广义并行2维复判别分析的人脸识别

目的 针对2维线性鉴别分析提取人脸特征向量稳定性较差、仅对行或列方向提取特征时容易丢失不同行或列间有助于鉴别分析的协方差信息、同时存在特征维数较高的问题,提出一种广义并行2维复判别分析的人脸识别方法。方法 首先对人脸图像进行广义并行2维线性判别分析处理,根据特征值贡献率动态选取特征向量组成正交投影矩阵,完成水平和垂直方向上的投影;其次将处理后得到的两类特征矩阵以复数的实部和虚部形式相加,对融合后的特征矩阵进行广义2维复判别分析处理得到复特征矩阵;然后以复特征矩阵的特征值大小来衡量特征矩阵分量的识别性能,对特征矩阵分量进行重新排序,选取最具鉴别力的分量形成最终表征人脸的特征;最后采用最大相似度分类器比较测试样本与训练样本特征的相似度,进行人脸图像特征的分类识别。结果 在Yale、ORL、FERET、CMU-PIE及LFW人脸数据库上进行实验测试,该方法的最优识别率分别为100%、100%、98.98%、99.76%及98.67%,特征维数在8590之间,表明该方法对复杂条件下的人脸识别有较高的准确率和较低的空间占有率。结论 该方法能够有效克服2维线性鉴别分析提取特征稳定性差、特征空间中特征重叠、存储系数多、特征维数高的缺点,表现出较高鲁棒性和准确率及较低空间复杂度的特性。     

图嵌入正则化投影非负矩阵分解人脸图像特征提取

目的 针对投影非负矩阵分解（PNMF）不能揭示数据空间的流形几何结构和判别信息的缺点,提出一种图嵌入正则化投影非负矩阵分解（GEPNMF）人脸图像特征提取方法。 方法 首先构建了描述数据空间的流形几何结构和类间分离度的两个近邻图,然后采用它们的拉普拉斯矩阵设计了一个图嵌入正则项,并将该图嵌入正则项与PNMF的目标函数融合以建立GEPNMF的目标函数。由于引入了图嵌入正则项,GEPNMF求得的子空间能在保持数据空间的流形几何结构的同时,类间间距最大。此外,在GEPNMF目标函数中引入了一个正交正则项,以确保GEPNMF子空间基向量具有数据局部表示能力。最后,对求解GEPNMF目标函数的累乘更新规则（MUR）进行了详细推导,并从理论上证明了其收敛性。结果 在ORL、Yale和CMU PIE人脸图像数据库上分别进行了人脸识别实验,识别率分别达到了94.00%、64.33%和98.58%。结论 实验结果表明,GEPNMF提取的人脸图像特征用于人脸识别时,具有较高的识别率。     

基于非凸低秩分解判别的叠加线性稀疏人脸识别

目的 针对因采集的人脸图像样本受到污染而严重干扰人脸识别及训练样本较少（小样本）时会由于错误的稀疏系数导致性能急剧下降从而影响人脸识别的问题,提出了一种基于判别性非凸低秩矩阵分解的叠加线性稀疏表示算法。方法 首先由γ范数取代传统核范数,克服了传统低秩矩阵分解方法求解核范数时因矩阵奇异值倍数缩放导致的识别误差问题;然后引入结构不相干判别项,以增加不同类低秩字典间的非相干性,达到抑制类内变化和去除类间相关性的目的;最后利用叠加线性稀疏表示方法完成分类。结果 所提算法在AR人脸库中的识别率达到了98.67±0.57%,高于SRC（sparse representation-based classification）、ESRC（extended SRC）、RPCA（robust principal component analysis）+SRC、LRSI（low rank matrix decomposition with structural incoherence）、SLRC（superposed linear representation based classification）-l₁等算法;同时,遮挡实验表明,算法对遮挡图像具有更好的鲁棒性,在不同遮挡比例下,相比其他算法均有更高的识别率。在CMU PIE人脸库中,对无遮挡图像添加0、10%、20%、30%、40%的椒盐噪声,算法识别率分别达到90.1%、85.5%、77.8%、65.3%和46.1%,均高于其他算法。结论 不同人脸库、不同比例遮挡和噪声的实验结果表明,所提算法针对人脸遮挡、表情和光照等噪声因素依然保持较高的识别率,鲁棒性更好。     

超分辨率重建的素描人脸识别

目的 基于学习的超分辨率重建由于引入了先验知识,可以更好地描述图像的细节部分,显著地增强图像的分辨率,改善图像的视觉效果。将超分辨率重建应用在素描人脸识别中,既可以增加人脸图像的质量也可以有效地提高识别精度。方法 首先利用特征脸算法根据素描图像合成人脸灰度图像,然后对合成的人脸图像利用稀疏表示进行超分辨率重建,最后利用主成分分析对重建前后的合成人脸分别进行识别。结果 在香港中文大学的素描人脸库(CUFS)上进行实验。经过超分辨率重建之后的人脸在眼睛等部位细节描述更好。同时,由于重建过程中引入了先验知识,重建之后的素描人脸识别率有提高。支持向量机算法得到的识别率由重建前的65%提高至66%,本文利用的主成分分析算法得到的识别率由重建前的87%提高至89%。结论 基于超分辨率重建的素描人脸识别算法可以有效地改善合成人脸图像的视觉效果并且提高素描人脸识别精度。     

卷积神经网络的人脸隐私保护识别

目的 近年来，随着人脸识别认证技术的发展及逐渐普及，大量人脸照片存放在第三方服务器上的现象十分普遍，如何对人脸进行隐私保护这个问题变得十分突出。方法 首先对人脸图像进行预处理，然后采用Arnold变换对人脸关键部位进行分块随机置乱，并将置乱结果图输入到深度卷积神经网络中。为了解决人脸照片在分块置乱时由于本身拍照角度的原因导致的分块不均等因素，在预处理时根据人眼进行特性点定位，再据此进行对齐处理，使得预处理后的照片人眼处于同一水平线。针对人脸隐私保护及加扰置乱后图像的识别，本文提出了基于分块随机加扰的深度卷积神经网络模型。不包含附加层，该模型网络结构由4个卷积层、3个池化层、1个全连接层和1个softmax回归层组成。服务器端通过深度神经网络模型直接对置乱后人脸图像进行验证识别。结果 该算法使服务器端全程不存储原始人脸模板，实现了对原始人脸图像的有效加扰保护。实验采用该T深度卷积神经网络对处理过后的ORL人脸库进行识别，最终识别准确率达到97.62%。同时通过多组对比实验，验证了本文方法的有效性。结论 与其他文献中手工提取特征并利用决策树和随机森林进行训练识别的方法相比，本文方法减少了人工提取特征的工作量，且具有高识别率。     

一类广义混沌映射和矩阵非线性变换的图像混合加密

目的 为完善图像加密的理论及算法体系,并为图像加密实践提供性质优良的可行方案。基于Henon映射,构造了一类广义混沌映射：H-S（Henon Sine）映射,并以H-S混沌映射、矩阵非线性变换、矩阵点运算和取整运算为工具,运用序列重排和灰度变换技术设计了一种图像混合加密算法。方法 首先,将第1混沌密钥矩阵与像素矩阵进行非线性变换,通过对变换结果的随机排序,给出原始图像的置乱加密方法;其次,在置乱图像和第2混沌密钥矩阵之间实施与第1阶段参数不同的变换并应用取整运算实现灰度加密。再次,通过逆运算和逆变换实现图像解密。结果 由于混沌密钥、非线性运算和随机因素的联合作用,加密算法具有1次1密的特征,因而具有完备的抗攻击性能;同时算法结构简单、计算复杂度低而便于程序实现;算法规避了常用混沌加密对映射的可逆性要求,对任意大小的矩形图像都有效,具有广泛的适用性。结论 加解密仿真实验验证了算法的可行性和有效性,针对加密时间、图像灰度曲面、图像信息熵、加解密图像的相关性和相似性、密钥敏感性、差分攻击等展开全面的加密性能分析,佐证了加密方案的安全性和鲁棒性。同其他类型的置乱加密算法的比对佐证了算法的优越性。本文算法为任意大小的矩形灰度图像加密提供了参考方案,此方案经过适当调整即可应用于矩形彩色图像加密。     

应用深度光学应变特征图的人脸活体检测

目的 随着人脸识别系统应用的日益广泛,提高身份认证的安全性,提升人脸活体检测的有效性已经成为迫切需要解决的问题。针对活体检测中真实用户的照片存在的人脸欺骗问题,提出一种新的解决照片攻击的人脸活体检测算法。方法 利用局部二值模式LBP（local binary pattern）、TV-L1（total variation regularization and the robust L1 norm）光流法、光学应变和深度网络实现的人脸活体检测方法。对原始数据进行预处理得到LBP特征图;对LBP特征图提取光流信息,提高对噪声适应的鲁棒性;计算光流的导数得到图像的光学应变图,以表征相邻两帧之间的微纹理性质的微小移动量;通过卷积神经网络模型（CNN）将每个应变图编码成特征向量,最终将特征向量传递给长短期记忆LSTM（long short term memory）模型进行分类,实现真假人脸的判别。结果 实验在两个公开的人脸活体检测数据库上进行,并将本文算法与具有代表性的活体检测算法进行对比。在南京航空航天大学（NUAA）人脸活体检测数据库中,算法精度达到99.79%;在Replay-attack数据库中,算法精度达到98.2%,对比实验的结果证明本文算法对照片攻击的识别更加准确。结论 本文提出的针对照片攻击的人脸活体检测算法,融合光学应变图像和深度学习模型的优点,使得人脸活体检测更加准确。     

基于协作表示残差融合的3维人脸识别

目的 针对2维人脸难以克服光照、表情、姿态等复杂问题,提出了一种基于协作表示残差融合的新算法.方法 协作表示分类算法是将所有类的训练图像一起协作构成字典,通过正则化最小二乘法代替1范数求解稀疏系数,减小了计算的复杂度,由此系数重构测试人脸,根据重构误差最小原则,对测试人脸正确分类.该方法首先在3维人脸深度图上提取Gabor特征和Geodesic特征,然后在协作表示算法的基础上融合两者的残差信息,作为最终差异性度量,最后根据融合残差最小原则,进行人脸识别.结果 在不同的训练样本、特征维数条件下,在CIS和Texas 2 个人脸数据库上,本文算法的识别率可分别达到94.545%和99.286%.与Gabor-CRC算法相比,本文算法的识别率平均高出了10%左右.结论 在实时成像系统采集的人脸库和Texas 3维人脸库上的实验结果表明,该方法对有无姿态、表情、遮挡等变化问题具有较好的鲁棒性和有效性.     

结合径向线的局部遮挡下的3维人脸识别

目的 3维人脸点云的局部遮挡是影响3维人脸识别精度的一个重要因素。为克服局部遮挡对3维人脸识别的影响,提出一种基于径向线和局部特征的3维人脸识别方法。方法 首先为了充分利用径向线的邻域信息,提出用一组局部特征来表示径向线;其次对于点云稀疏引起的采样点不均匀,提出将部分相邻局部区域合并以减小采样不均匀的影响;然后,利用径向线的邻域信息构造代价函数,进而构造相应径向线间的相似向量。最后,利用相似向量来进行径向线匹配,从而完成3维人脸识别。结果 在FRGC v2.0数据库上进行不同局部特征识别率的测试实验,选取的局部特征Rank-1识别率达到了95.2%,高于其他局部特征的识别率;在Bosphorus数据库上进行不同算法局部遮挡下的人脸识别实验,Rank-1识别率达到了最高的92.0%;进一步在Bosphorus数据库上进行不同算法的时间复杂度对比实验,耗费时间最短,为8.17 s。该算法在准确率和耗时方面均取得了最好的效果。结论 基于径向线和局部特征的3维人脸方法能有效提取径向线周围的局部信息;局部特征的代价函数生成的相似向量有效减小了局部遮挡带来的影响。实验结果表明本文算法具有较高的精度和较短的耗时,同时对人脸的局部遮挡具有一定的鲁棒性。该算法适用于局部遮挡下的3维人脸识别,但是对于鼻尖部分被遮挡的人脸,无法进行识别。     

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。     

二维主元分析在人脸识别中的应用研究

结合二维主元分析（two-dimensional principal component analysis，2DPCA）的特点，将2DPCA算法用于人脸识别。它与主元分析（principal component analysis，PCA）的不同之处在于，2DPCA算法以图像矩阵为分析对象；而PCA算法以图像的一维向量为分析对象。2DPCA算法是直接利用原始图像矩阵构造图像的协方差矩阵。而PCA算法需对原始图像矩阵先降维、再将降维矩阵转换成列向量，然后构造图像的协方差矩阵。为了测试和评估2DPCA算法的性能，在ORL（olivetti research laboratory）与Yale人脸数据库上进行了实验，结果表明，2DPCA算法用于人脸识别的正确识别率高于PCA算法。同时，也显示了2DPCA算法在特征提取方面比PCA算法更有效。     

模块二维主成分分析——人脸识别新方法

提出了模块二维主成分分析(M2DPCA)线性鉴别分析方法。M2DPCA方法先对图像矩阵进行分块，对分块得到的子图像矩阵直接进行鉴别分析。其特点是：能有效地降低模式原始特征的维数；可以完全避免使用矩阵的奇异值分解，特征抽取方便；此外，2DPCA是M2DPCA的特例。在ORL人脸库上试验结果表明，M2DPCA方法在识别性能上优于PCA，比2DPCA更具有鲁棒性。     

二维主成分分析方法的推广及其在人脸识别中的应用

提出了分块二维主成分分析(分块2DPCA)的人脸识别方法。分块2DPCA方法先对图像矩阵进行分块,对分块得到的子图像矩阵直接进行鉴别分析。其特点是:能方便地降低鉴别特征的维数;可以完全避免使用矩阵的奇异值分解,特征抽取方便;与2DPCA方法相比,使用低维的鉴别特征矩阵,而达到较高(至少是不低)的正确识别率。此外,2DPCA是分块2DPCA的特例。在ORL和NUST603人脸库上的试验结果表明,所提出的方法在识别性能上优于2DPCA方法。     

基于数据库编程语言的海量邮件数据分类技术

针对海量邮件数据的处理需求和实际业务需要,设计了基于数据库编程语言的海量邮件自动分类系统。该系统由特征学习模块、数据库查询模块和贝叶斯分类模块3部分构成。结合贝叶斯分类算法,利用PL/SQL语言与数据库交互时的高效性特点,在ORACLE PL/SQL存储过程中完成对未知邮件的特征提取和表示,实现对海量邮件数据的有效分类。     

基于二阶双向二维主成分分析的人脸识别方法

为了克服光照变化较大的情况对识别率的影响,提出基于二阶双向二维主成分分析(Sec-(2D)2PCA)的人脸识别方法。丢弃提取人脸图像的(2D)2PCA的前几个反映光照信息的主成分。在剩余图像中再次使用(2D)2PCA方法。Yale人脸库B和Yale人脸库上的试验结果表明,该方法在识别性能上优于2DPCA、(2D)2PCA、Sec-2DPCA方法。     

基于模块2DPCA的人脸识别方法

提出了模块2DPCA（two-dimensional principal component analysis）的人脸识别方法。模块2DPCA方法先对图像矩阵进行分块，将分块得到的子图像矩阵直接用于构造总体散布矩阵，然后利用总体散布矩阵的特征向量进行图像特征抽取。与基于图像向量的鉴别方法（比如PCA）相比，该方法在特征抽取之前不需要将子图像矩阵转化为图像向量，能快速地降低鉴别特征的维数，可以完全避免使用矩阵的奇异值分解，特征抽取方便；此外，模块2DPCA是2DPCA的推广。在ORL和NUST603人脸库上的试验结果表明，模块2DPCA方法在识别性能上优于PCA，比2DPCA更具有鲁棒性。     

单样本条件下权重模块2DPCA人脸识别

针对单样本人脸识别问题,提出了权重模块2DPCA识别方法。该方法首先利用模块2DPCA方法对图像矩阵进行区域分块和子图像主成分特征提取,再用光流方法度量测试图像和样本图像对应分块像素区域由于人物变化、表情不同、饰物遮蔽等造成的差异,并以此为依据对得到的样本和测试图像的特征矩阵之间的差分矩阵分块区域赋以相对权重,最后进行最邻近分类判别。在JAFFE和ORL人脸库上的实验结果表明,在同等鉴别特征维数下,权重模块2DPCA识别方法较之传统2DPCA方法和模块2DPCA方法具有更高的识别率和鲁棒性,证明了在基于PCA的人脸识别方法中加入先验知识以提高识别能力的可行性。     

基于GA的2DPCA在人脸识别中的应用

采用基于遗传算法(GA)的二维主成分分析法(2DPCA)进行人脸识别.2DPCA直接以二维图像矩阵为研究对象,以其协方差矩阵的特征向量为投影轴进行特征提取.为了达到识别时的信息最优,将遗传算法融入2DPCA,对协方差矩阵的特征向量进行优化选择得到最优投影轴,并在此基础上提取特征.最后在MIT人脸数据库上进行实验,表明识别率和速度均高于单纯使用2DPCA的方法.     

改进的模块2DPCA与MSD结合的人脸识别

提出了一种改进的模块2DPCA与最大散度差鉴别分析相结合的人脸识别方法。该方法先对原始人脸图像采用改进的模块2DPCA抽取特征,然后对得到的特征图像的子图像块施行最大散度差鉴别分析,得到最终的特征图像。该方法不仅利用了原始图像的局部特征和类别信息,而且完全避免了使用矩阵的奇异值分解。在ORL人脸库上的实验结果验证了该方法的有效性。