基于骨干粒子群的弹性稀疏人脸识别

由于稀疏表示方法在人脸分类算法中的成功使用,基于此研究人员提出了一种新的分类方法即基于稀疏表示的分类方法（SRC）。因此寻求最优的稀疏表示方法就成为了人脸识别研究的重点。由于粒子群算法具有原理简单、参数较少和效率较高等优点,因此将基于剪枝策略的骨干粒子群算法（NPSO）应用于稀疏解的寻优过程。选择弹性网络估计（Elastic Network）作为NPSO算法的适应度函数,提出了一种稀疏解优化方法即EnNPSO。该方法具有很高的全局收敛性和稳定性,还具有很强的处理高维小样本和强相关性变量数据的能力。仿真实验表明该算法提高了人脸识别率,具有更高的适应性。     

一种新的拓展稀疏人脸识别算法

近几年来,基于稀疏表示分类是一个备受关注的研究热点。如果每类训练样本较充分,该类方法可以取得比较好的识别效果。当训练样本比较少时,它的分类效果可能就不理想。拓展的稀疏分类算法可以较好的解决这一问题,它在表示测试样本时,引入了训练样本的类内变量矩阵,利用它和训练样本集来表示测试样本,从而提高了人脸识别率。然而,该算法并没有考虑训练样本在表示测试样本中所起的作用,即所有训练样本的权重都等于1。本文采用高斯核距离对训练样本加权,提出用加权的训练样本和类内散度矩阵来共同表示测试样本,即基于加权的拓展识别算法。实验证明所提算法能够取得更好的人脸识别效果。     

基于核稀疏保持投影的典型相关分析算法

模式识别的技术核心就是特征提取,而特征融合则是对特征提取方法的强力补充,对于提高特征的识别效率具有重要作用。本文基于稀疏表示方法,将稀疏表示方法用到高维度空间,并利用核方法在高维度空间进行稀疏表示,用其计算核稀疏表示系数,同时研究了核稀疏保持投影算法(Kernel sparsity preserve projection,KSPP)。将KSPP引入到典型相关分析算法(Canonical correlation analysis,CCA),研究了基于核稀疏保持投影的典 型相关分析算法(Kernel sparsity preserve canonical correlation analysis,K-SPCCA)。在多特征手写体数据库和人脸图像数据库上分别证实了本文提出方法的可靠性和有效性 。     

基于核稀疏表示的属性选择算法

为解决高维数据在分类时造成的“维数灾难”问题,提出一种新的将核函数与稀疏学习相结合的属性选择算法。具体地,首先将每一维属性利用核函数映射到核空间,在此高维核空间上执行线性属性选择,从而实现低维空间上的非线性属性选择;其次,对映射到核空间上的属性进行稀疏重构,得到原始数据集的一种稀疏表达方式;接着利用L 1范数构建属性评分选择机制,选出最优属性子集;最后,将属性选择后的数据用于分类实验。在公开数据集上的实验结果表明,该算法能够较好地实现属性选择,与对比算法相比分类准确率提高了约3%。     

基于核字典学习的图像分类

航拍图像往往具有场景复杂、数据维度大的特点,对于该类图像的自动分类一直是研究的热点。针对航拍原始数据特征维度过高和数据线性不可分的问题,在字典学习和稀疏表示的基础上提出了一种结合核字典学习和线性鉴别分析的目标识别方法。首先学习核字典并通过核字典获取目标样本的稀疏表示,挖掘数据的内部结构;其次采用线性鉴别分析,加强稀疏表示的可分性;最后利用支持向量机对目标进行分类。实验结果表明,与传统基于子空间特征提取的算法和基于字典学习的算法相比,基于核字典学习与鉴别分析的算法分类性能优越。     

基于稀疏表示和弹性网络的人脸识别

由于稀疏表示方法在人脸分类算法中的成功使用,在此基础上提出了一种更为有效的基于稀疏表示（SRC）和弹性网络相结合的分类方法。为了加强样本间的协作表示能力以及增强处理强相关性变量数据的能力,基于迭代动态剔除机制,提出一种结合弹性网络的稀疏分解方法。通过采用训练样本的线性组合来表示测试样本,并运用迭代机制从所有样本中剔除对分类贡献度较小的类别和样本,采用Elastic Net算法来进行系数分解,从而选择出对分类贡献度较大的样本和类别,最后根据计算相似度对测试样本进行分类。在ORL、FERET和AR三个数据集进行了许多实验,实验结果显示算法识别率分别达到了98.75%、86.62%、99.72%,表明了所提算法的有效性。所提算法相比LASSO和SRC-GS等方法,在系数分解过程中增强了处理高维小样本和强相关性变量数据的能力,突出了稀疏约束在该算法中的重要性,具有更高的准确性和稳定性,能够更加有效地适用于人脸分类。     

改进稀疏表示算法在人脸识别中的应用

人脸识别的主要难度在于，受到光照变化、表情变化以及遮挡的影响，会使得采集的不同人的人脸图像具有相似性。为有效解决基于稀疏表示的分类算法（Sparse Representation-based Classification，SRC）在人脸训练样本不足时会导致识别率降低和稀疏表示求解效率较低的问题，提出了基于判别性低秩分解与快速稀疏表示分类（Low Rank Recovery Fast Sparse Representation-based Classification，LRR_FSRC）的人脸识别算法。利用低秩分解理论得到低秩恢复字典以及稀疏误差字典，结合低秩分解和结构不相干理论，训练出判别性低秩类字典和稀疏误差字典，并把它们结合作为测试时所用的字典；用坐标下降法来求解稀疏系数以提高了计算效率；根据重构误差实现测试样本的分类。在YALE和ORL数据库上的实验结果表明，提出的基于LRR_FSRC的人脸识别方法具有较高的识别率和计算效率。     

特征加权组稀疏判别投影分析算法

近来, 稀疏表示分类算法已经在模式识别和特征提取领域获得了广泛的关注. 受最近提出的稀疏表示判别投影算法启发, 本文提出了一种新的特征加权组稀疏判别投影算法(Feature weighted group sparse classification steered discriminative projection, FWGSDP). 首先, 提出特征加权组稀疏分类算法(Feature weighted group sparsebased classification, FWGSC)进行稀疏系数编码, 该算法采用带特征加权约束的保局性信息, 能够鲁棒地重构给定的输入数据; 其次, 通过类内重构散度最小、类间重构散度最大为目标计算最优投影判别矩阵, 使得输入数据具有最佳的模式分类效果; 最后, 提出迭代重约束稀疏编码方法并结合特征分解操作进行FWGSDP模型高效求解. 在ExYaleB, PIE和AR三个人脸数据库的实验验证了所提算法在普通数据和带噪数据中的分类效果都优于现存的算法.     

基于字典学习的核稀疏表示人脸识别方法

受Metafaces方法的启发,提出一种基于字典学习方法的核稀疏表示方法并成功应用于人脸识别。首先,采用核技术将稀疏表示方法推广到高维空间得到核稀疏表示方法。其次,借鉴Metaface字典学习方法,进行字典学习得到一组核基向量构成核稀疏表示字典。最后,利用学习得到的核字典基重构样本,并根据样本与重构样本之间的残差最小原则对人脸图像进行分类。在AR、ORL和Yale人脸数据库上的实验表明该方法的良好识别性能。     

稀疏标签传播:一种鲁棒的领域适应学习方法

稀疏表示因其所具有的鲁棒性,在模式分类领域逐渐得到关注.研究了一种基于稀疏保留模型的新颖领域适应学习方法,并提出一种鲁棒的稀疏标签传播领域适应学习(sparse label propagation domain adaptation learning,简称SLPDAL)算法.SLPDAL通过将目标领域数据进行稀疏重构,以实现源领域数据标签向目标领域平滑传播.具体来讲,SLPDAL算法分为3步:首先,基于领域间数据分布均值差最小化准则寻求一个优化的核空间,并将领域数据嵌入到该核空间;然后,在该嵌入核空间,基于l₁-范最小化准则计算各领域数据的核稀疏重构系数;最后,通过保留领域数据间核稀疏重构系数约束,实现源领域数据标签向目标领域的传播.最后,将SLPDAL算法推广到多核学习框架,提出一个SLPDAL多核学习模型.在鲁棒人脸识别、视频概念检测和文本分类等领域适应学习任务上进行比较实验,所提出的方法取得了优于或可比较的学习性能.     

基于低秩稀疏评分的非监督特征选择

在处理高维数据过程中,特征选择是一个非常重要的数据降维步骤。低秩表示模型具有揭示数据全局结构信息的能力和一定的鉴别能力。稀疏表示模型能够利用较少的连接关系揭示数据的本质结构信息。在低秩表示模型的基础上引入稀疏约束项,构建一种低秩稀疏表示模型学习数据间的低秩稀疏相似度矩阵;基于该矩阵提出一种低秩稀疏评分机制用于非监督特征选择。在不同数据库上将选择后的特征进行聚类和分类实验,同传统特征选择算法进行比较。实验结果表明了低秩特征选择算法的有效性。     

Heteroscedastic Sparse Representation Based Classification for Face Recognition

Sparse representation based classification (SRC) have received a great deal of attention in recent years. The main idea of SRC is to represent a given test sample as a sparse linear combina-tion of all training samples, then classifies the test sample by evaluating which class leads to the minimum residual. Although SRC has achieved good performance, especially in dealing with face occlusion and corruption, it must need a big occlusion dictionary which makes computation very expensive. In this paper, a novel method, called heteroscedastic sparse representation based classification (HSRC), is proposed to address this problem. In the presence of noises, the SRC model exists heteroscedasticity, which makes residual estimation inefficient. Therefore, heteroscedastic correction must be carried out for homoscedasticity by weighting various residuals with heteroscedastic estimation. As for heteroscedasticity, this paper establishes generalized Gaussian model through which to estimate. The proposed HSRC method is applied to face recognition (on the AR and Extended Yale B face databases). The experimental results show that HSRC has significantly less complexity than SRC, while it is more robust.     

基于核稀疏分类与多尺度分块旋转扩展的鲁棒图像识别

针对在图像旋转或局部扭曲变形等复杂情况下的图像识别问题,提出一种基于核稀疏分类与多尺度分块旋转扩展的鲁棒图像识别算法。该算法首先对图像进行多尺度分块与旋转扩展,使得字典能近似测试图像局部的旋转扭曲与各种排列组合。为了增加字典类间稀疏度,改善系统效率,提出一种字典降维策略。通过核随机坐标下降方法高效求解核稀疏分类的凸优化问题,进而通过对比不同类对测试图像的重构误差完成图像识别。实验表明,与经典方法相比,文中方法具有更好的识别效果,对图像旋转或局部扭曲变形等复杂情况具有较好的鲁棒性。     

基于低秩子空间投影和Gabor特征的稀疏表示人脸识别算法

目前的人脸识别算法常常忽视训练过程中噪声的影响,特别是在训练数据和待测数据都受到噪声污染的情况下,识别性能会明显下降。针对含有光照变化、伪装、遮挡及表情变化等较大噪声的人脸识别问题,提出了一种基于低秩子空间投影和Gabor特征的稀疏表示人脸识别算法。该算法首先通过低秩矩阵恢复算法得到训练样本的潜在低秩结构和稀疏误差结构;然后利用主成分分析法找到低秩结构的Gabor特征所在低秩子空间的变换矩阵;再通过变换矩阵将所有样本的Gabor特征向量投影到低秩子空间上,在该低秩子空间上使用稀疏表示分类算法进行最终的分类识别。在Extend Yale B和AR数据库上的实验表明,新算法具有较高的识别率和较强的抗干扰能力。     

基于随机投影与加权稀疏表示残差的光照鲁棒人脸识别方法

针对人脸识别中的光照变化问题,利用随机投影对传统稀疏表示分类器进行改进,提出一种基于随机投影与加权稀疏表示残差的光照鲁棒人脸识别方法。通过对人脸图像进行光照规范化处理,尽量消除人脸图像上的恶劣光照,取得经光照校正的人脸样本后进行多次随机空间投影,进一步丰富样本的光照不变特征,以减小光照变化对人脸识别带来的影响。在此基础上,对利用单一残差分类的传统稀疏表示分类方法进行改进,样本经过多次随机投影和稀疏表示会产生多个样本特征和重构残差,利用样本特征的能量来确定各个重构残差的融合权值,最终得到一种稳定性和可靠性更强的加权残差。在 Yale B 和 CMU PIE 两个光照变化较大的人脸库上的实验结果表明,改进的方法具有较强的光照鲁棒性。与传统稀疏表示方法相比,本文提出的方法在Yale B人脸库上两组实验的平均识别率分别提高了25.76%和46.39%,在CMU PIE上的平均识别率提高了10%左右。     

Robust face recognition via occlusion dictionary learning

Sparse representation based classification (SRC) has recently been proposed for robust face recognition. To deal with occlusion, SRC introduces an identity matrix as an occlusion dictionary on the assumption that the occlusion has sparse representation in this dictionary. However, the results show that SRC's use of this occlusion dictionary is not nearly as robust to large occlusion as it is to random pixel corruption. In addition, the identity matrix renders the expanded dictionary large, which results in expensive computation. In this paper, we present a novel method, namely structured sparse representation based classification (SSRC), for face recognition with occlusion. A novel structured dictionary learning method is proposed to learn an occlusion dictionary from the data instead of an identity matrix. Specifically, a mutual incoherence of dictionaries regularization term is incorporated into the dictionary learning objective function which encourages the occlusion dictionary to be as independent as possible of the training sample dictionary. So that the occlusion can then be sparsely represented by the linear combination of the atoms from the learned occlusion dictionary and effectively separated from the occluded face image. The classification can thus be efficiently carried out on the recovered non-occluded face images and the size of the expanded dictionary is also much smaller than that used in SRC. The extensive experiments demonstrate that the proposed method achieves better results than the existing sparse representation based face recognition methods, especially in dealing with large region contiguous occlusion and severe illumination variation, while the computational cost is much lower.     

基于核非负稀疏表示的人脸识别

提出了一种新颖的核非负稀疏表示(KNSR)算法,将其用于人脸识别,主要贡献有如下3个方面：首先,在稀疏表示(SR)的基础上引入了对表示系数的非负限制,并利用核函数来描述样本之间的非线性关系,提出了相应的目标函数;其次,提出了一种乘性梯度下降迭代算法对提出的目标函数进行优化求解,该算法在理论上可以保证收敛到全局最优值;最后,利用局部二元特征和汉明核来建模人脸样本的非线性关系,从而实现鲁棒的人脸识别。实验结果表明,在具有挑战性的人脸库上所提算法识别率均高于最近邻(NN)算法、支持向量机(SVM)、最近子空间(NS)、SR和协同表示(CR)算法,在YaleB和AR数据库上都达到了大约99%的识别率。     

基于自步学习的加权稀疏表示人脸识别方法

近年来基于稀疏表示的分类方法（SRC）成为了一个新的热点问题,在人脸识别领域取得了很大的成功。但基于稀疏表示的方法在重建待测样本时,有可能会利用与待测样本相差较大的训练样本,并且没有考虑到表示系数的局部信息,从而导致分类结果不稳定。提出一种基于自步学习的加权稀疏表示算法SPL-WSRC,在字典中有效剔除与待测样本相差较大的训练样本,并利用加权手段考虑样本间的局部信息,以提高分类精度和稳定性。通过3个典型的人脸数据集中的实验,实验结果表明,所提算法优于原稀疏表示算法SRC,特别是当训练样本足够多时,效果更明显。     

利用CNN和PCA约束优化模型实现稀疏表示分类

目的 传统的稀疏表示分类方法运用高维数据提升算法的稀疏分类能力,早已引起了广泛关注,但其忽视了测试样本与训练样本间的信息冗余,导致了不确定性的决策分类问题。为此,本文提出一种基于卷积神经网络和PCA约束优化模型的稀疏表示分类方法（EPCNN-SRC）。方法 首先通过深度卷积神经网络计算,在输出层提取对应的特征图像,用以表征原始样本的鲁棒人脸特征。然后在此特征基础上,构建一个PCA（principal component analysis）约束优化模型来线性表示测试样本,计算对应的PCA系数。最后使用稀疏表示分类算法重构测试样本与每类训练样本的PCA系数来完成分类。结果 本文设计的分类模型与一些典型的稀疏分类方法相比,取得了更好的分类性能,在AR、FERET、FRGC和LFW人脸数据库上的实验结果显示,当每类仅有一个训练样本时,EPCNN-SRC算法的识别率分别达到96.92%、96.15%、86.94%和42.44%,均高于传统的表示分类方法,充分验证了本文算法的有效性。同时,本文方法不仅提升了对测试样本稀疏表示的鲁棒性,而且在保证识别率的基础上,有效降低了算法的时间复杂度,在FERET数据库上的运行时间为4.92 s,均低于一些传统方法的运行时间。结论 基于卷积神经网络和PCA约束优化模型的稀疏表示分类方法,将深度学习特征与PCA方法相结合,不仅具有较好的识别准确度,而且对稀疏分类也具有很好的鲁棒性,尤其在小样本问题上优势显著。     

基于Gabor特征与加权协同表示的人脸识别算法

针对基于稀疏表示分类方法的训练样本于与类别标签信息提取不足,特别是在训练样本和待测样本都受到噪声污染的情况下将会明显下降及算法复杂度较高的问题,提出以Gabor特征以及加权协同为基础的人脸识别算法;最初需要对人脸图像内所包含的各个尺度以及方向的Gabor特征完成提取,在稀疏表示中引入Gabor特征,将降维后的Gabor特征矩阵作为超完备字典,再用稀疏表示增强加权协同表示得到该字典下的的稀疏表示系数,然后利用增强系数与训练样本的标签矩阵完成对测试样本进行分类识别,从而得到Gabor特征以及加权的协同表示分类方法,在Yale人脸数据库、Extended Yale B和AR人脸数据库上以及在FERET人脸数据库对人脸姿态变化的实验表明新算法具有更好的识别率和较短的计算时间.