CN104715263B - 一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法 - Google Patents

一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104715263B
CN104715263B CN201510151628.6A CN201510151628A CN104715263B CN 104715263 B CN104715263 B CN 104715263B CN 201510151628 A CN201510151628 A CN 201510151628A CN 104715263 B CN104715263 B CN 104715263B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mrow
msub
sample
lis hartel
mtd
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510151628.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104715263A (zh
Inventor
霍跃华
杜东壁
曹洪治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Original Assignee
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology Beijing CUMTB filed Critical China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority to CN201510151628.6A priority Critical patent/CN104715263B/zh
Publication of CN104715263A publication Critical patent/CN104715263A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104715263B publication Critical patent/CN104715263B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明公开了一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法,该方法在基于哈尔特征和主成分分析技术构造低维的特征空间以进行特征提取的基础上,通过分类器技术建立模型,改进了旧方法中对特征进行线性组合的思路,该分类器的引入的实质是利用非线性模型代替了传统的线性模型,从而大大提高了识别的精度。

Description

一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法
技术领域
本发明涉及一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法,特别是涉及一种使用分类器进行在线训练的自适应人脸识别方法,属于图像模式识别技术领域。
背景技术
人脸识别一般流程为:系统输入一幅包含未确定身份的人脸图像作为待识别样本,以及人脸数据库中的若干已知身份的人脸图像作为训练样本,通过算法输出待识别样本的相似度,以表明保护未确定身份的人脸图像中人员的身份。人脸识别方法主要包括特征提取和相似度计算两部分。
目前比较成功的人脸识别方法是由维奥拉和琼斯于2001年提出的特征脸方法,该方法利用哈尔特征和主成分分析技术构造低维的特征空间以进行特征提取,通过将人脸在特征空间下进行表达定义平均脸,最后使用样本的低维特征到平均脸的距离以进行相似度计算。但特征空间的构造容易受到样本中不规则样本的影响,同时影响了特征提取和相似度计算两个环节,造成抗噪能力低,可靠性不足。
发明内容
本发明公开了一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法,通过分类器技术建立模型,改进了旧方法中对特征进行线性组合的思路,该分类器的引入的实质是利用非线性模型代替了传统的线性模型,从而大大提高了识别的精度。
本发明公开了一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法,其特征在于,所述方法包括初始化阶段、训练阶段、识别阶段。
所述初始化阶段包括以下步骤:
(1)采集m1幅目标面部图像作为正样本,提取m0幅标准人脸库中的人脸作为负样本,正样本和负样本构成m个训练样本,其中m=m1+m0
(2)对m1个正样本依次进行哈尔特征提取,所得的哈尔特征构成正样本特征空间X1
(3)对m0个负样本依次进行哈尔特征提取,所得的哈尔特征构成负样本特征空间X0
(4)按列合并正样本特征空间X1和负样本特征空间X0得到训练样本特征空间X;
(5)计算平均脸
(6)计算每张人脸与平均脸的差距dj,并将其写成矩阵形式为称A为距离矩阵;
(7)将距离矩阵A乘以其转置矩阵AT得到协方差矩阵Ω,Ω=AAT
(8)对协方差矩阵Ω进行特征值分解,求解特征值Λ=diag(λi)和特征向量有ΩV=ΛV,取特征向量V的前k列(v1,v2,...,vk)作为降维特征子空间,其中k<n;
(9)将距离矩阵A投影在降维特征子空间上,得到特征向量U=(u1,u2,...,un),其中则U构成低维投影矩阵。
所述训练阶段包括以下步骤:
(1)利用初始化阶段构成的m个训练样本的特征,对朴素贝叶斯二分类分类器进行训练;
(2)对每个正样本进行哈尔特征提取,将每个正样本的哈尔特征xj减去平均脸f后得到距离向量dj,距离向量dj在投影矩阵U上表达,得到其低维特征qj=UTdj,全部正样本的哈尔特征的低维特征构成正样本低维特征矩阵Q1,同时构造m1维行向量yj=1作为正样本的标号向量;
(3)对每个负样本进行哈尔特征提取,将每个负样本的哈尔特征xj减去平均脸f后得到距离向量dj,距离向量dj在投影矩阵U上表达,得到其低维特征qj=UTdj,全部负样本的哈尔特征的低维特征构成负样本低维特征矩阵Q0,同时构造m0维行向量yj=1作为负样本的标号向量;
(4)将正样本的低维特征Q1和负样本的低维特征Q0,以及正样本的标号向量y1和负样本的标号向量y0输入朴素贝叶斯二分类分类器进行训练,训练方式为
其中i=1,2,...,n。
所述识别阶段包括以下步骤:
(1)图像采集得到的彩色图像作为待识别样本图像IRGB,对样本图片IRGB进行灰度化得到灰度图片IGRAY
(2)重复初始化阶段步骤(3)对灰度图片IGRAY进行哈尔特征提取,得到灰度图片IGRAY的哈尔特征
(3)待识别样本的哈尔特征x,样本的特征减去平均脸f后得到距离向量d,距离向量d在投影矩阵U上表达,得到其低维特征q=UTd;
(4)利用训练好的朴素贝叶斯二分类分类器对待识别样本的哈尔特征的低维特征q进行二分类判别,判别式为其中若标号y为正,则表示样本匹配,若标号y为非正,则表示样本不匹配。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述;
图1是初始化阶段流程图;
图2是训练阶段流程图;
图3是识别阶段流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明具体结构进行详细的描述。
首先对基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法的基本流程进行描述,过程分为初始化阶段、训练阶段、识别阶段;
A.参照图1对初始化阶段进行说明,其具体步骤如下:
(1)采集m1幅目标面部图像作为正样本,提取m0幅标准人脸库中的人脸作为负样本,正样本和负样本构成m个训练样本,其中m=m1+m0
(2)以图片大小为模板,生成不重复的n个矩形滤波器,每一个矩形滤波器对应一个哈尔特征算子hi,i=1,2,...n,其中
(3)依次用每个哈尔特征算子hi对样本进行特征提取,方法是以哈尔特征算子对图像进行滤波,将滤波所得图像的元素灰度值的和作为该次计算的特征值xi,i=1,2,...n;
(4)重复步骤(3),对m1个正样本依次进行哈尔特征提取,所得的哈尔特征构成正样本特征空间X1,其中每个样本特征是维度为n的列向量
(5)重复步骤(3),对m0个负样本依次进行哈尔特征提取,所得的哈尔特征构成负样本特征空间X0,其中每个样本特征是维度为n的列向量
(6)按列合并正样本特征空间X1和负样本特征空间X0得到训练样本特征空间X,计算平均脸f=(μ12,...μn)T,其中xij∈X,i=1,2,...n,其中xij表示训练样本特征空间X的第i行第j列的元素;
(7)计算每张人脸xj与平均脸f的差距dj=xj-f,j=1,2,...m,并将其写成矩阵形式为称A为距离矩阵;
(8)将距离矩阵A乘以其转置矩阵AT得到协方差矩阵Ω,Ω=AAT
(9)对协方差矩阵Ω进行特征值分解,求解特征值Λ=diag(λi),i=1,2,...n和特征向量有ΩV=ΛV,哈尔特征的维度远高于训练样本,有n>m,所以k=rank(V)≤m<n,取特征向量V的前k列(v1,v2,...,vk)作为降维特征子空间;
(10)将距离矩阵A投影在降维特征子空间上,得到特征向量U=(u1,u2,...,un),其中则U构成低维投影矩阵;
B.参照图2对训练阶段进行说明,其具体步骤如下:
(1)利用初始化阶段构成的m个训练样本的特征,对朴素贝叶斯二分类分类器进行训练;
(2)重复初始化阶段步骤(3),对每个正样本依次进行哈尔特征提取,将每个正样本的哈尔特征xj,xj∈X1减去平均脸f后得到距离向量dj=xj-f,距离向量dj在投影矩阵U上表达,得到其低维特征qj=UTdj,全部正样本的哈尔特征的低维特征构成正样本低维特征矩阵Q1,其中同时构造m1维行向量yj=1作为正样本的标号向量;
(3)重复初始化阶段步骤(3),对每个负样本依次进行哈尔特征提取,将每个负样本的哈尔特征xj,xj∈X0减去平均脸f后得到距离向量dj=xj-f,距离向量dj在投影矩阵U上表达,得到其低维特征qj=UTdj,全部负样本的哈尔特征的低维特征构成负样本低维特征矩阵Q0,其中同时构造m0维行向量yj=1作为负样本的标号向量;
(4)将正样本的低维特征Q1和负样本的低维特征Q0,以及正样本的标号向量y1和负样本的标号向量y0输入朴素贝叶斯二分类分类器进行训练,训练方式为
其中i=1,2,...,n;
C.参照图3对识别阶段进行说明,其具体步骤如下:
(1)图像采集得到的彩色图像作为待识别样本图像IRGB,对样本图片IRGB进行灰度化得到灰度图片IGRAY
(2)重复初始化阶段步骤(3)对灰度图片IGRAY进行哈尔特征提取,得到灰度图片IGRAY的哈尔特征
(3)待识别样本的哈尔特征x,样本的特征减去平均脸f后得到距离向量d=x-f,距离向量d在投影矩阵U上表达,得到其低维特征q=UTd;
(4)利用训练好的朴素贝叶斯二分类分类器对待识别样本的哈尔特征的低维特征q进行二分类判别,判别式为其中若标号y为正,则表示样本匹配,若标号y为非正,则表示样本不匹配。

Claims (1)

1.一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法,其特征在于:所述方法包括初始化阶段、训练阶段、识别阶段;
A.所述初始化阶段包括以下步骤:
(1)采集m1幅目标面部图像作为正样本,提取m0幅标准人脸库中的人脸作为负样本,正样本和负样本构成m个训练样本,其中m=m1+m0
(2)以图片大小为模板,生成不重复的n个矩形滤波器,每一个矩形滤波器对应一个哈尔特征算子hi,i=1,2,...n,其中
(3)依次用每个哈尔特征算子hi对样本进行特征提取,方法是以哈尔特征算子对图像进行滤波,将滤波所得图像的元素灰度值的和作为该次计算的特征值xi,i=1,2,...n;
(4)重复步骤(3),对m1个正样本依次进行哈尔特征提取,所得的哈尔特征构成正样本特征空间X1,其中每个样本特征是维度为n的列向量
(5)重复步骤(3),对m0个负样本依次进行哈尔特征提取,所得的哈尔特征构成负样本特征空间X0,其中每个样本特征是维度为n的列向量
(6)按列合并正样本特征空间X1和负样本特征空间X0得到训练样本特征空间X,计算平均脸f=(μ12,...μn)T,其中xij∈X,i=1,2,...n,其中xij表示训练样本特征空间X的第i行第j列的元素;
(7)计算每张人脸xj与平均脸f的差距dj=xj-f,j=1,2,...m,并将其写成矩阵形式为称A为距离矩阵;
(8)将距离矩阵A乘以其转置矩阵AT得到协方差矩阵Ω,Ω=AAT
(9)对协方差矩阵Ω进行特征值分解,求解特征值Λ=diag(λi),i=1,2,...n和特征向量有ΩV=ΛV,哈尔特征的维度远高于训练样本,有n>m,所以k=rank(V)≤m<n,取特征向量V的前k列(v1,v2,...,vk)作为降维特征子空间;
(10)将距离矩阵A投影在降维特征子空间上,得到特征向量U=(u1,u2,...,un),其中则U构成低维投影矩阵;
B.所述训练阶段包括以下步骤:
(1)利用初始化阶段构成的m个训练样本的特征,对朴素贝叶斯二分类分类器进行训练;
(2)重复初始化阶段步骤(3),对每个正样本依次进行哈尔特征提取,将每个正样本的哈尔特征xj,xj∈X1减去平均脸f后得到距离向量dj=xj-f,距离向量dj在投影矩阵U上表达,得到其低维特征qj=UTdj,全部正样本的哈尔特征的低维特征构成正样本低维特征矩阵Q1,其中同时构造m1维行向量yj=1作为正样本的标号向量;
(3)重复初始化阶段步骤(3),对每个负样本依次进行哈尔特征提取,将每个负样本的哈尔特征xj,xj∈X0减去平均脸f后得到距离向量dj=xj-f,距离向量dj在投影矩阵U上表达,得到其低维特征qj=UTdj,全部负样本的哈尔特征的低维特征构成负样本低维特征矩阵Q0,其中同时构造m0维行向量,yj=作1为负样本的标号向量;
(4)将正样本的低维特征Q1和负样本的低维特征Q0,以及正样本的标号向量y1和负样本的标号向量y0输入朴素贝叶斯二分类分类器进行训练,训练方式为
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>m</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>m</mi> <mn>1</mn> </msub> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>X</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>m</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>m</mi> <mn>1</mn> </msub> </munderover> <msubsup> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>X</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>m</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>m</mi> <mn>0</mn> </msub> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>X</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>m</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>m</mi> <mn>0</mn> </msub> </munderover> <msubsup> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>X</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
其中i=1,2,...,n;
C.所述识别阶段包括以下步骤:
(1)图像采集得到的彩色图像作为待识别样本图像IRGB,对样本图片IRGB进行灰度化得到灰度图片IGRAY
(2)重复初始化阶段步骤(3)对灰度图片IGRAY进行哈尔特征提取,得到灰度图片IGRAY的哈尔特征
(3)待识别样本的哈尔特征x,样本的特征减去平均脸f后得到距离向量d=x-f,距离向量d在投影矩阵U上表达,得到其低维特征q=UTd;
(4)利用训练好的朴素贝叶斯二分类分类器对待识别样本的哈尔特征的低维特征q进行二分类判别,判别式为其中若标号y为正,则表示样本匹配,若标号y为非正,则表示样本不匹配。
CN201510151628.6A 2015-04-01 2015-04-01 一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法 Expired - Fee Related CN104715263B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510151628.6A CN104715263B (zh) 2015-04-01 2015-04-01 一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510151628.6A CN104715263B (zh) 2015-04-01 2015-04-01 一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104715263A CN104715263A (zh) 2015-06-17
CN104715263B true CN104715263B (zh) 2017-11-24

Family

ID=53414573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510151628.6A Expired - Fee Related CN104715263B (zh) 2015-04-01 2015-04-01 一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104715263B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105678245A (zh) * 2015-12-31 2016-06-15 杭州晨鹰军泰科技有限公司 一种基于哈尔特征的靶位识别方法
CN110188684B (zh) * 2019-05-30 2021-04-06 湖南城市学院 一种人脸识别装置及方法
CN110781798B (zh) * 2019-10-22 2022-08-12 浙江工业大学 一种基于树莓派和人脸识别的车载嫌疑犯锁定系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103745240A (zh) * 2013-12-20 2014-04-23 许雪梅 一种基于Haar分类器和ORB特征的人脸检索方法及系统
CN103902978A (zh) * 2014-04-01 2014-07-02 浙江大学 人脸检测及识别方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103745240A (zh) * 2013-12-20 2014-04-23 许雪梅 一种基于Haar分类器和ORB特征的人脸检索方法及系统
CN103902978A (zh) * 2014-04-01 2014-07-02 浙江大学 人脸检测及识别方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
复杂背景下的人脸检测方法研究;宋宪芹等;《辽宁工业大学学报(自然科学版)》;20110430;第31卷(第2期);107-110 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104715263A (zh) 2015-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20170039418A1 (en) Face authentication method and device
CN107316005B (zh) 基于稠密轨迹核协方差描述子的行为识别方法
CN107122643B (zh) 基于ppg信号和呼吸信号特征融合的身份识别方法
CN110705636B (zh) 一种基于多样本字典学习和局部约束编码的图像分类方法
CN105894018B (zh) 基于深度多示例学习的极化sar图像分类方法
CN101303730A (zh) 基于分类器集成的人脸识别系统及其方法
CN104239856A (zh) 基于Gabor特征和自适应线性回归的人脸识别方法
CN104715263B (zh) 一种基于哈尔特征和特征脸识别的人脸识别方法
CN105334504A (zh) 基于大边界的非线性判别投影模型的雷达目标识别方法
CN105893947A (zh) 基于多局部相关特征学习的两视角人脸识别方法
CN104298977A (zh) 一种基于不相关性约束的低秩表示人体行为识别方法
Tripathy et al. Electronic nose for black tea quality evaluation using kernel based clustering approach
CN104268553B (zh) 基于核模糊Foley‑Sammon转换的SAR图像目标识别方法
Puthenputhussery et al. A sparse representation model using the complete marginal fisher analysis framework and its applications to visual recognition
CN106778714A (zh) 基于非线性特征和模型合并的lda人脸识别方法
CN105760865A (zh) 一种能够提高比对正确率的人脸图像识别方法
CN104318224A (zh) 一种人脸识别方法及监控设备
CN106845419A (zh) 一种基于运动捕获框架评估步态识别性能的方法
Saeed et al. The effectiveness of using geometrical features for facial expression recognition
CN106056131A (zh) 基于lrr‑lda的图像特征提取方法
CN101216878A (zh) 基于广义非线性判别分析的人脸识别方法
CN104700098B (zh) 一种基于改进型费希尔脸识别的暗环境人脸识别方法
CN107832715A (zh) 一种自适应近邻的人脸识别算法
Si et al. Age-invariant face recognition using a feature progressing model
CN103116758A (zh) 基于rgb彩色特征双重鉴别分析的彩色人脸识别方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20171124

Termination date: 20190401

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee