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幾種典型的人臉識(shí)別方法

   對(duì)人臉識(shí)別方法的研究主要有兩大方向:一是基于人臉圖像局部特征的識(shí)別方法;二是基于人臉圖像整體特征的識(shí)別方法?;谌四槇D像局部特征的識(shí)別通常抽取人臉如眼睛、眉毛、鼻子和嘴等、的位置,尺度以及彼此間的比率作為特征。進(jìn)一步地可以用幾何形狀擬合人臉,從而以幾何參數(shù)作為描述人臉的特征。由于此類方法通常要準(zhǔn)確地抽取出位置、尺度、比率或幾何參數(shù)作為描述人臉的特征,因此對(duì)人臉圖像的表情變化比較敏感。同時(shí),人臉?lè)指畹臏?zhǔn)確度也對(duì)人臉特征的提取有一定的影響。另外,該類方法并沒(méi)有充分利用到人臉圖像本身具有的獲度信息,該方向已經(jīng)不是人臉識(shí)別技術(shù)發(fā)展的主流方向。基于人臉圖像整體特征的人臉識(shí)別方法由于不需要準(zhǔn)確提取人臉圖像中部件的具體信息,而且可以充分利用到人臉圖像本身具有的灰度信息,因此可獲得更好的識(shí)別性能。目前,絕大部分關(guān)于人臉識(shí)別方法的文章都是基于人臉圖像整體特征的,主要有特征臉?lè)ā?較佳鑒別向量集法,貝葉斯法,基予傅立葉不變特征法,彈性的圖匹配法,其他相關(guān)方法有線性子空間法,可變形模型法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。這些方法中有的側(cè)重于表述人臉圖像的特征提取,如彈性的圖匹配法和傅立葉不變特征法;有的則側(cè)重于分類,如較佳鑒別向量集法、貝葉斯法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法;而有的則側(cè)重于人臉圖像重構(gòu),如特征臉?lè)ê途€性子空間法。所有這些基于人臉圖像整體特征的人臉識(shí)別方法均取得了一定的識(shí)別性能。

1.2.1基于幾何特征的人臉識(shí)別方法

   基于幾何特征的人臉識(shí)別方法主要源于人臉識(shí)別的初期研究階段。這種方法是以人臉各個(gè)官和幾何關(guān)系為基礎(chǔ)進(jìn)行算法設(shè)計(jì)。對(duì)于不同人來(lái)說(shuō),臉上的各個(gè)官,如眼睛、鼻子、嘴巴以及整個(gè)臉部的輪廓具有不同的形狀、大小、相對(duì)位置和分布情況。

   在基于幾何特征的人臉識(shí)別方法中,可以用一個(gè)矢量來(lái)表示提取出來(lái)的幾何參數(shù)。如果要獲得一個(gè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠的識(shí)別結(jié)果,就要求這些被選出的幾何特征參數(shù)包含足夠豐富的辨識(shí)人臉的信息,且能反映不同人臉之間的差別。也就是說(shuō)對(duì)這些矢量要求具有較高的模式分類能力,同時(shí)還要有一定的穩(wěn)健性,能夠由于時(shí)間變遷、光照變化等其他干擾因素所帶來(lái)的影響。具體來(lái)沈,這些幾何參數(shù)一般包括人臉上兩個(gè)特征點(diǎn)之間的歐式距離、邊緣曲率、角度等等。

   在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,基于幾何特征的人臉識(shí)別方法存在著兩個(gè)方面的問(wèn)題:

(1)如何快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出入臉的重要標(biāo)志點(diǎn)依然是一個(gè)沒(méi)有很好解決的問(wèn)題。臉上的重要標(biāo)志點(diǎn),如瞳孔、嘴巴和鼻子,它們?cè)谀樕系奈恢檬沁M(jìn)行臉部幾何參數(shù)計(jì)算和測(cè)量的基準(zhǔn)。

(2)臉部幾何特征在人臉辨識(shí)中的有效性問(wèn)題,即臉部幾何特征能夠提供多少可供識(shí)別的信息量。

   雖然各人臉的在形狀、大小及分布上各不相同,但是這種上的差異性更多是體現(xiàn)在某些細(xì)微的感覺(jué)意義上。例如眼睛顯得比較小、鼻子顯得比較寬,以及皮膚的紋理、顏色上的差異等等。顯然,這些特征中的一部分是難以準(zhǔn)確測(cè)量出來(lái)或者是不能用幾何參數(shù)準(zhǔn)確描述的。所以僅靠增加臉上幾何參數(shù)的數(shù)目來(lái)提高人臉識(shí)別率是不太現(xiàn)實(shí)的。由于進(jìn)一步改善測(cè)量準(zhǔn)度是十分困難的,因而通過(guò)增加臉部幾何參數(shù)的數(shù)量來(lái)改善識(shí)別率結(jié)果,其影響是很小的。因此,基于少量人臉幾何特征進(jìn)行大規(guī)模人臉辨識(shí)的可靠性是不容樂(lè)觀的。










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距離函數(shù)的選擇

   圖像被投影到特征空間中,剩下的任務(wù)就是如何判別這些圖像的相似性。通常有兩種方法來(lái)判別:一種是計(jì)算在N維空間中圖像間的距離,另一種是測(cè)量圖像間的相似性。當(dāng)測(cè)量距離時(shí),我們希望距離盡可能地小,一般選擇與測(cè)試圖像最近的訓(xùn)練圖像作為它的所屬的類別。而測(cè)量相似性的時(shí)候,攝像頭模組工廠,則希望圖像盡可能地相似,也就是說(shuō)具有大的相似性的訓(xùn)練圖像類別是測(cè)試圖像所屬的類別。在此介紹幾種計(jì)算方法:

(1)

 ﹨* MERGEFORMAT

范式

   將像素間的對(duì)值的差值相加,也稱和范式。

 ﹨* MERGEFORMAT

范式距離公式如式(2-12)所示:

 ﹨* MERGEFORMAT

                 (2-12)

(2)

 ﹨* MERGEFORMAT

范式

   將像素間的平方差異相加。也稱為歐幾里德距離。

 ﹨* MERGEFORMAT

范式距離公式如式(2-13)所示:

 ﹨* MERGEFORMAT

                  (2-13)

(3)小距離

   首先計(jì)算各類訓(xùn)練樣本的平均值,接下來(lái)的距離比較和上面的

 ﹨* MERGEFORMAT

范式完全相同。這樣分類時(shí)每類只需要比較一次,減少了計(jì)算量。樣本x與第i類的距離定義如式(2-14)所示:

 ﹨* MERGEFORMAT

                (2-14)

   其中

 ﹨* MERGEFORMAT

為第i類所有樣本的平均值。

2.5 基于PCA的人臉識(shí)別

   基于PCA算法的人臉識(shí)別過(guò)程由訓(xùn)練階段和識(shí)別階段兩個(gè)階段組成。在訓(xùn)練階段,每個(gè)已知人臉X映射到特征臉組成的子空間上,得到N維向量

 ﹨* MERGEFORMAT

。

   距離閾值

 ﹨* MERGEFORMAT

定義如式(2-15)所示:

 ﹨* MERGEFORMAT

 (j,k=1,2,…,N)        (2-15)  

   在識(shí)別的時(shí)候,首先把待識(shí)別的圖像映射到特征臉空間,得出向量P及其與每個(gè)人臉集的距離

 ﹨* MERGEFORMAT

(i=1,攝像頭模組廠家電話,2,3,…,N),采用歐式距離法進(jìn)行人臉識(shí)別,分類規(guī)則為:

(1)若

 ﹨* MERGEFORMAT

>

 ﹨* MERGEFORMAT

,則輸入圖像不是人臉圖像;

(2)若

 ﹨* MERGEFORMAT

<

 ﹨* MERGEFORMAT

,

 ﹨* MERGEFORMAT

>

 ﹨* MERGEFORMAT

,則輸入圖像包含未知人臉;

(3)若

 ﹨* MERGEFORMAT

<

 ﹨* MERGEFORMAT

,

 ﹨* MERGEFORMAT

=min{

 ﹨* MERGEFORMAT

},則輸入圖像為庫(kù)中第k個(gè)人的人臉。





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MATLAB人臉識(shí)別程序

ProjectedImages = [];

Train_Number = size(Eigenfaces,2);

for i = 1 : Train_Number

temp = Eigenfaces'*A(:,i); % 將每個(gè)樣本投影到特征空間

ProjectedImages = [ProjectedImages temp];

end

%%%%%%%%%%%從測(cè)試圖片中提取PCA特點(diǎn)

InputImage = imread(TestImage);

temp = InputImage(:,:,1);

[irow icol] = size(temp);

InImage = reshape(temp',irow*icol,1);

Difference = double(InImage)-m;

ProjectedTestImage =

Eigenfaces'*Difference; % 將待測(cè)樣本投影到特征空間

%%%%%%%按照歐式距離取小的原則得出匹配的人臉

Euc_dist = [];

for i = 1 : Train_Number

   q

= ProjectedImages(:,i);

temp = ( norm( ProjectedTestImage - q ) )^2;

Euc_dist = [Euc_dist temp];

end

[Euc_dist_min ,攝像頭模組廠, Recognized_index] =

min(Euc_dist);

OutputName =

strcat(int2str(Recognized_index),'.jpg');

3  MATLAB軟件程序編寫(xiě)

3.1.創(chuàng)建圖片數(shù)據(jù)庫(kù)

function T =

CreateDatabase(TrainDatabasePath)

%%%%%%讀取訓(xùn)練庫(kù)路徑,并統(tǒng)計(jì)樣本個(gè)數(shù)

TrainFiles = dir(TrainDatabasePath);

Train_Number = 0;

for i = 1:size(TrainFiles,1)

if not(strcmp(TrainFiles(i).name,'.')|strcmp(TrainFiles(i).name,'..')|strcmp(TrainFiles(i).name,'Thumbs.db'))

Train_Number = Train_Number + 1; % Number of all images in the training

database

end

end

%%%%%%%%將2維圖像轉(zhuǎn)化為一維向量

T = [];

for i = 1 : Train_Number

% I have chosen the name of each image in

databases as a corresponding number. However, it is not mandatory!

str = int2str(i);

str = strcat('﹨',str,'.jpg');

str = strcat(TrainDatabasePath,str);  

img = imread(str);

img = rgb2gray(img);  

[irow icol] = size(img);  

temp = reshape(img',irow*icol,1);  

% Reshaping 2D images into 1D image vectors

   T

= [T temp]; % 'T' grows after each turn                    

end





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