人脸特征提取与识别参考

本科生毕业设计（论文）文献综述本科生毕业设计（论文）文献综述 题目人脸特征提取与识别人脸特征提取与识别 姓名 学号 学院 专业 年级 指导教师（签名） 系主任（或教研室主任） （签章） 目录 1 2 前言 1 人脸特征提取与识别方法 1 2.1 基于几何特征的方法 1 2.2 基于特征脸的方法 2 2.3 局部特征分析 LFA方法 3 2.4 基于弹性模型的方法 4 2.5 神经网络方法 4 2.6 其他方法 5 3总结 5 致谢. 6 参考文献. 6 文献综述人脸特征提取与识别 人脸特征提取与识别 1前言 近年来，Internet 和多媒体技术飞速发展，多媒体（包括图像、视频等）数据规模急 剧膨胀。为了快速、准确地找到感兴趣的图像或视频，人们提出了基于内容的图像检索 content-based image retri，简称 CBIR技术，研究让计算机对图像进行分类和检 索的算法。CBIR 涉及图像内容表示、相似性度量、高维索引技术等方面。[1] 图像内容的表示是需要首先解决的问题。为了实现对图像内容的存取、访问和检索， MPEG-7 提出了图像内容描述子的概念，例如颜色描述子、纹理描述子、形状描述子等。 图像颜色内容通常用颜色直方图来表示，纹理特征以纹理模式区分图像，形状特征用 于包含特定形状对象的图像检索。颜色直方图（或称为颜色谱）因其简单、有效的性能而 在大多数 CBIR 系统中得到应用，但是颜色直方图对纹理图像的检索效果不好。不同的纹 理图像可能有非常相似的颜色直方图。 所谓图像纹理，它反映的是图像的一种局部结构化特征，具体表现为图像像素点某邻 域内像素点灰度级或者颜色的某种变化，而且这种变化是空间统计相关的，它由纹理基元 和基元的排列两个要素构成。纹理分析方法有统计方法、结构方法和基于模型的方法。 2人脸特征提取与识别方法 人脸识别本质上是三维塑性物体二维投影图像的匹配问题，它的困难体现在1人 脸塑性变形如表情等的不确定性； 2人脸模式的多样性如胡须、 发型、 眼镜、 化妆等； 3图像获取过程中的不确定性如光照的强度、光源方向等。识别人脸主要依靠人脸上 的特征。也就是说依据那些在不同个体上存在的较大差异而对同一个人则比较稳定的度 量。由于人脸变化复杂，因此特征表述和特征提取十分困难。 在对人脸图像进行特征提取和分类之前一般需要做几何归一化和灰度归一化。几何归 一化是指根据人脸定位结果将图像中人脸变换到同一位置和同样大小，灰度归一化是指对 图像进行光照补偿等处理，光照补偿能够一定程度地克服光照变化的影响而提高识别率。 2.1 基于几何特征的方法 人脸由眼睛、鼻子、嘴巴、下巴等部件构成，正因为这些部件的形状、大小和结构上 的各种差异才使得世界上每个人脸干差万别，因此对这些部件的形状和结构关系的几何描 述，可以作为人脸识别的重要特征。几何特征最早是用于人脸侧面轮廓的描述与识别，首 - 1 - 文献综述人脸特征提取与识别 先根据侧面轮廓曲线确定若干显著点，并由这些显著点导出一组用于识别的特征度量如距 离、角度等。Jia 等由正面灰度图中线附近的积分投影模拟侧面轮廓图是一种很有新意的 方法。[2] 采用几何特征进行正面人脸识别一般是通过提取人眼、口、鼻等重要特征点的位置和 眼睛等重要器官的几何形状作为分类特征，但 Roder 对几何特征提取的精确性进行了实验 性的研究，结果不容乐观。[3]可变形模板法可以视为几何特征方法的一种改进，其基本思 想是设计一个参数可调的器官模型即可变形模板，如图 2-1，图 2-2 所示，定义一个 能量函数，通过调整模型参数使能量函数最小化，此时的模型参数即做为该器官的几何特 征。这种方法思想很好，但是存在两个问题，一是能量函数中各种代价的加权系数只能由 经验确定，难以推广；二是能量函数优化过程十分耗时，难以实际应用。[4] 图 2-1可变形模板法的眼模型 图 2-2可变形模板法的嘴模型 基于参数的人脸表示可以实现对人脸显著特征的一个高效描述，但它需要大量的前处 理和精细的参数选择。同时，采用一般几何特征只描述了部件的基本形状与结构关系，忽 略了局部细微特征，造成部分信息的丢失，更适合于做粗分类，而且目前已有的特征点检 测技术在精确率上还远不能满足要求，计算量也较大。 2.2 基于特征脸的方法 Turk 和 Pentland 提出特征脸的方法，它根据一组人脸训练图像构造主元子空间，由 于主元具有脸的形状，也称为特征脸如图 2-3 所示。识别时将测试图像投影到主元子空 间上，得到一组投影系数，和各个己知的人脸图像比较进行识别。Pentland 等报告了相 - 2 - 文献综述人脸特征提取与识别 当好的结果，在 200 个人的 3000 幅图像中得到 95％的正确识别率，在 FERET 数据库上对 150 幅正面人脸象只有一个误识别。 但系统在进行特征脸方法之前需要作大量预处理工作， 如归一化等。 图 2-3 Pentland 得到的特征脸主特征向量 在传统特征脸的基础上，研究者注意到特征值大的特征人脸识向量即特征脸并不一 定是分类性能好的方向，据此发展了多种特征（子空间）选择方法，如 Peng 的双子空间 方法、Weng 的线性歧义分析方法、Belhumeur 的 FisherFace 方法等。事实上，特征脸方 法是一种显式主元分析人脸建模，一些线性自联想、线性压缩型 BP 网则为隐式的主元分 析方法。它们都是把人脸表示为一些向量的加权和，这些向量是训练集叉积阵的主特征向 量，Valetin 对此作了详细讨论。总之，特征脸方法是一种简单、快速、实用的基于变换 系数特征的算法，但由于它在本质上依赖于训练集和测试集图像的灰度相关性，所以还有 着很大的局限性。[5] 2.3 局部特征分析 LFA方法 主元子空间的表示是紧凑的，特征维数大大降低，但它是非局部化的，其核函数的支 集扩展在整个坐标空间中，同时它是非拓扑的，某个轴投影后邻近的点与原图像空间中点 的邻近性没有任何关系，而局部性和拓扑性对模式分析和分割是理想的特性，似乎这更符 合神经信息处理的机制，因此寻找具有这种特性的表达十分重要。基于这种考虑，Atick 提出基于局部特征的人脸特征提取与识别方法。这种方法在实际应用取得了很好的效果， 它构成了 Facelt 软件的基础。 局部特征分析（Local Feature Analysis，LFA）是一种基于特征表示的面像识别技 术，源于类似搭建积木的局部统计的原理。LFA 基于所有的面像包括各种复杂的式样都 可以从由很多不能再简化的结构单元子集综合而成。这些单元使用复杂的统计技术而形 成，它们代表了整个面像，通常跨越多个像素（在局部区域内）并代表了普遍的面部形状， 但并不是通常意义上的面部特征。实际上，面部结构单元比面像的部位要多得多。 然而， 要综合形成一张精确逼真的面像， 只需要整个可用集合中很少的单元子集12～ 40 特征单元。要确定身份不仅仅取决于特性单元，还决定于它们的几何结构比如它们的 相关位置。通过这种方式，LFA 将个人的特性对应成一种复杂的数字表达方式，可以