联合判别性低秩类字典与稀疏误差字典学习的人脸识别

目的 由于受到光照变化、表情变化以及遮挡的影响,使得采集的不同人的人脸图像具有相似性,从而给人脸识别带来巨大的挑战,如果每一类人有足够多的训练样本,利用基于稀疏表示的分类算法（SRC）就能够取得很好地识别效果。然而,实际应用中往往无法得到尺寸大以及足够多的人脸图像作为训练样本。为了解决上述问题,根据基于稀疏表示理论,提出了一种基于联合判别性低秩类字典以及稀疏误差字典的人脸识别算法。每一类的低秩字典捕捉这类的判别性特征,稀疏误差字典反映了类变化,比如光照、表情变化。方法 首先利用低秩分解理论得到初始化的低秩字典以及稀疏字典,然后结合低秩分解和结构不相干的理论,训练出判别性低秩类字典和稀疏误差字典,并把它们联合起来作为测试时所用的字典;本文的方法去除了训练样本的噪声,并在此基础上增加了低秩字典之间的不相关性,能够提高的低秩字典的判别性。再运用l₁范数法（同伦法）求得稀疏系数,并根据重构误差进行分类。结果 针对Extended Yale B库和AR库进行了实验。为了减少算法执行时间,对于训练样本利用随机矩阵进行降维。本文算法在Extended Yale B库的504维每类32样本训练的识别结果为96.9%。在无遮挡的540维每类4样本训练的AR库的实验结果为83.3%,1 760维的结果为87.6%。有遮挡的540维每类8样本训练的AR库的结果为94.1%,1 760维的结果为94.8%。实验结果表明,本文算法的结果比SRC、DKSVD（Discriminative K-SVD）、LRSI（Low rank matrix decomposition with structural incoherence）、LRSE+SC（Low rank and sparse error matrix+sparse coding）这4种算法中识别率最高的算法还要好,特别在训练样本比较少的情况下。结论 本文所提出的人脸识别算法具有一定的鲁棒性和有效性,尤其在训练样本较少以及干扰较大的情况下,能够取得很好地识别效果,适合在实际中进行应用。     

遮挡表情变化下的联合辅助字典学习与低秩分解人脸识别

目的 从真实环境中采集到的人脸图片通常伴随遮挡、光照和表情变化等因素,对识别结果产生干扰。在许多特殊环境下,训练样本的采集数量也无法得到保证,容易产生训练样本远小于测试样本的不利条件。基于以上情况,如何排除复杂的环境变化和较少的训练样本等多重因素对识别效果的影响逐渐成为了人脸识别方向需要攻克的难题。方法 以低秩矩阵分解为基础,分别使用非凸秩近似范数和核范数进行两次低秩矩阵分解,以达到去除遮挡干扰的目的 。首先通过非凸稳健主成分分析分解得到去除了光照、遮挡等变化的低秩字典。为消除不同人脸类的五官等共通部分的影响,加快算法收敛效率,将得到的低秩字典用作初始化,进行基于核范数的第二次秩近似分解,以获得去除了类间不相关判别性的低秩字典用于分类。最后针对训练样本较少和遮挡样本占比过大等问题,选用同一数据库中不用做训练和测试的辅助数据作为辅助字典模拟可能出现的遮挡、光照等影响,通过最小化稀疏表示重构误差进行分类识别。结果 选用AR库和CK+库分别进行实验。在AR库的实验中,通过调整训练图片中遮挡、光照和表情变化的样本比例来检测算法性能。其中,在遮挡图片占比分别为1/7和3/7的训练集中,无遮挡图片由无干扰和光照表情干扰图片联合组成。在遮挡图片占比为2/7的训练集中,无遮挡图片全由光照表情变化图片组成。实验结果表明,在多种实验情况下均获得较高识别率。其中根据不同遮挡比例,分别获得97.75%、92%、95.25%和97.75%、90%、95.25%等识别率。与同类算法对比提高3%~5%。选用的外部数据从10类人脸至40类依次增加,获得的识别结果为96.75%~98%,与同类算法相比提高了2%~3%。在CK+表情库中,选用同伦算法配合分类求解,获得的识别结果为95.25%。结论 本文提出了一种在克服复杂环境变化和训练样本不足两个方面具有高效性和鲁棒性的人脸识别算法,实验结果表明,本文算法在不同数据库中都具有高效性,未来的研究方向包括将算法应用于联立人脸和表情识别,模拟更为复杂的噪声状况,以期达到更为优异的结果。     

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。     

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。     

联合Gabor误差字典和低秩表示的人脸识别算法

针对人脸图片的遮挡、伪装、光照及表情变化等问题,根据Gabor特征对遮挡、伪装、光照及表情变化有着更强的鲁棒性的特点,提出了联合Gabor误差字典和低秩表示的人脸识别算法(GDLRR)。首先对训练样本和测试样本分别进行Gabor特征提取,并将这些特征组成待测试的特征字典;然后将一个单位阵进行Gabor特征提取并训练成一个更紧凑的Gabor误差字典;最后联合Gabor误差字典和训练特征字典对测试特征字典进行低秩表示后进行分类识别。各类实验表明,提出的改进算法对人脸识别的各类问题都有着更强的鲁棒性和更高的识别准确率。     

基于鉴别性低秩表示及字典学习的鲁棒人脸识别算法

针对人脸识别中的图像存在噪声等情况,提出基于鉴别性低秩表示及字典学习的算法。使用鉴别性低秩子空间恢复算法(discriminative low-rank representation, DLRR)获得类别间尽可能独立且干净的训练样本,然后通过引入基于Fisher准则的字典学习(Fisher Discrimination Dictionary Learning, FDDL)方法得到结构化字典,其子字典对对应的类有较好的表示能力,约束编码系数具有较小类内散列度和较大类间散列度。最后对测试样本稀疏线性表示时正确类别的样本贡献更大。在标准人脸数据库上的实验结果表明该算法有较好性能。     

稀疏综合字典学习的小样本人脸识别

传统以字典学习为基础的小样本人脸识别方法存在字典低辨别性、弱鲁棒性等缺点,对此,本文提出稀疏综合字典学习模型。该模型有效利用和生成人脸变化,以镜像原理及Fisher准则扩充训练样本多样性,通过构造混合特色字典、扩充干扰字典以及低秩字典原子,提取不同类别数据之间的共性、特殊性和异常情况,从而提高算法识别率以及对表情变化、姿态变化、遮挡等异常情况的处理能力。在AR、YALEB、LFW等人脸数据库进行仿真实验,实验结果验证了算法的有效性和可行性。     

融合整体与局部特征的低秩松弛协作表示

目前的人脸识别算法经常忽视训练过程中噪声的影响,训练数据受到污染时识别性能会明显下降.针对该问题,提出了融合整体与局部特征的低秩松弛协作表示的人脸识别算法.通过低秩分解抑制训练样本的稀疏噪声,得到更加有效的人脸信息.利用松弛协作表示得到判别性更强的编码系数,增强人脸识别系统的判别性.为进一步提高识别率,提取局部特征的同时引入整体特征,运用整体特征和局部特征共同表示人脸图像.实验结果表明,尽管训练过程、测试过程都受到噪声污染,提出的算法对有光照、遮挡及表情变化的正面人脸图像的识别具有很好的鲁棒性,比现有的识别算法拥有更高的识别率.     

基于改进的RPCA人脸识别算法

针对人脸识别中存在遮挡、光照、表情变化等问题,提出了一种基于改进的鲁棒主成分分析的人脸识别算法,它利用人脸的稀疏误差成分准确判断出人脸图像之间的差异。该算法首先对人脸进行低秩恢复,得到表示人脸普通特征的低秩分量和描述人脸差分信息的稀疏误差分量,然后定义稀疏度和平滑度两种描述符来表示稀疏误差分量的特征,最后联合上述两种描述符对人脸图像进行分类判别。实验结果表明,在光照条件和遮挡区域随机的情况下,提出的采用误差图像进行分类判别的算法在处理遮挡、光照、表情变化等人脸识别问题上均具有优越的识别性能。     

基于自编码器和稀疏表示的单样本人脸识别

单样本人脸识别因其在现实生活中的广泛应用而成为人脸识别领域的热门话题。单张训练样本条件下训练样本的缺少和复杂的类内人脸表情、光照、遮挡变化给单样本人脸识别研究带来困难。传统的基于稀疏表示的人脸识别方法需要大量的训练样本构成过完备的字典,因而在单样本条件下识别效果明显下滑。针对这一问题,提出一种基于有监督自编码器的带变化人脸样本生成方法,在保留身份信息的同时自动生成带变化的人脸图像用于单样本条件下的字典扩充,一定程度上缓解了单样本条件下的欠采样问题,弥补了训练集和测试集间的人脸变化信息差异,使得传统的稀疏表示方法能够适用于单样本人脸识别问题。在公共数据库上的实验结果不仅证明了该方法的有效性,而且对测试集中不同的人脸变化也展现出了较强的鲁棒性。     

改进标签一致KSVD字典学习的人脸识别算法

针对噪声污染、光照变化等复杂环境下人脸图像识别问题,提出一种改进标签一致KSVD字典学习的人脸识别算法。该算法通过改变标签一致KSVD算法的字典更新方式,用主成分分析算法分解误差项,用最大特征值对应的特征向量修改字典原子。通过字典学习过程得到原子与类别标签对应的判别性字典。目标函数综合了重建误差、稀疏编码误差和分类误差。最后,在分类阶段利用学习到的字典和分类器参数对测试样本进行分类。在有光照变化的Extend Yale B人脸库、表情变化以及遮挡影响的AR人脸库上分别取得了99.01%和97.94%的平均识别率。同时,在有噪声存在的情况下,该算法具有较好的鲁棒性。     

Face recognition based on dictionary learning and subspace learning

Dictionary learning plays an important role in sparse representation based face recognition. Many dictionary learning algorithms have been successfully applied to face recognition. However, for corrupted data because of noise or face variations (e.g. occlusion and large pose variation), their performances decline due to the disparity between domains. In this paper, we propose a face recognition algorithm based on dictionary learning and subspace learning (DLSL). In DLSL, a new subspace learning algorithm (SL) is proposed by using sparse constraint, low-rank technology and our label relaxation model to reduce the disparity between domains. Meanwhile, we propose a high-performance dictionary learning algorithm (HPDL) by constructing the embedding term, non-local self-similarity term, and time complexity drop term. In the obtained subspace, we use HPDL to classify these mapped test samples. DLSL is compared with other 28 algorithms on FRGC, LFW, CVL, Yale B and AR face databases. Experimental results show that DLSL achieves better performance than those 28 algorithms, including many state-of-the-art algorithms, such as recurrent regression neural network (RRNN), multimodal deep face recognition (MDFR) and projective low-rank representation (PLR).     

基于低秩约束的极限学习机高效人脸识别算法

复杂应用场景中,光照变化、遮挡和噪声等干扰使得将像素特征作为相似性度量的识别算法的图像类内差大于类间差,降低了人脸识别性能。针对这一问题,提出了一种低秩约束的极限学习机鲁棒性人脸识别算法,提升了复杂场景下的识别性能。首先,利用人脸图像分布的子空间线性假设,将待识别图像聚类到相对应的样本子空间;其次,将像素域分解为低秩特征子空间和稀疏误差子空间,依据图像子空间的低秩性对噪声鲁棒的原理,提取人脸图像的低秩结构特征训练极限学习机的前向网络;最后,实现对噪声干扰鲁棒的极限学习机人脸识别算法。实验结果表明,相比前沿的人脸识别算法,所提方法不仅识别精度高、算法时间复杂度低,且具有较好的实用性。     

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.