（計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)論文）基于形狀預(yù)測模型的多光照人臉識別.pdf

摘要 摘要 人臉識別是當(dāng)前計(jì)算機(jī)視覺、模式識別、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)， 具有重要的理論研究意義和巨大的應(yīng)用價(jià)值。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，人臉識別研究 取得很大成就，在條件可控或者理想情況下基本達(dá)到實(shí)用水平。但是目前的人臉 識別技術(shù)水平在非理想情況下與實(shí)用要求有很大距離，仍有許多關(guān)鍵性難題需要 解決，特別是光照問題、姿態(tài)問題、表情問題等。在實(shí)驗(yàn)室對人臉識別多年研究 的基礎(chǔ)上并結(jié)合作者在研究生階段參與的科研課題，本文圍繞著人臉識別中的光 照問題以及其他問題做了以下幾方面的研究工作： 1 對人臉識別研究做了概述。一些國內(nèi)外研究者對人臉識別做了很好的綜 述，但是作為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，新的方法和技術(shù)不斷出現(xiàn)，每年都有大量關(guān)于人 臉識別的研究成果。本文從發(fā)展歷程、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、經(jīng)典算法、性能評價(jià)和 面l | 每問題五個方面對人臉識別研究進(jìn)行了系統(tǒng)全面地介紹。 2 分析了三維形狀和二維紋理對人臉識別的影響。在本實(shí)驗(yàn)室建立的大規(guī) 模中國人的三維人臉庫和基于重采樣三維人臉對齊算法的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)合理 的實(shí)驗(yàn)，采用平均三維人臉來改變原始三維人臉的形狀和紋理信息，系統(tǒng)地分析 了在這種變換模式下的人臉三維形狀和二維紋理對人臉圖像識別的影響，在 e i g e l l f ；屺e 算法上的試驗(yàn)結(jié)果表明，形狀和紋理信息對人臉識別都有很大影響， 并且形狀信息的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于紋理信息的影響。 3 在深入分析光照問題的基礎(chǔ)上，提出了一種基于人臉形狀預(yù)測模型合成 虛擬圖像的人臉識別方法。本文選用支持向量回歸來訓(xùn)練和學(xué)習(xí)人臉圖像和人臉 三維形狀之間的內(nèi)在關(guān)系，并把這種內(nèi)在關(guān)系作為先驗(yàn)知識用于預(yù)測新輸入人臉 圖像的形狀信息，避免了非人臉的產(chǎn)生，并保證預(yù)測的準(zhǔn)確性。利用預(yù)測得到的 人臉三維形狀和輸入圖像合成不同光照條件下的虛擬圖像，從而通過豐富人臉樣 本來提高了人臉識別對光照的魯棒性，在合成虛擬圖像過程中結(jié)合光照比例圖方 法，增強(qiáng)了合成效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過該方法增加虛擬人臉可以顯著改進(jìn)多光 照條件下的人臉識別性能。 關(guān)鍵詞人臉識別：形狀信息：紋理信息：光照問題：支持向量回歸 a b s t r a c t f a c er e c o g n i d o nh 醛b nt i er e 靼a r c hf o c u si nc o m p u 瓣孕a p b i c s ，c 鋤p u t 盯v i s i o n 題dp a n e m r e c o g n m o na si t sw i d e 瑚g eo f a p p l i c a 矗o n s 鋤ds d c n d f i cv a j u e t h e r ea r em a n yf a r e c o g n i t i o n t e c h n i q u e sh a wb e e np r o p o s e d 蛆ds h o w n 疏驢i f i c 鋤tp r o i n i s e ，a 1 1 dm a n yc o m m e r c i a is y s t e m sa r c a v a i l d b l ef o rv a r i o u sa p p l i c 砒i o 璐u n 婦w e l l - c o n 自r o l l e d 印v i r o n m ti 1 1r e m mf b rt h e1 0 n gt i m e f e s e 眥he 婦f o n ，b u tr o b u s tf 和er e c o 印越o ni ss d d i 仿c i l l t 船m a n yu n r e s o l v e dc h a l l 蚰g e s ，s l l c h 鴿 i l l u m i i l a 吐o n 衄dp o s ev a r i a t i o np r o b l e m s ，e x p r c s s i o np r o b l 哪a n ds oo n t h i sm e s i gi sb 鵲e do n 也ef 婦d 撕o no f 球s e a r c l l i n go nf a c e 球c o 蛐i o ni nm yl a b 啪t o i ya n dt h ep r o j e c t st l l a tih a v e t a k e np a r ti 1 1 ，吐l em a j nc 衄打i b u d o n sn f i ta r e f o l l o w i n g ： 1 ) p r 0 、r i d e gaf e “e wo f f a c e 他c o g n i 怕n 玨t i 珊t 眥砧t l l o u g ht h e f e8 托s o m e9 0 0 ds u n ，e y so f f k e ：。c o 印m o nt ob ep u b l i 8 h e di n l ep a s tf b wy e a 巧，w et l l 試ki ti sn e c e s s a r yt o 百v ean e w o v e r v i e wo ff 如er e c o 刪n o n 丘_ 0 md i 矗b n tv i e w p o i i l t sb e c a l l s et h e 心a r em a n yn e wa l g o 五m m s a n dt e c h o l 0 西髓t 0b cp r e s t e dv a 了y e a lt h i s 趴l r w = yd e s c r i b 船t l l ef h c er o g n i o nt e c h n o l o g y 肋m “e w p o i n t so f h i s l o i i c a ld e v e l o p m e n l ，s t a t e 捌- 血e - a n si nm ew o r l d ，血ec l a s s i c a la l g o 船皿s ， p 盯f 細(xì)a n c ee v a l u a 廿o na l l dk c ) i s g u e si nf h c er e c o g n i d o 2 ) m e 叢u r e sq u 冊吐6 c a t i o 衄1 1 ym et l 聆e d i m 印s i o n a ls h 印e 肛d 椰咖i 廿1 s i o n a ls 1 】r f a c e 豫f l e c 協(xié)1 1 c ec 佃姍確o n st o 蠡c ci m a g e s 豫c o 鰣右o n b 髂e do n 出eb j p u - 3 d1 a r g e - s c a l cc h i i l e s e f a c ed a 協(xié)b a s e 如dm ec o n 屯s p o n d e n c eb e t w e e nt 1 1 酷ef k e sb y 血o u g hm 船hr e s 唧1 i n 島w eh a v e a 1 砌硼n l e 慨e 曲e n s i 徹_ a ls h a p e 鋤d 咖捌m 哪s i o 眥1s 刪r a c cr e n e c t a n c eo fm co r i 百n a l3 d f 她e sb ym 描n gu s eo ff h ea v e m g ef a c e ，也髓w eh a v eh p l e m e n t e das e r i e so fe x p 盯i l i l e n 乜t o m e a g i l r et h ec o m r i b 而o n so ft h r e e d i m e 地i o n a ls b a p e 雅dt w o - d i m 衄s i o n “s l l r f a c er e n e c t a n c et o f 砬ei m a g er e c o 印i n o nu n d e rt h i sc h 跚g ep g 七嘧1 1 f 蛔m e 懿p 謝瑚肋tr e s u 抵b a s e do nm e e i g 如f a c ea 1 9 0 r i l l l | ：n ，w ec o n d u d 船廿l a tl h et w o 馳e so fi n f o 皿a 石o na r cb o l hi m p o r 齜f b rf k e 鸛c o g f l 攮。nb mn 增3 d 盎a p e 主sm n c hm o r ei 翠。舳tt b 紐也e2 d 張如c er e 丑e c t a n c e ，心 c o n c l l l s i o n 百v 韶g o o ds u g g 船t i o n s 蛆dc l u e st ot h ed e s i 伊。f 蠡c e 佗c o 鰣怕na l g o r i 血m si i l 南缸工r e 3 ) p m p o s e saf k er o 鰣吐o nm d h o db ys y t h e s 醯gv i n l l a lf a c ei m a g e sb a s e do n 也c e s h a p ep r e d i 出o nm o d e lb y 衄伽曲吐l ed e 印蛆a l y s i so f 吐l ei l l i m i n 撕o np r o b l e m w bt r a i n 血e s u p p o r tv e c t o rr e g 陀s s i o n ( s v r ) m o d e ll h r o u 曲a 【a m p l e so f 押o - d i m e n s i o n a l ( 2 d ) a i 】d ；i j 北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 t h r e e - d i m e n s i o n a l ( 3 d ) f h ei m a g e sw h i c hc a l ll e a ma i l dr c c a l l 1 er c g r e g s i o nr e l a h o n s h i pb e m e e n t h e m ，血eu s eo f t h ed e n s e l ys a r n p k dg e o m e t 叫o f t h ee x 即叩l a rf a c e so b t a i n e db y1 a s e rs c a 皿i n ga s t h ep r i o rk n o w l e d g ea b 叫ts l l a p et o 廿a i nt l l es tc a i lr e s 砸c tl l l ef a n g eo fa 1 1 0 w a b l ef k 船n l e na p e r s o n a l i z e d3 df 址ec a nb ep 咒l i c t e d 蛆di 船o n s 缸u(yù) c o e d 丘o mas 而g l e 婦l t a lf a c ei i n a g e 謝 h n e u t r a le x p r c s s i o n 柚dn o 皿a l i l l u m i 蚰t i o nb yu s 血g 吐”t r a i l l e ds v rm o d e l r e a l i s 讎v i 竹l l a if a c e s u n d c rd i 彘r e n ti 1 1 u m i n a t i 咄a r es y i 曲e s i z e db 罄e d0 nt l l ep e r s o a l i z e d3 df a c et oc h a m c t 耐z e 吐l e f k es p a c e8 n df a c er e c o 鰣6 0 ni sc o n d u c t e db 船酣o nt h e s er c p r e s t a n v e 池1f a c e s ，血e i 1 1 u m i l l a 矗o nr a d om a pu s e di i l 也es y n l e s i so fv i r n 】a if a c e se 血a n c e sm er e a l i 砂o fv i n l l a lf a c e s t h ee x p e 施c n t a lr e s l l l t ss h o wt h a t l es y n l l l e s i z e d “r t u a lf a c e sc a i ls i g n i f i c 如廿yi m p r o v e 也e c u r a c yo f f h c er e c o g n i 廿o n u n d c r v a r y i i l g i n m n i n a d o n k e y w o r d s f a c er c c o 印m o n ；f a c es h 印e ；目】r 】陸c er e n e c t a i l c e ；i 1 1 u n l i a t i o n ；s u p p o r t v e c t o rr e 目r e s s i o n 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研 究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他 人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京工業(yè)大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu) 的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 簽名：塞奴逮日期：2 五幺! 么 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解北京工業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán) 保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱：學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿?分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 簽名：丞垂逸 導(dǎo)師簽名： 第1 章緒論 1 1 人臉識別研究的背景與意義 讓計(jì)算機(jī)“認(rèn)識”人臉是近幾十年來人們追求的一個目標(biāo)，雖然人類天生具 有認(rèn)識人臉的能力，但是讓計(jì)算機(jī)“認(rèn)識”人臉卻是具有很大挑戰(zhàn)性的難題，這 就是所謂的“機(jī)器人臉識別”。人臉識別目前已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)視覺、模式識別等 領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，受到越來越多的關(guān)注和研究，對人臉識別的研究具有重要的理 論研究意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 首先，人臉識別的研究極大地促進(jìn)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，具有重要的理論意義。 人臉具有非常復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)和生理結(jié)構(gòu)，人臉識別研究涉及到模式識別、圖像 處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺、認(rèn)知學(xué)、神經(jīng)學(xué)、心理學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域。 作為一個典型的模式分類問題，人臉識別為這些學(xué)科提供了一個很好的研究實(shí) 例。 其次，人臉識別研究具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。在危險(xiǎn)人物智能監(jiān)控、罪犯抓逃 與對比、出入境管理等國家安全領(lǐng)域，電子商務(wù)、電子政務(wù)、信息系統(tǒng)等信息安 全領(lǐng)域，視頻游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互等娛樂領(lǐng)域，還有其它領(lǐng)域都有著廣泛 的應(yīng)用價(jià)值和前景。 1 2 人臉識別的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域 1 2 1 人臉識別的特點(diǎn) 相對于傳統(tǒng)的身份認(rèn)證技術(shù)，生物識別技術(shù)是最為方便與安全的身份認(rèn)證技 術(shù)，它不需要記住復(fù)雜的密碼，不需要隨身攜帶鑰匙、智能卡之類的東西。所謂 生物識別技術(shù)( b i 0 1 n e 缸c s ) 是指利用人體本身所具有的、具有唯一性的生理特征或 者行為特征進(jìn)行身份驗(yàn)證的技術(shù)。由于每個人的生物特征具有與其它人不同的唯 一性和在一定時(shí)期內(nèi)不變的穩(wěn)定性，生物識別技術(shù)的安全系數(shù)與傳統(tǒng)的身份驗(yàn)證 機(jī)制相比較有很大的提高。目前已有多種生物識別技術(shù)得到實(shí)際應(yīng)用，如指紋識 別、虹膜識別、視網(wǎng)膜識別、掌紋識別、語音識別、手背血管分布識別、筆跡識 別、聲紋識別、步態(tài)識別等，其中指紋識別憑借其無可比擬的唯一性、穩(wěn)定性和 別、聲紋識別、步態(tài)識別等，其中指紋識別憑借其無可比擬的唯一性、穩(wěn)定性和 北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 再生性備受關(guān)注并取得了廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的進(jìn)步和生物識別技術(shù)所特有的 優(yōu)勢，人們對生物識別技術(shù)寄予很大期望，希望能夠很好的滿足國家公共安全、 社會安全及信息安全等各方面的應(yīng)用需求。尤其是美國的“9 1 l ”事件以后，世 界各國政府，尤其西方國家，對身份驗(yàn)證領(lǐng)域的關(guān)注與投入迅速增長，特別是對 生物識別技術(shù)的青睞，這也很大的促進(jìn)了生物識別技術(shù)的發(fā)展。 進(jìn)入九十年代以后，隨著計(jì)算機(jī)處理速度的快速發(fā)展及人臉識別算法的革命 性改進(jìn)，人臉識別技術(shù)以其獨(dú)特的方便、自然、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)受到世人矚目。人臉 識別技術(shù)已經(jīng)成為生物識別技術(shù)領(lǐng)域中最受關(guān)注與青睞，也是最有發(fā)展前景的識 別技術(shù)之一。與其它生物識別技術(shù)相比較，人臉識別技術(shù)有著獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢， 主要體現(xiàn)在： 可以隱蔽操作：人臉識別系統(tǒng)可以很好的隱蔽于各種場合，這一特點(diǎn)特別適 合于公共安全領(lǐng)域及重要場所，如機(jī)場、車站、碼頭等。這是人臉識別技術(shù)的一 個很大優(yōu)勢，但是也有學(xué)者與法律界人士對于人臉識別技術(shù)隱蔽操作的合法性提 出質(zhì)疑。 主動性強(qiáng)：與指紋、虹膜、視網(wǎng)膜、語音等生物識別技術(shù)不同，人臉識別不 需要識別對象接觸采集信息，可以方便的采集到識別對象的面部圖像，具有很好 的主動性。非接觸式采集比較符合一般用戶的習(xí)慣，容易被人接受。 可追蹤性好：人臉識別系統(tǒng)可以保存每次事件發(fā)生時(shí)的人臉圖像信息和相關(guān) 記錄，從而具有良好的后事追蹤能力。 良好的防偽、防欺詐性：人臉是最直觀、唯一并且在一定時(shí)期內(nèi)非常穩(wěn)定的 人體生物特征，所以人臉識別技術(shù)具有良好的防偽、防欺詐性能。 性價(jià)比高：人臉識別技術(shù)只需要計(jì)算機(jī)和圖像采集設(shè)備以及相應(yīng)的軟件， 不需要其它特殊的采集設(shè)備，費(fèi)用較低，具有很高的性能價(jià)格比。指紋、虹膜等 識別技術(shù)都需要專門的采集設(shè)備。 目前的人臉識別技術(shù)也存在一些難以克服的缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下兩個方 面： 識別率達(dá)不到實(shí)用化的要求：盡管當(dāng)前的人臉識別技術(shù)在用戶配合或者特定 場合下有很高的識別率，但是在一般實(shí)用情況下的識別率仍達(dá)不到實(shí)用化的要 求。這也是由于人臉識別本身的復(fù)雜性所致，目前的技術(shù)很難解決。 第l 章緒論 受外界條件影響大、穩(wěn)定性差：雖然人的面部在短時(shí)間內(nèi)不會發(fā)生根本的變 化( 化妝、整容除外) ，但是人臉圖像在不同姿態(tài)、不同的光照條件以及不同表情 時(shí)有很大差異，對人臉識別產(chǎn)生很大影響。 盡管人們對人臉識別投入了極大的熱情與精力，但是這些缺點(diǎn)使得人臉識別 仍然是一個極有挑戰(zhàn)性的課題，離實(shí)用化還有一定的距離。目前，即使世界上最 好的人臉識別系統(tǒng)也只是在數(shù)據(jù)庫規(guī)模不大，用戶配合和外界條件可控的情況下 才能有較好的識別性能。對這些問題的解決，仍然是今后一段時(shí)間人臉識別領(lǐng)域 的研究目標(biāo)。 1 2 2 人臉識別的應(yīng)用領(lǐng)域 人臉識別的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：國家公共和社會安全、信息安全和娛樂及日 常應(yīng)用等三大領(lǐng)域。 國家公共和社會安全是人臉識別最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，對危險(xiǎn)恐怖分子和犯罪 分子進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控和追蹤提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。打擊犯罪、保障人民生命財(cái)產(chǎn) 安全是世界各國所面臨的一個嚴(yán)峻任務(wù)，特別是我國這樣一個人口眾多的大國， 人口流動日益頻繁，打擊犯罪的任務(wù)更加嚴(yán)峻。目前多是將逃犯的照片、身份證、 特征資料上網(wǎng)發(fā)布，但這種方法的判斷要通過多種技術(shù)鑒定，它對證件資料假冒 犯人的查詢有較大的難度，對犯罪分子的狡辯、偽裝往往要消耗大量的時(shí)間和物 力來進(jìn)行確認(rèn)。利用人臉識別技術(shù)，則可大大提高工作效率，并能對犯罪分子產(chǎn) 生極大的威懾力量。如在重要的車站、碼頭、機(jī)場、海關(guān)、銀行等出入口附近架 設(shè)攝像機(jī)，則系統(tǒng)可自動捕捉進(jìn)、出上述場所的人員的頭像，再通過網(wǎng)絡(luò)將頭像 面貌特征數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)中心數(shù)據(jù)庫去，與逃犯的頭像進(jìn)行比較，迅速準(zhǔn)確地 做出身份判斷，一旦發(fā)現(xiàn)可疑人物，即自動記錄并報(bào)警。借助于無線技術(shù)的發(fā)展， 人臉識別技術(shù)己應(yīng)用在手機(jī)等無線設(shè)備上，這樣更加方便對流動犯罪分子的打 擊。 信息安全領(lǐng)域是人臉識別的另一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的快速發(fā) 展極大推動了社會進(jìn)步，給人們提供了越來越舒適、方便和快捷的生活方式，但 是信息的獲取與控制的安全問題也日益凸現(xiàn)出來。信息安全問題已經(jīng)引起人們的 普遍關(guān)注，金融盜竊與詐騙、通過網(wǎng)絡(luò)竊取國家、商業(yè)機(jī)密等犯罪現(xiàn)象日益增多， 3 北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)硬士學(xué)位論文 對傳統(tǒng)的安全措施提出了新的挑戰(zhàn)。人臉識別技術(shù)則提供一種更加可靠、安全和 方便的安全控制機(jī)制，它不需要任何的電子、機(jī)械“鑰匙”，從根本上可以杜絕 鑰匙、密碼的丟失和盜取現(xiàn)象。特別是銀行金融系統(tǒng)對安全防范控制系統(tǒng)有著極 高的要求，如對金庫的安全設(shè)施、保險(xiǎn)柜、自動取款機(jī)以及電子商務(wù)信息系統(tǒng)等 都需要人臉識別技術(shù)這種更直觀、準(zhǔn)確、可靠的識別系統(tǒng)。 在娛樂及日常生活中人臉識別技術(shù)也有著廣泛的應(yīng)用。比如在游戲中加入人 臉識別技術(shù)可以增加游戲的智能性、趣味性和交互性；通過人臉識別技術(shù)可以讓 機(jī)器寵物具有認(rèn)識自己主人的能力，使得機(jī)器寵物更加人性化。人臉識別技術(shù)還 可以用在面相考勤、代表身份驗(yàn)證、各種證件檢驗(yàn)等日常應(yīng)用中，具有方便、快 捷、可靠的優(yōu)點(diǎn)。 1 3 人臉識別系統(tǒng)的功能組成 計(jì)算機(jī)人臉識別可以通俗的定義為：輸入一幅圖像或者一段視頻序列，利用 計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)庫中的已知人臉圖像通過一定的技術(shù)和方法來識別或者確認(rèn)輸入 圖像或視頻序列中人的身份。 從功能角度，人臉識別系統(tǒng)的功能可以分為三類： 鑒別( i d e m f i c a t i o n ) ：鑒別回答“這是誰? ”( w h 0i st h i s ? ) 。將繪定的人 臉圖像與計(jì)算機(jī)中存儲的n 個人的圖像逐個比較，輸出m 幅圖像，并 按照與給定圖像的相似度從大到小排列，再由人來確定這是誰。 驗(yàn)證( v e r i 矗c a t i o n ) ：驗(yàn)證回答“這是否為某人? ”i si sw h o m ? ) 。輸入人 臉圖像中的人的身份己知，與計(jì)算機(jī)中存儲的該人的圖像進(jìn)行比較，回 答該人的身份是否真實(shí)。 監(jiān)控( w a t c h1 i s t ) ：監(jiān)控同時(shí)具有鑒別和驗(yàn)證功能，回答“這是否為要找 的人? ”( a f e y o u l o o l d g f o r m e ? ) 。將未知身份的人的圖像輸入計(jì)算機(jī)， 計(jì)算機(jī)決定這個人是否在監(jiān)控名單中，如果在，還必須確定這個人的身 份。 從技術(shù)角度，一個完整的人臉識別系統(tǒng)至少有三部分組成：人臉檢測( f a c e d e t e c t i o n ) ，特征提取( f e a t u r ee x 曲c d o n ) 和人臉識別( f a c er e c o 鰣t i o n ) ，如圖 1 1 所示。 第l 章緒論 圖1 1 人臉識別系統(tǒng)的功能組成【1 】 f i g 1 一lc 。n u r 碰o n o f a g c n c f k er o g n i d o ns ”t e i n 人臉檢測，也可稱為人臉分割口a c es e 舯哪t a t i o n ) ，用來確定輸入圖像中 人臉的位置、大小等信息，然后分割出人臉區(qū)域，并進(jìn)行歸一化處理； 特征提取，是人臉識別系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一步，用來提取出能準(zhǔn)確表示 某張人臉的特征參數(shù)作為下一步驟中人臉分類器的輸入。顯然，人臉特 征參數(shù)提取的好壞，直接影響到人臉識別的性能； 人臉識別，把提取的人臉特征參數(shù)與數(shù)據(jù)庫中的所有人臉特征參數(shù)進(jìn)行 比較，確認(rèn)出這組特征參數(shù)所代表的人的身份。 1 。4 本文主要研究內(nèi)容 從人臉識別產(chǎn)生至今，經(jīng)過幾十年的研究與發(fā)展，人臉識別研究取得了巨大 的進(jìn)步，特別是近十多年，是人臉識別快速發(fā)展時(shí)期。但是目前的技術(shù)水平與人 們對人臉識別技術(shù)的期望還有很大的距離，特別是光照問題、姿態(tài)問題和表情問 題等開放性問題成為人臉識別技術(shù)發(fā)展的瓶頸，在今后的一段時(shí)期內(nèi)，人臉識別 技術(shù)還需要解決諸多的難點(diǎn)問題。本文的研究內(nèi)容是在實(shí)驗(yàn)室對人臉識別技術(shù)多 年研究的基礎(chǔ)上主要針對以下兩個問題進(jìn)行展開： 問題1 三維幾何形狀信息和二維表面紋理信息對人臉圖像識別的影響 人臉具有復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)和生理結(jié)構(gòu)，而且人臉的光照特性也很復(fù)雜，但是 從人臉成像的一般過程來看，影響人臉圖像生成效果主要包括三個因素：人臉三 甚_8ii_i輯 北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)i 受士學(xué)位論文 維形狀、人臉二維表面紋理和外界光照條件，其中人臉三維形狀和二維紋理是人 臉本身的內(nèi)在屬性，而光照條件是外在屬性。在光照可控的條件下，人臉圖像的 生成效果就由內(nèi)在屬性決定。在人臉識別過程中，三維形狀信息對人臉圖像生成 的影響大，還是二維紋理信息對人臉圖像的生成影響大? 也即在人臉識別中是形 狀信息起主導(dǎo)作用還是紋理信息起主導(dǎo)作用? 在人臉識別領(lǐng)域，這是一個非常基 本而又重要的問題。該問題的研究對今后人臉識別算法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)都會有很好的 啟示與借鑒意義，特別是對近幾年出現(xiàn)的基于三維人臉識別方法有更好的借鑒意 義。 問題2 如何提高多光照條件下的人臉識別率 光照問題一直是人臉識別研究中的難點(diǎn)問題，特別是在人們追求人臉識別自 動化和實(shí)用化的過程中，光照問題顯得更為突出。實(shí)驗(yàn)表明，同一人臉在不同光 照條件下人臉圖像之間的差異往往大于不同人臉在同一光照條件下人臉圖像之 間的差異【“，這就給人臉識別帶來了極大的挑戰(zhàn)。f e r e t 測試3 】表明即使是最好 的人臉識別系統(tǒng)，其識別性能也會因?yàn)楣庹兆兓挠绊懚彼⑾陆?。f r 、玎2 0 0 2 h 的評測結(jié)果指出，雖然人臉識別系統(tǒng)對室內(nèi)光照變化具有較強(qiáng)的魯棒性，但是對 室外圖像的識別率仍然很低。盡管人們對光照問題進(jìn)行大量的研究，并提出很多 算法來提高入臉識別對光照變化的不敏感性，但是對光照問題的研究仍將是今后 人臉識別領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。 本文重點(diǎn)圍繞上述兩問題進(jìn)行研究，對如何度量三維形狀和二維紋理對人臉 識別的影響和基于人臉形狀預(yù)測模型的多光照人臉識別進(jìn)行了深入的研究，主要 的研究內(nèi)容包括： 1 從多個角度全面地對人臉識別技術(shù)進(jìn)行了概述，主要包括人臉識別技術(shù) 的發(fā)展歷程、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、經(jīng)典方法、人臉識別性能評價(jià)體系以及當(dāng)前面臨 的主要問題等五個方面。 2 分析了三維形狀和二維紋理對人臉識別的影響，在本實(shí)驗(yàn)室建立的大規(guī) 模中國三維入臉庫和基于重采樣三維入臉對齊算法的基礎(chǔ)上，采用e i g e n f a c e 算 法進(jìn)行識別定量地分析了人臉三維形狀和二維紋理對基于特定算法的人臉圖像 識別的影響。 3 本文提出了一種基于人臉形狀預(yù)測模型合成虛擬圖像的人臉識別方法， 第1 章緒論 通過樣本來學(xué)習(xí)人臉圖像和人臉三維形狀之間的內(nèi)在關(guān)系，并把這種內(nèi)在關(guān)系作 為先驗(yàn)知識來預(yù)測新輸入人臉圖像的人臉三維形狀。選用支持向量回歸來訓(xùn)練和 學(xué)習(xí)人臉圖像和三維形狀之間的關(guān)系，建立一個三維人臉形狀預(yù)測模型，輸入一 幅普通光照條件下的中性表情人臉圖像，通過該預(yù)測模型可快速預(yù)測輸入人臉的 三維形狀?；陬A(yù)測的人臉三維形狀和輸入圖像，合成不同光照條件下的人臉虛 擬圖像，從而豐富人臉樣本來提高人臉識別對光照的魯棒性。 1 5 本文的組織結(jié)構(gòu) 本文共有六章組成，各章節(jié)內(nèi)容如下： 第一章是本文的緒論部分，介紹了人臉識別研究的背景與意義，概括了入臉 識別技術(shù)的優(yōu)勢與不足以及主要的應(yīng)用領(lǐng)域，總結(jié)了人臉識系統(tǒng)的功能組成，引 入了本文的重點(diǎn)研究問題和主要研究內(nèi)容，最后給出了本文的組織結(jié)構(gòu)。 第二章對人臉識別研究進(jìn)行了概述，主要從人臉識別發(fā)展歷程、國內(nèi)外研究 現(xiàn)狀、經(jīng)典識別方法、人臉識別性能評價(jià)體系以及目前人臉識別所面臨的主要難 題等方面進(jìn)行介紹。 第三章研究了人臉的三維形狀信息和二維紋理信息對人臉圖像識別的影響， 包括本研究問題的提出、數(shù)據(jù)的組織、研究方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論等幾個方面。 第四章對人臉識別中的光照問題進(jìn)行了介紹，主要有人臉圖像的表示模型、 光照變化對人臉識別的影響和人臉識別中解決光照問題的主要方法三部分內(nèi)容 組成，其中重點(diǎn)介紹了人臉識別中解決光照問題的主要方法并對這些方法進(jìn)行了 分類總結(jié)。 第五章研究了基于人臉形狀預(yù)測模型的多光照人臉識別方法，介紹了數(shù)據(jù)組 織及處理、數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)以及實(shí)現(xiàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。 本文的最后是結(jié)論與展望，對本文的主要工作進(jìn)行了總結(jié)，并對今后的工作 進(jìn)行了展望。 第2 章人臉識別研究概述 第2 章人臉識別研究概述 從計(jì)算機(jī)人臉識別研究開始至今，國內(nèi)外許多學(xué)者做了大量的工作，并取得 了一定的成就。有不少綜述文章對人臉識別技術(shù)進(jìn)行了很好的概括和總結(jié) 【1 】 5 【6 【7 1 。文獻(xiàn) 1 全面、系統(tǒng)的對人臉識別技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，是目前最好的人臉 識別技術(shù)綜述文章，文獻(xiàn) 6 也很好的從多個方面對人臉識別技術(shù)進(jìn)行了綜述。 人臉識別研究是當(dāng)前的一個研究熱點(diǎn)，新的方法和技術(shù)不斷出現(xiàn)，每年都有大量 的相關(guān)文章發(fā)表，因此作者認(rèn)為有必要對前人的工作做一下總結(jié)與補(bǔ)充。本文從 多個角度對人臉識別研究進(jìn)行了總結(jié)分析。 2 1 人臉識別研究的發(fā)展歷程 人臉識別研究最早起始于2 0 世紀(jì)5 0 年代的心理學(xué)研究【引，b l e d s a e 在1 9 6 6 年提出機(jī)器人臉識別研究【9 ，然而真正的自動化的機(jī)器人臉識別研究開始于2 0 世紀(jì)7 0 年代，開創(chuàng)性的工作是k a n a d e 的 1 0 和k e l l y 的 1 1 。從發(fā)展過程的角 度，可以把人臉識別技術(shù)的發(fā)展分為三個階段： 第一階段從人臉識別研究開始到2 0 世紀(jì)8 0 年代末。這時(shí)期的人臉識別方法 主要是基于幾何特征匹配的識別方法，主要利用入臉的寬度、瞳孔間的距離以及 嘴巴的寬度等幾何信息1 1 0 】f 1 ”，k a n n a d e 開創(chuàng)性地完成了第一個半自動化的機(jī)器人 臉識別系統(tǒng)。這些方法是最簡單、最傳統(tǒng)的識別方法，需要手工標(biāo)定特征點(diǎn)，目 前仍然有人在沿用這些方法，但常常與新的方法相結(jié)合，也取得了不錯的效果。 由于早期的識別方法效果較差以及硬件設(shè)備的限制，人臉識別技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到 人們的期望，到8 0 年代人臉識別研究就進(jìn)入了緩慢發(fā)展階段。 第二階段是2 0 世紀(jì)9 0 年代。在這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展和好的數(shù)學(xué)分 類方法的出現(xiàn)使得入臉識別研究進(jìn)入了新的、迅速的發(fā)展階段，出現(xiàn)了許多經(jīng)典 的人臉識別方法【1 2 】【1 3 】 1 4 】【1 跏16 】f 1 7 】 1 8 】。t u r k m 等提出的特征臉方法被認(rèn)為是里程 碑式的工作，也使得e i g e n f a c e 方法成為測試識別性能的基本算法之一。一個重 要事件是美國軍方在1 9 9 3 年9 月開始組織實(shí)施了著名的f a c er c c o 嘶t i o n t e c l l n o l o g y ( f e r e t ) 項(xiàng)目，該項(xiàng)目對人臉識別研究的發(fā)展起到了重要的作用。 第三階段是2 0 世紀(jì)9 0 年代末至今。隨著人臉識別研究的發(fā)展，人臉識別系統(tǒng) 北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 逐漸地向著自動化和實(shí)用化的方向發(fā)展，實(shí)際應(yīng)用也對人臉識別提出了更高的要 求。光照問題【1 9 1 2 0 】和姿態(tài)問題f 2 2 1 成為人臉識別研究的熱點(diǎn)，出現(xiàn)了一些新的識 別方法矧 2 4 【2 5 1 和商業(yè)化的人臉識別系統(tǒng)。美國軍方在f e r e t 的基礎(chǔ)上分別在2 0 0 0 年和2 0 0 2 年組織商業(yè)人臉識別系統(tǒng)評測。此外，基于視頻的人臉識別也是一個重 要的研究方向口j ，因?yàn)閷?shí)用化的入臉識別系統(tǒng)必須是輸入方便的，而攝像頭、攝 像機(jī)等設(shè)備是最簡單、方便的圖像采集設(shè)備。 2 2 人臉識別研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀： 國外的人臉識別研究起步較早，在算法研究、人臉數(shù)據(jù)庫建設(shè)、系統(tǒng)開發(fā)和 評價(jià)體系等方面都取得了顯著成果，并出現(xiàn)了許多專業(yè)的人臉識別公司和商業(yè)化 的人臉識別系統(tǒng)。許多國家都建有專門的研究機(jī)構(gòu)，比較著名的有美國卡內(nèi)基梅 隆大學(xué)( c m u ) 的機(jī)器人研究所、麻省理工學(xué)院( m i t ) 的媒體和人工智能實(shí)驗(yàn)室、馬 里蘭大學(xué)( u n i v e r s i t yo fm a r y l a n d ) 的自動化研究中心、法國的i n r i a 研究院、 日本的a r t 研究所等。從人臉識別研究開始至今出現(xiàn)了許多人臉識別技術(shù)方面的 專家和學(xué)者，他們的聰明才智和辛勤工作對人臉識別的發(fā)展起做出了重要的貢 獻(xiàn)。k a n a d e 博士于1 9 7 3 年完成了第一篇關(guān)于自動人臉識別方面的博士論文1 1o 】和第 一個半自動化的人臉識別系統(tǒng)，被認(rèn)為是人臉識別研究的開創(chuàng)性工作，至今 k a n a d e 博士仍然是人臉識別領(lǐng)域中的活躍人物之一：麻省理工學(xué)院的t u r k 和 p e n t l a n d 教授提出的特征臉方法【1 習(xí)被公認(rèn)為人臉識別技術(shù)發(fā)展史上的里程碑式 工作，極大的推動了其它人臉識別技術(shù)的發(fā)展和人臉識別系統(tǒng)的實(shí)用化進(jìn)程； b e l h u m e u r 等人提出的f i s h e r f a c e 方法也是重要的方法【，不但改進(jìn)了特征臉方 法的不足，也為其它方法提供了很好的借鑒；德國的b l a n z 等人提出的基于三維 形變模型的人臉識別方法【2 5 】為解決人臉識別中的光照和姿態(tài)問題提供了一個新 的途徑和發(fā)展方向，可以說是人臉識別中的又一突破性成果，基于三維信息的人 臉識別方法成為今后人臉識別研究得主要發(fā)展方向；p h i l l i p s 博士從1 9 9 3 年開始 負(fù)責(zé)和組織人臉識別性能評測工作3 】 4 】，他的工作對人臉識別的發(fā)展起了很大的 推動作用和導(dǎo)向作用；s t a n l i 博士和a n i lk j a i n 于2 0 0 5 年臺編的h a n d b o o ko f f a c er e c o 印i t i o n 為人臉識別領(lǐng)域第一部權(quán)威論著【“，全面系統(tǒng)地介紹了人臉 第2 章人臉識別研究概述 識別研究的發(fā)展和最新成果。還有其他專家，如d k r i e g m a n 【1 6 1 ，a s h a s h u a 【2 0 】， w y z h a o 、r c h e l l a p p a 1 】，b m o g h a h h a m 【1 7 1 ，r g r o s s l 2 刀等，他們?yōu)槿四樧R別的 發(fā)展做出了很有意義的工作。 人臉數(shù)據(jù)庫是進(jìn)行算法測試和系統(tǒng)識別性能評價(jià)的基礎(chǔ)，建立包含多種條件 下人臉樣本圖像標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫也是人臉識別領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。到目前為止，國外已 有數(shù)十個公開的人臉數(shù)據(jù)庫2 8 1 ，既有二維人臉圖像庫，也有三維人臉圖像庫。國 際上比較常用數(shù)據(jù)庫有：f e r e t 人臉庫f 2 9 】，該數(shù)據(jù)庫是在f e r e t 項(xiàng)目資助下建立的 一個大規(guī)模人臉數(shù)據(jù)庫，是目前人臉識別領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)庫之一； c p u - p i e 人臉數(shù)據(jù)庫3 0 】，該數(shù)據(jù)庫是由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)創(chuàng)建的人臉庫，雖然人數(shù) 不多，但是采集環(huán)境控制嚴(yán)格、樣本豐富，也是目前人臉識別領(lǐng)域的一個重要測 試庫；還有其它一些常用人臉庫，如m i t 人臉庫、y a l e 人臉庫、o r l 人臉庫等。三 維人臉識別是今后人臉識別研究的發(fā)展方向，國外也出現(xiàn)一些較小規(guī)模的三維人 臉數(shù)據(jù)庫：3 dr m a 人臉庫，它包含1 2 0 人的三維數(shù)據(jù)，在布魯塞爾的s i c ( 齜 s i 髓a l 蛆dh 1 1 a g ec e n t 曲創(chuàng)建，人臉表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)有很高的精確性；n o 仃e d 鋤eb i o m e 缸cd a t a s “32 1 ，包含2 7 7 人接近正面的圖像，每個人有3 到1 0 張?jiān)诓煌?時(shí)間的系列圖像；還有其它一些三維人臉庫，如g a v 曲d b 【”】，約克大學(xué)三維人臉 庫州，m p if ；l c ed a t a b a s e 【矧，舵v t s 庫口q 等。不同人臉數(shù)據(jù)庫的建立為人臉識 別、檢測、合成、動畫等方面的研究提供了豐富的數(shù)據(jù)資源，并為該領(lǐng)域的研究 搭建了統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)平臺和測試平臺。 九十年代中期就有了專門關(guān)于人臉識別的國際會議，如自動人臉和姿態(tài)識 別國際會議( a f g r ) 、基于音視頻的身份認(rèn)證會議( a 、，】j p a ) ，后來一些重要的國 際學(xué)術(shù)會議和期刊也含有人臉識別研究方面的專題，如計(jì)算機(jī)視覺國際會議 ( i c c v ) 、歐洲計(jì)算機(jī)視覺會議( e ( ：c 、，) 、計(jì)算機(jī)視覺與模式識別國際會議( c ，r ) 、 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)大會( s i g g r a p h ) 等，期刊有模式分析與機(jī)器智能( p a m i ) 、模式識別 ( p r ) 等。每年都有許多新的研究進(jìn)展出現(xiàn)在這些國際會議或者期刊上，代表了當(dāng) 前最好的研究成果。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 國內(nèi)的人臉識別研究起步相對較晚，但是發(fā)展迅速，特別是九十年代以來， 在國家自然基金、8 6 3 計(jì)劃、9 7 3 計(jì)劃等資助下，國內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)和研究人員開 北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 始進(jìn)行人臉識別方面的研究，并取得可喜成績。中科院計(jì)算所高文教授研究組的 成績斐然 3 ”，取得了不少重大成果，在國內(nèi)外重大生物特征識別競賽的成績都名 列前茅并獲得國家級獎勵；中科院自動化所模式識別國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的譚鐵牛研 究員領(lǐng)導(dǎo)的研究組【3 8 】在人臉識別研究方面也是成果顯著：清華大學(xué)電子系蘇光大 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組【7 】也取得重大成果；北京工業(yè)大學(xué)尹寶才教授領(lǐng)導(dǎo)的模式識別 組 39 】也取得很多創(chuàng)新性成果：還有其它研究機(jī)構(gòu)和研究人員。這些研究組在人臉 識別研究方面都進(jìn)行了許多有益的探索，極大地推動了國內(nèi)人臉識別技術(shù)的發(fā) 展。在人臉識別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)方面，也是碩果累累，清華大學(xué)電子系蘇光大 教授主持研制的人臉識別系統(tǒng)將人臉識別技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計(jì)算機(jī)并行處 理技術(shù)、人像組合技術(shù)、模糊圖像復(fù)原技術(shù)、視頻圖像采集與處理的硬件技術(shù)等 綜合集成為一個高效運(yùn)行的實(shí)用人臉識別系統(tǒng)，識別速度己達(dá)到每秒2 5 6 萬張， 并且該系統(tǒng)有通過手機(jī)進(jìn)行無線識別、眼鏡摘除等功能；由中科院計(jì)算所、上海 銀晨科技、哈工大等單位共同參與完成的“人臉識別理論、技術(shù)、系統(tǒng)及其應(yīng)用” 榮獲了2 0 0 5 年度國家科技進(jìn)步獎二等獎，并取得了初步的應(yīng)用與推廣：中科院自 動化所的李子青博士研發(fā)的中科奧森a u t h e n m e t r i c 人臉識別系統(tǒng)和智能監(jiān)控 系統(tǒng)，已在國家重大安全部門實(shí)施并發(fā)揮作用；還有其它科研機(jī)構(gòu)和生物識別公 司的人臉識別系統(tǒng)或產(chǎn)品取得實(shí)際應(yīng)用。 此外，國內(nèi)的人臉數(shù)據(jù)庫建設(shè)工作也取得一定成就，中國人臉識別研究的發(fā) 展必須要有具有中國人特征的人臉數(shù)據(jù)庫支撐。目前國外的公開人臉庫都是西方 人臉庫，對研究具有東方人特征的人臉識別有一定的局限性，所以必須建立我們 自己的數(shù)據(jù)庫。中科院計(jì)算所在國家“8 6 3 ”計(jì)劃和國家自然基金的資助下建立 了c a s p e 矗l 大規(guī)模中國人臉圖像數(shù)據(jù)庫蚰】 4 ”，該數(shù)據(jù)庫中包含了1 0 4 0 名中國人 共9 9 4 5 0 幅頭肩部圖像。所有圖像在專門的采集環(huán)境中采集，涵蓋了姿態(tài)、表情、 飾物和光照4 種主要變化條件，部分人臉圖像具有背景、距離和時(shí)間跨度的變化， 對推動國內(nèi)人臉識別技術(shù)的研究將有積極的影響：由于二維圖像本身的三維信息 缺失，基于傳統(tǒng)二維人臉圖像分析的方法在處理人臉三維結(jié)構(gòu)問題時(shí)遇到諸多困 難，如人臉的姿態(tài)、光照等問題，而三維人臉模型在三維信息分析方面的優(yōu)勢日 益突顯，一些新的人臉識別方法正是基于三維模型來解決光照、姿態(tài)等問題。因 此，建立三維人臉數(shù)據(jù)庫是人臉識別方面研究的迫切需要。目前國內(nèi)在三維人臉 第2 章人臉識別研究概述 信息處理方面的研究相對比較滯后，尤其是三維人臉數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，而國外的三 維人臉數(shù)據(jù)庫并不適合中國人的特征，建立中國人的三維人臉庫也具有重大的意 義。北京工業(yè)大學(xué)多媒體與智能軟件技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室( m i s k l ) 自行設(shè)計(jì)創(chuàng) 建了b j u t 3 d 大規(guī)模中國人三維人臉數(shù)據(jù)庫，b j u t 3 d 數(shù)據(jù)庫的建立得到了國 家自然基金、北京市自然基金的資助。b t - 3 d 數(shù)據(jù)庫包含了1 0 2 6 名中國人，其 中男4 4 4 人，女5 8 2 人。每個人包含了切割后的人臉三維數(shù)據(jù)、基于人臉特征分片 后的數(shù)據(jù)、四種分辨率下重采樣對齊后的人臉三維數(shù)據(jù)。所有三維原始數(shù)據(jù)在專 門的采集環(huán)境中采集，通過c y b e r w a r e 人臉專用掃描儀獲取，相信該數(shù)據(jù)庫的創(chuàng) 建對國內(nèi)外的人臉識別研究會產(chǎn)生積極的作用。 2 3 人臉識別經(jīng)典方法 人臉識別研究經(jīng)過幾十年的發(fā)展，人們提出了許多識別方法，特別是9 0 年代 后，新的方法不斷出現(xiàn)，而且每年都有大量關(guān)于人臉識別技術(shù)的論文發(fā)表。且前 人臉識別技術(shù)的發(fā)展好像有“泛濫成災(zāi)”的趨勢，同時(shí)也有“江郎才盡”的感覺， 一方面是每年都有許多新的識別方法提出，另一方面人臉識別中的難點(diǎn)問題仍未 解決。在人臉識別技術(shù)發(fā)展過程中，出現(xiàn)了一些經(jīng)典的人臉識別算法，其它的方 法大都是對這些經(jīng)典算法的改進(jìn)或集成。同時(shí)每個算法都有自己的優(yōu)勢與不足， 不同的算法適合于不同的場合，本小節(jié)對經(jīng)典的人臉識別算法進(jìn)行了分析與總 結(jié)。 2 3 1e i g e n f a c e e i g e n f a c e 方法 ”，是利用主序元分析進(jìn)行特征提取的人臉識別方法，由于 其在降維及特征提取方面的有效性，在人臉識別領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其后的 很多人臉識別技術(shù)都或多或少與e i g e n f a c e 有關(guān)系。該方法假設(shè)人臉處于低維線 性子空間，而低維子空間的基是通過分析人臉訓(xùn)練樣本集的統(tǒng)計(jì)特性來獲取。通 過對人臉樣本集的散度分布矩陣進(jìn)行k l 變換來求得一組正交的特征向量“1 。 2 ，脅，其對應(yīng)的特征值分別為五l ，五2 ，加，稱這組正交向 量為e i g e n f h e 。那么人臉樣本可以表示為： 北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 n x = 口f 叫f ( 2 1 ) j 。 l = l 若取前m ( m p ( l q f ) ，則認(rèn)為是同人臉圖像，否則認(rèn)為是不同 人臉圖像。該方法在分類過程中應(yīng)用了各類分布的先驗(yàn)信息，在訓(xùn)練樣本豐富的 情況下可以在一定程度上克服光照、姿態(tài)和表情對人臉識別的影響。f e i t e t 9 6 測試表明，該方法具有最好的識別效果，其識別性能明顯優(yōu)于其它方法。 2 3 4 基于彈性圖匹配的方法 基于彈性圖匹配( e 1 a s t i cb 1 1 i l c hg r 印hm a t c h i n 舀e b g m ) 的識別方法也是人 臉識別中的重要方法1 8 1 ，其基本思想是用一個屬性圖( e b g ) 來表示人臉，屬