真实感人脸的形状与表情空间

提出一种建立三维人脸扫描模型参数空间的算法,其中的模板拟和算法基于能量最小的优化机制,通过非线性优化过程求解模板模型在每个顶点上的位移矢量,使之逼近目标模型.优化目标方程由以下测度组成：距离、平滑度以及人脸特征对应,如特征曲线、边界和特征点对等.使用该算法可用于不同人脸以及不同表情模型之间的对应建立,从而获取一致参数化的人脸形状和表情空间.在文中系统中,三维面部特征曲线通过Canny边检测算法自动获取,这样自动检测获取的特征曲线可用于降低三维形状描述的维数,同时完整的面部几何形状通过径向基函数插值得到.在中性人脸和表情人脸模型上所作的一致参数化为许多应用提供了平台,如形状渐变,纹理迁移和表情迁移.考虑到自动提取的特征曲线和二维线画卡通人脸的相似性,使用迭代优化算法实现二维线画卡通人脸姿态到三维真实人脸模型的迁移.     

多姿态人脸照片的姿态估计

提出了一种基于面部图像的新的匹配系统。在这个系统中,输入的图像与各种人脸姿态的数据库图像进行比较,然后,匹配的图像给出了人脸姿态。图像数据库不仅包括各种人脸姿态,而且也包括不同的光照条件,如此,这个人脸姿态评价系统适用于不同的光照条件。对于收集各种不同面部图像,这里是通过计算机自动产生,而不是拍摄实际的照片。特征空间方法被用于寻找与输入面部图像匹配的图像。因为不同的光照图像被收集在面部图像数据库中,故提取的主特征向量主要依靠人脸姿态。由于通过选用主特征向量而减少了向量的维数,故这个匹配过程是很快的。这个姿态评价系统能够继续跟踪在不同的光照条件下不同人的人脸姿态。     

基于模糊聚类回归的人脸特征点定位研究

传统基于回归的人脸特征点定位算法存在忽略人脸局部结构信息、姿态偏转较大时定位精度差等问题。为此,提出一种基于模糊聚类回归的定位算法。利用人脸特征点之间的局部结构信息对人脸训练集进行聚类,并根据阈值判决结果适度扩充训练样本。分别训练所有子训练集的回归结构,在测试过程中加入多次形状约束以自动调整每次聚类的结果和回归结构的选择,由此提高人脸特征点定位的精度。在300-W数据库上的实验结果表明,与形状回归算法和鲁棒姿势回归算法相比,该算法明显提高了姿态偏转较大情况下的定位精度。     

基于聚类的人脸图像检索及相关反馈

提出了一种基于聚类的人脸图像检索算法. 首先利用归一化分割(Normalized cuts, NCuts)在每个时间段内分别对人脸聚类, 使同一个人在不同情况下的人脸图像聚为一类. 其次采用连续AdaBoost算法学习得到的人脸识别分类器度量人脸之间的相似度, 并进一步提出查询人脸与人脸聚类之间的相似度用于检索. 为了进一步提高性能, 用户可以在线标定错检和漏检的结果, 相关反馈环节把用户的交互标定结果作为约束条件重新对人脸聚类. 本文把人脸图像检索算法应用于自动的检索系统中, 在包含超过一千张人脸图像的家庭数码相册上, 通过与其他方法的对比实验证明了基于聚类的人脸图像检索算法是有效的.     

基于HodgeRank的人脸美貌度预测

随着计算机技术的迅速发展以及人脸识别技术的成熟,人脸美貌度受到越来越多的关注和研究.针对目前的研究方法中存在的对训练数据集的评分过多依赖人工操作,以及对人脸美貌度的预测结果不够详细等问题,本文提出基于HodgeRank的人脸美貌度预测系统,利用数据挖掘方法学习女性人脸的美貌度特征,构造一个模拟预测人脸美貌度的系统.明显区别于之前的研究,该系统训练和测试时采用的人脸数据集放宽了对姿态、光照以及所处环境等条件的限制,评分所需的人工操作大大减少,无需进行大量的人工标定,使用图像的原始像素或纹理特征作为输入,分别采用聚类和改进的BP网络的方法,得到更符合人类特征的美貌度预测结果.     

卷积神经网络人脸检测算法

传统人脸检测算法往往不能自动地从原始图像中提取有用的检测特征,而卷积神经网络可以轻易地提取高维度的特征信息,广泛用于图像处理领域。针对上述缺点,采用简单高效的深度学习Caffe框架并通过AlexNet网络训练,数据集为LFW人脸数据集,得出一个模型分类器,对原始图像数据进行图像金字塔变换,并通过前向传播得到特征图,反变换得出人脸坐标,采用非极大值抑制算法得出最优位置,最后达到一个二分类的人脸检测结果。该方法可以实现不同尺度的人脸检测,具有较高的精度,可用于构建人脸检测系统。     

基于Android的三维面部模型自适应调整算法

本文基于Android平台获取二维人物图像,使用face++提供的人脸特征点提取SDK对输入照片的人脸特征点进行自动定位来提取二维人物图像的人脸特征点,根据所提取的特征点使用自适应算法进行调整,生成与二维人物图像相适应的三维面部模型。与一般的调整算法相比,本文针对存在角度的二维人物图像提出生成其对应三维面部模型的自适应调整算法。     

.基于改进CycleGAN的视频监控人脸超分辨率恢复算法

针对有监督超分辨率算法训练过程需要大量成对图像、处理真实低分辨率图像视觉恢复效果差等问题,提出了一种基于改进CycleGAN的半监督算法Cycle-SRNet.首先,利用退化模型获得与真实低分辨率人脸相似的图像,用于训练网络参数;其次,通过重建模型恢复出具有真实效果的高分辨率人脸图像;最后引入感知损失函数保持人脸结构相似性,以更好地恢复面部特征.实验结果表明,该算法不需要成对的图像进行网络训练,在视觉效果上能够将模糊的视频监控低分辨率人脸图像恢复成清晰可辨的人脸图像,在FID、PSNR和SSIM指标上超越了SRCNN、SRGAN、CinCGAN等方法.     

基于HMM的单样本可变光照、姿态人脸识别

提出了一种基于HMM的单样本可变光照、姿态人脸识别算法.该算法首先利用人工配准的训练集对单张正面人脸输入图像与Candide3模型进行自动配准,在配准的基础上重建特定人脸三维模型.对重建模型进行各种角度的旋转可得到姿态不同的数字人脸,然后利用球面谐波基图像调整数字人脸的光照系数可产生光照不同的数字人脸.将产生的光照、姿态不同的数字人脸同原始样本图像一起作为训练数据,为每个用户建立其独立的人脸隐马尔可夫模型.将所提算法对现有人脸库进行识别,并与基于光照补偿和姿态校正的识别方法进行比较.结果显示,该算法能有效避免光照补偿、姿态校正方法因对某些光照、姿态校正不理想而造成的识别率低的情况,能更好地适应光照、姿态不同条件下的人脸识别.     

运用自适应球体模型实现肤色动态分割

提出一种用于变化光照、多姿态和复杂背景条件下人脸识别的肤色区域动态分割算法。对彩色人脸输入图进行色偏校正和亮度调节预处理,利用肤色聚类特性构建一种自适应球体肤色模型,并基于该模型计算自适应肤色相似度,利用肤色相似度,采用自适应的动态阈值进行肤色区域目标的分割和提取。实验结果表明,对于变化光照、多姿态和复杂背景的彩色人脸图像,该算法有良好的分割精度和自适应性。     

多视角级联回归模型人脸特征点定位

针对人脸姿态偏转较大导致人脸特征点定位精度低的问题，提出了多视角人脸特征点定位算法，采用随机森林局部学习与全局线性回归相结合的级联姿态回归（Cascaded Pose Regression，CPR）人脸特征点定位模型，在不同的人脸姿态视角下建立不同的模型，以多模型代替单一模型来提高人脸特征点定位的精度。首先采用CPR模型对不同视角下的人脸建立不同的模型；然后采用多视角生成模型（Multi-View Generative Model，MVGM）来评估输入人脸图片的姿态；最后根据评估的姿态选择相对应的模型，进而实现特征点的精确定位。仿真实验结果表明，相比于现有的几种人脸特征点定位算法，所提算法实现了更精确的定位效果。     

基于人脸认知模式的相似脸搜索

目的 人类对人脸认知模式的探索由来已久,并且已经成功应用于美容整形等研究领域。然而,目前在计算机视觉和模式识别领域,计算人脸相似度的方法没有考虑人对人脸的认知模式,使得现有方法的计算结果从人的认知习惯角度来讲并非最佳。为克服以上缺陷,提出一种基于人脸认知模式的相似脸搜索算法。方法 依据人脸认知模式,选取特征点,并计算特征量,构造各面部器官（眼睛、鼻子、嘴巴、脸型）分类模型,即面部器官形状相似性度量模型,并采用圆形LBP算子,计算两幅人脸对应器官的纹理相似度,二者综合作为相似脸搜索的依据。结果 分别用本文方法和代表相似脸搜索最高水平的Face++的方法对80幅正面、中性表情、平视角度拍摄的人脸图像进行测试。本文方法的整体准确率高于Face++方法,其中,TOP1、TOP2最相似搜索结果准确率优势明显,均高出Face++方法12%以上。结论 实验结果表明,本文方法的搜索结果更加符合人脸认知模式,可应用于正面、中性表情、平视角度拍摄的人脸图像的相似脸搜索。此外,还可以将此类基于认知模式的图像搜索思路推广应用于商业领域,如基于图像的相似网购商品搜索等。     

Face Alignment by Explicit Shape Regression

We present a very efficient, highly accurate, “Explicit Shape Regression” approach for face alignment. Unlike previous regression-based approaches, we directly learn a vectorial regression function to infer the whole facial shape (a set of facial landmarks) from the image and explicitly minimize the alignment errors over the training data. The inherent shape constraint is naturally encoded into the regressor in a cascaded learning framework and applied from coarse to fine during the test, without using a fixed parametric shape model as in most previous methods. To make the regression more effective and efficient, we design a two-level boosted regression, shape indexed features and a correlation-based feature selection method. This combination enables us to learn accurate models from large training data in a short time (20 min for 2,000 training images), and run regression extremely fast in test (15 ms for a 87 landmarks shape). Experiments on challenging data show that our approach significantly outperforms the state-of-the-art in terms of both accuracy and efficiency.     

结构化低秩字典学习的人脸识别

目的 现实中采集到的人脸图像通常受到光照、遮挡等环境因素的影响,使得同一类的人脸图像具有不同程度的差异性,不同类的人脸图像又具有不同程度的相似性,这极大地影响了人脸识别的准确性。为了解决上述问题对人脸识别造成的影响,在低秩矩阵恢复理论的基础上提出了具有识别力的结构化低秩字典学习的人脸识别算法。方法 该算法基于训练样本的标签信息将低秩正则化以及结构化稀疏同时引入到学习的具有识别力的字典上。在字典学习过程中,首先利用样本的重建误差约束样本与字典之间的关系;其次将Fisher准则应用到稀疏编码过程中,使其编码系数具有识别能力;由于训练样本中的噪声信息会影响字典的识别力,所以在低秩矩阵恢复理论的基础上将低秩正则化应用到字典学习过程中;接着,在字典学习过程中加入了结构化稀疏使其不丢失结构信息以保证对样本进行最优分类;最后再利用误差重构法对测试样本进行分类识别。结果 本文算法在AR以及ORL人脸数据库上分别进行了实验仿真。在AR人脸数据库中,为了分析样本不同维数对实验结果造成的影响,选取了第一时期拍摄的每人6幅图像,包括1幅围巾遮挡,2幅墨镜遮挡以及3幅脸部表情变化以及光照变化（未被遮挡）的图像作为训练样本,同时选取相同组合的样本图像作为测试样本,无论哪种方法,图像的维度越高识别率越高。对比SRC （sparse representation based on classification）算法与DKSVD （discriminative K-means singular value decomposition）算法的识别率可知,DKSVD算法通过字典学习减缓了训练样本中的不确定因素对识别结果的影响;对比DLRD_SR （discriminative low-rank dictionary learning for sparse representation）算法与FDDL （Fisher discriminative dictionary learning）算法的识别率可知,当图像有遮挡等噪声信息存在时,字典低秩化可以提高至少5.8%的识别率;对比本文算法与DLRD_SR算法可知,在字典学习的过程中加入Fisher准则后识别率显著提高,同时理想稀疏值能保证对样本进行最优的分类。当样本图像的维度达到500维时人脸图像在有围巾、墨镜遮挡的情况下识别率可达到85.2%;其中墨镜和围巾的遮挡程度分别可以看成是人脸图像的20%和40%,为了验证本文算法在不同脸部表情变化、光照改变以及遮挡情况下的有效性,根据训练样本的具体图像组合情况进行实验。无论哪种样本图像组合,本文算法在有遮挡存在的样本识别中具有显著优势。在训练样本只包含脸部表情变化、光照变化以及墨镜遮挡图像的情况下,本文算法的识别率高于其他算法至少2.7%,在训练样本只包含脸部表情变化、光照变化以及围巾遮挡图像的情况下,本文算法的识别率高于其他算法至少3.6%,在训练样本包含脸部表情变化、光照变化、围巾遮挡以及墨镜遮挡图像的情况下,其识别率高于其他算法至少1.9%。在ORL人脸数据库中,人脸图像在无遮挡的情况下识别率达到95.2%,稍低于FDDL算法的识别率;在随机块遮挡程度达到20%时,相比较于SRC算法、DKSVD算法、FDDL算法以及DLRD_SR算法,本文算法的识别率最高;当随机块遮挡程度达到50%时,以上算法的识别率均不高,但本文算法的其识别率仍然最高。结论 本文算法在人脸图像受到遮挡等因素的影响时具有一定的鲁棒性,实验结果表明该算法在人脸识别方面具有可行性。     

基于因子分析与稀疏表示的多姿态人脸识别

在非可控环境下,人脸识别面临的最大难题之一是姿态变化与遮挡问题。基于稀疏表示的人脸识别方法将测试人脸表示成训练人脸的稀疏线性组合,根据其组合系数的稀疏性进行人脸识别。该方法对人脸的噪声和遮挡变化具有很好的鲁棒性,但对人脸的姿态变化表现力极差,这是因为当人脸具有姿态变化时,同一个人不同姿态情况下很难对应起来,这违背线性组合的前提条件。为了克服稀疏表示方法对人脸姿态变化表现力极差问题,对人脸进行因子分析,分离出人脸姿态因子,得到合成的正面人脸;利用稀疏表示进行人脸分类识别。实验结果表明,该方法对人脸的遮挡和姿态变化具有很好的鲁棒性。     

Unified model in identity subspace for face recognition

Human faces have two important characteristics: (1) They are similar objects and the specific variations of each face are similar to each other; (2) They are nearly bilateral symmetric. Exploiting the two important properties, we build a unified model in identity subspace (UMIS) as a novel technique for face recognition from only one example image per person. An identity subspace spanned by bilateral symmetric bases, which compactly encodes identity information, is presented. The unified model, trained on an obtained training set with multiple samples per class from a known people group A, can be generalized well to facial images of unknown individuals, and can be used to recognize facial images from an unknown people group B with only one sample per subject. Extensive experimental results on two public databases (the Yale database and the Bern database) and our own database (the ICT-JDL database) demonstrate that the UMIS approach is significantly effective and robust for face recognition.     

A Cross-Dimension Annotations Method for 3D Structural Facial Landmark Extraction

Recent methods for 2D facial landmark localization perform well on close-to-frontal faces, but 2D landmarks are insufficient to represent 3D structure of a facial shape. For applications that require better accuracy, such as facial motion capture and 3D shape recovery, 3DA-2D (2D Projections of 3D Facial Annotations) is preferred. Inferring the 3D structure from a single image is an ill-posed problem whose accuracy and robustness are not always guaranteed. This paper aims to solve accurate 2D facial landmark localization and the transformation between 2D and 3DA-2D landmarks. One way to increase the accuracy is to input more precisely annotated facial images. The traditional cascaded regressions cannot effectively handle large or noisy training data sets. In this paper, we propose a Mini-Batch Cascaded Regressions (MBCR) method that can iteratively train a robust model from a large data set. Benefiting from the incremental learning strategy and a small learning rate, MBCR is robust to noise in training data. We also propose a new Cross-Dimension Annotations Conversion (CDAC) method to map facial landmarks from 2D to 3DA-2D coordinates and vice versa. The experimental results showed that CDAC combined with MBCR outperforms the-state-of-the-art methods in 3DA-2D facial landmark localization. Moreover, CDAC can run efficiently at up to 110 fps on a 3.4 GHz-CPU workstation. Thus, CDAC provides a solution to transform existing 2D alignment methods into 3DA-2D ones without slowing down the speed. Training and testing code as well as the data set can be downloaded from https://github.com/SWJTU-3DVision/CDAC.     

M3 CSR: Multi-view,multi-scale and multi-component cascade shape regression

Automatic face alignment is a fundamental step in facial image analysis. However, this problem continues to be challenging due to the large variability of expression, illumination, occlusion, pose, and detection drift in the real-world face images. In this paper, we present a multi-view, multi-scale and multi-component cascade shape regression (M³CSR) model for robust face alignment. Firstly, face view is estimated according to the deformable facial parts for learning view specified CSR, which can decrease the shape variance, alleviate the drift of face detection and accelerate shape convergence. Secondly, multi-scale HoG features are used as the shape-index features to incorporate local structure information implicitly, and a multi-scale optimization strategy is adopted to avoid trapping in local optimum. Finally, a component-based shape refinement process is developed to further improve the performance of face alignment. Extensive experiments on the IBUG dataset and the 300-W challenge dataset demonstrate the superiority of the proposed method over the state-of-the-art methods.