人脸识别:从二维到三维

人脸识别是生物特征识别技术的一个重要方向。虽然目前大部分研究都还只是针对二维人脸图像,但是3D人脸模型包含更丰富的人脸信息,有助于机器对人脸的识别。从二维到三维,人脸识别研究进入了一个新的阶段。从3D人脸数据的获取方式入手,介绍最近提出的一系列3D人脸识别算法,并进行归类。最后提出"有针对性地获取3D人脸模型数据是进行有效识别的基础"这一结论。     

均值漂移LDA优化FSIF的三维人脸识别

针对传统的三维人脸识别算法受光照、姿态、表情及场景变化影响导致耗时过多及成本过高的问题,提出了一种基于均值漂移线性判别分析优化尺度不变特征融合(FSIF)算法。使用均值漂移线性判别分析找到五个类似于查询人脸的最佳候选类;利用尺度不变特征融合提取出候选人脸及查询人脸的融合特征描述符,并进行特征匹配得到目标人脸;根据特征描述符的匹配关键点数目完成人脸的识别。在USCD/Honda、FRGC v2及自己搜集的人脸数据集上的实验结果表明,该算法解决了降低FSIF人脸识别的计算复杂度,并在不降低识别性能的前提下大大地节约了成本,相比几种较为先进的三维人脸识别算法,该算法取得了更好的识别效果。     

流形学习在三维人脸特征降维中的应用*

三维人脸识别是未来人脸识别的新方向,有望解决二维人脸识别的瓶颈问题;但三维人脸特征维数过高又制约了三维人脸识别的发展,特征降维意义重大。首先分析了传统降维算法的局限性和几种主要的流形学习算法,提出了将流形学习应用于三维人脸特征降维的思路,并构建了一个基于流形学习的三维人脸识别框架。     

一种基于曲量场空间的人脸识别算法

为了解决二维人脸识别准确度提升空间有限,三维人脸识别数据量大、识别速度慢的问题,提出了一种新的基于曲量场空间的人脸识别算法(Face Recognition based on Curved Space Field,FRCSF).该算法首先检测彩色人脸图像内的面部凸凹信息,利用曲量子描绘凸凹域的渐变梯度特征,去除人脸彩色信息,降低三维信息量.然后以分散的曲量子群融合成曲量子空间.将曲量子空间进行边缘曲量子光滑衔接,组成曲量场空间.最后提取曲量场空间内的深度和维度信息,通过与曲量人脸库进行信息对比,判别出人脸身份.该算法抓住了人脸面部的凸凹特征,继而将凸凹特征采用具有空间连续性规律约束的曲量场进行描述,识别准确率较高,同时由于对三维人脸采用曲量子进行重建,数据量小,识别速度较快.大量实验表明,该算法既保存了二维人脸识别速度快的长处,又融入了三维人脸识别的局部三维信息,具有较高的识别性能.     

二维投影非负矩阵分解算法及其在人脸识别中的应用

建立在最小化非负矩阵分解损失函数上的人脸识别算法需同时计算基矩阵和系数矩阵, 导致求解这类问题十分耗时. 本文把非负属性引入二维主成分分析(2-dimensional principal component analysis, 2DPCA)中, 提出了一种新的二维投影非负矩阵分解(2-dimensional projective non-negative matrix factorization, 2DPNMF)人脸识别算法. 该算法在保持人脸图像的局部结构情况下, 突破了最小化非负矩阵分解损失函数的约束, 仅需计算投影矩阵(基矩阵), 从而降低了计算复杂度. 本文从理论上证明了所提出算法的收敛性, 同时, 使用了YALE、FERET和AR三个人脸库进行实验, 结果表明2DPNMF不仅识别率高, 而且速度优于非负矩阵分解和二维主成分分析.     

基于三维数据与MMSV特征的二维人脸识别*

针对二维人脸识别对姿态与光照变化较为敏感的问题,提出了一种基于三维数据与混合多尺度奇异值特征MMSV(mixture of multi-scale singular value,MMSV)的二维人脸识别方法。在训练阶段,利用三维人脸数据与光照模型获取大量具有不同姿态和光照条件的二维虚拟图像,为构造完备的特征模板奠定基础;同时,通过子集划分有效地缓解了人脸特征提取过程中的非线性问题;最后对人脸图像进行MMSV特征提取,从而对人脸的全局与局部特征进行融合。在识别阶段,通过计算MMSV特征子空间距离完成分类识别。实验证明,提取到的MMSV特征包含有更多的鉴别信息,对姿态和光照变化具有理想的鲁棒性。该方法在WHU-3D数据库上取得了约98.4%的识别率。     

二维Gabor特征与三维NP-3DHOG特征融合的人脸识别算法

基于二维图像的人脸识别算法提取人脸纹理特征进行识别,但是光照、表情、人脸姿态等会对其产生不利影响。三维人脸特征能更精确地描述人脸的几何结构,并且不易受化妆和光照的影响,但只采用三维人脸数据进行人脸识别又缺少人脸纹理信息,因此文中将二维人脸特征与三维人脸特征相融合进行人脸识别。采用基于Gabor变换的二维特征与基于新的分块策略的三维梯度直方图特征相融合的算法进行人脸识别。首先,提取二维人脸的Gabor特征;然后,提取三维人脸基于新的分块策略的三维梯度直方图特征,旨在提取人脸的可辨别性特征;接下来,对二维人脸特征与三维人脸特征分别使用线性判别分析子空间算法进行训练,并使用加法原则融合两种特征的相似度矩阵;最后,输出识别结果。     

基于改进的自适应主元提取算法的人脸识别

论文提出了一种基于改进的自适应主元提取算法的人脸识别方法。采用改进的自适应主元提取算法将人脸图像由高维观测空间投影到低维特征空间,通过改进前馈网络权值更新方程,降低算法的复杂度和计算量。基于三维人脸形变模型,采用区域填充和曲面消隐算法根据一幅人脸图像生成多个虚拟样本,克服人脸识别中的小样本问题。在ORL和UMIST数据库上的实验结果表明,该文提出的算法在识别性能上明显高于传统的Eigenface和Fisherface方法。     

支持向量机在人脸识别中的应用研究

研究人脸图像自动识别问题,由于人脸的特征维数较高,正确识别有难度,利用计算机技术对人脸图像进行分析,从中提取有效的特征来识别出人的身份,其关键技术在于人脸特征的提取和模式识别.为此,提出了一种基于支持向量机的人脸识别方法.首先采用Gabor滤波器提取人脸图像的特征,PCA降维处理消除人脸特征之间的冗余信息,然后采用支持向量机对提取特征进行训练得到最优识别模型,用最优模型对人脸进行识别.对ORL人脸图像库进行仿真实验,识别率达98%,比传统算法高出5%,实验结果表明,既减少了计算复杂度,降低训练与识别时间,又保证实时性,提高识别正确率,为人脸识别的应用提供广泛的前景.     

基于稀疏表示的快速l2范数人脸识别方法

多数稀疏表示方法需要原子数目远远大于原子维数的大规模冗余字典,并采用l1-范数最小化方法来计算稀疏系数。为了降低算法复杂度,本文提出一种基于稀疏表示的快速l2-范数人脸识别方法。通过提取融合特征和缩小字典规模来改善字典结构,增强l2-范数的稀疏性,从而在保证识别性能的前提下大幅提高算法运行速度。实验表明,与其他稀疏表示方法相比,本文方法可以显著降低算法复杂度,同时可以保持良好的人脸识别率和排除干扰人脸的能力。     

An interpolation algorithm fitted for dynamic 3D face reconstruction

In order to solve the problem of low recognition accuracy in later period which is caused by the too few extracted parameters in the 3D face recognition, and the incapable formation of completed point cloud structure. An automatic iterative interpolation algorithm is proposed. The new and more accurate 3D face data points are obtained by automatic iteration. This algorithm can be used to restore the data point cloud information of 3D facial feature in 2D images by means of facial three-legged structure formed by 3D face and automatic interpolation. Thus, it can realize to shape the 3D facial dynamic model which can be recognized and has high saturability. Experimental results show that the interpolation algorithm can achieve the complete the construction of facial feature based on the facial feature after 3D dynamic reconstruction, and the validity is higher.     

结合像素模式和特征点模式的实时表情识别

目的 目前2D表情识别方法对于一些混淆性较高的表情识别率不高并且容易受到人脸姿态、光照变化的影响,利用RGBD摄像头Kinect获取人脸3D特征点数据,提出了一种结合像素2D特征和特征点3D特征的实时表情识别方法。方法 首先,利用3种经典的LBP（局部二值模式）、Gabor滤波器、HOG（方向梯度直方图）提取了人脸表情2D像素特征,由于2D像素特征对于人脸表情描述能力的局限性,进一步提取了人脸特征点之间的角度、距离、法向量3种3D表情特征,以对不同表情的变化情况进行更加细致地描述。为了提高算法对混淆性高的表情识别能力并增加鲁棒性,将2D像素特征和3D特征点特征分别训练了3组随机森林模型,通过对6组随机森林分类器的分类结果加权组合,得到最终的表情类别。结果 在3D表情数据集Face3D上验证算法对9种不同表情的识别效果,结果表明结合2D像素特征和3D特征点特征的方法有利于表情的识别,平均识别率达到了84.7%,高出近几年提出的最优方法4.5%,而且相比单独地2D、3D融合特征,平均识别率分别提高了3.0%和5.8%,同时对于混淆性较强的愤怒、悲伤、害怕等表情识别率均高于80%,实时性也达到了10~15帧/s。结论 该方法结合表情图像的2D像素特征和3D特征点特征,提高了算法对于人脸表情变化的描述能力,而且针对混淆性较强的表情分类,对多组随机森林分类器的分类结果加权平均,有效地降低了混淆性表情之间的干扰,提高了算法的鲁棒性。实验结果表明了该方法相比普通的2D特征、3D特征等对于表情的识别不仅具有一定的优越性,同时还能保证算法的实时性。     

双正交小波方法在面部特征抽取中的应用

人脸识别技术是生物鉴别技术的重要组成部分。脸部特征抽取是人脸识别技术的关键。首先对基于小波极大模的边缘检测算法进行改进 ,提出极大模区域边缘检测算法 ;然后提出一种人脸特征抽取算法。整个脸部特征抽取过程分为三部分 :1 )对图像进行二维小波分解 ;2 )背景分离 ,脸部目标定位 ;3 )脸部特征抽取。实验证明该算法可以准确地抽取人脸特征     

基于特征分块的三维人脸重建和识别

针对传统三维人脸重建算法效率低且难以满足实际应用的缺陷,提出一种基于特征分块的三维人脸重建算法,并将此算法应用到三维人脸识别中,实现了基于特征分块的加权三维人脸识别。首先,利用基于平面模板的非均匀重采样法对原始数据进行归一化;其次,采用主动形状模型(ASM)算法对三维人脸和二维人脸图像进行特征定位和特征分块;然后,利用基于分块主元分析(PCA)的稀疏形变模型算法实现每个人脸分块的三维重建;最后,实现了此算法在三维人脸识别中的应用。实验表明,此重建算法具有较高的精度和重建效率,还可以达到全局最优,并且可以提高三维人脸的识别率。     

Automatic facial feature extraction and 3D face modeling using two orthogonal views with application to 3D face recognition

We present a fully automated algorithm for facial feature extraction and 3D face modeling from a pair of orthogonal frontal and profile view images of a person's face taken by calibrated cameras. The algorithm starts by automatically extracting corresponding 2D landmark facial features from both view images, then compute their 3D coordinates. Further, we estimate the coordinates of the features that are hidden in the profile view based on the visible features extracted in the two orthogonal face images. The 3D coordinates of the selected feature points obtained from the images are used first to align, then to locally deform the corresponding facial vertices of the generic 3D model. Preliminary experiments to assess the applicability of the resulted models for face recognition show encouraging results.     

A cascade face recognition system using hybrid feature extraction

A novel cascade face recognition system using hybrid feature extraction is proposed. Three sets of face features are extracted. The merits of Two-Dimensional Complex Wavelet Transform (2D-CWT) are analyzed. For face recognition feature extraction, it has proved that 2D-CWT compares favorably with the traditionally used 2D Gabor transform in terms of the computational complexity and features? stability. The proposed recognition system congregates three Artificial Neural Network classifiers (ANNs) and a gating network trained by the three feature sets. A computationally efficient fitness function of the genetic algorithms is proposed to evolve the best weights of the ensemble classifier. Experiments demonstrated that the overall recognition rate and reliability have been significantly improved in both still face recognition and video-based face recognition.     

基于改进的轮廓线算法的三维人脸识别方法

针对二维人脸识别中受表情、姿态以及光照等因素而影响识别率的问题,在分析人脸生理结构的基础上,提出了一种基于改进的轮廓线的三维人脸识别方法,即先提取三维人脸特征点,然后提取人脸轮廓线,最后利用人脸轮廓线和特征点构成的特征模型进行三维人脸识别。试验结果证明该方法提高了人脸识别率,并具有强抗干扰能力。     

基于生物启发特征的真实环境笑脸分类方法

为解决生物启发模型(BIM)存在的3个问题,即高计算复杂度、有争议的视觉皮层关系建模,以及类前向反馈机制带来的盲目特征选择,提出一种基于生物启发特征(BIF)的真实环境笑脸分类方法。构建基于BIF的笑脸分类系统,提取人脸表情图像嘴部区域的金字塔梯度方向直方图特征,使用局部保持投影进行BIM特征降维,采用Adaboost算法进行BIM特征选择。实验结果验证,该系统的最佳识别率达96.5%。