸包覆多邊體 13
2.6　橢圓偵測 14

第三章　研究方法 16
3.1　系統架構 16
3.2　人臉偵測架構 16
3.2.1　膚色偵測 17
3.2.2　形態學處理 19
3.2.3　橢圓偵測 24
3.2.4　人臉區域定位與人臉切割 25
3.3　人臉辨識 26
3.3.1　建立樣板資料庫 27
3.3.2　樣板比對 28
3.3.3　投票法 29

第四章　實驗結果與討論 31
4.1　系統製作 31
4.2　實驗項目 34
4.3　實驗結果 34
4.3.1　膚色偵測 34
4.3.2　人臉候選區偵測 38
4.3.3　橢圓偵測 42
4.3.4　人臉偵測之仿真智慧型機器人應用 43
4.3.5　人臉辨識之仿真智慧型機器人應用 44
4.4　分析與討論 49

第五章　結論 50
5.1　結論 50
5.2　未來展望 50

參考文獻 52
論文發表 56
參與計畫 57
附錄 58
1. 人臉偵測程式 58
2. 人臉辨識程式 59

圖　目　錄
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圖1.1 論文架構 5
圖2.1 數位影像示意圖 6
圖2.2 原始影像A與影像B 10
圖2.3 影像A經影像B膨脹後之結果 10
圖2.4 影像A經影像B侵蝕後之結果 11
圖2.5 影像A經影像B斷開後之結果 11
圖2.6 影像A經影像B閉合後之結果 12
圖2.7樣板比對示意圖 13
圖2.8 二維多邊體 14
圖2.9 人臉橢圓中心點 15
圖3.1 影像辨識架構圖 16
圖3.2 人臉偵測流程 17
圖3.3 原始影像 18
圖3.4 經HSV轉換影像 19
圖3.5 侵蝕運算 20
圖3.6 膨脹運算 21
圖3.7 填滿空洞 22
圖3.8 凸包處理 22
圖3.9 移除邊緣雜訊 23
圖3.10 篩選面積示意圖 24
圖3.11 橢圓偵測示意圖 25
圖3.12 切割出人臉 26
圖3.13 人臉辨識流程 27
圖3.14 樣板資料庫 28
圖3.15 人機介面圖 29
圖3.16 投票法流程圖 30
圖4.1 整體系統人機介面 32
圖4.2 (a) 膚色偵測之原始影像 35
圖4.2 (b) 膚色分割之影像 35
圖4.3 (a) 膚色偵測之原始影像 36
圖4.3 (b) 膚色分割之影像 36
圖4.4 (a) 膚色偵測之原始影像 37
圖4.4 (b) 膚色分割之影像 37
圖4.5 二值化後之影像 38
圖4.6 (a)侵蝕 39
圖4.6 (b)膨脹 39
圖4.6 (c)填滿 40
圖4.6 (d)凸包 40
圖4.6 (e)移除邊緣雜訊 41
圖4.6 (f)篩選面積 41
圖4.7 橢圓偵測結果，其中(a)(b)為近拍、(c)(d)為遠拍、(e)(f)為複雜背景 42
圖4.8 (a)系統測試結果，測試距離為1米 46
圖4.8 (b)系統測試結果，測試距離為1米 46
圖4.8 (c)系統測試結果，測試距離為1米 47
圖4.8 (d)系統測試結果，測試距離為1米 47
圖4.8 (e)系統測試結果，測試距離為1.5米 48
圖4.8 (f)系統測試結果，測試距離為1米 48

表　目　錄
頁次
表3.1 投票法範例 30
表4.1 實驗環境 31
表4.2 Micron MT9V022 攝影機規格 32
表4.3 LabVIEW影像處理子程式說明 33
表4.4 人臉偵測實驗數據 43
表4.5 人臉辨識實驗數據 45

參考文獻
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