基于结构化低秩恢复的鲁棒人脸识别算法

由于数据本身的自表示特性，当给定一个字典时，同类样本理论上具有相似的线性表示，所以所有样本的表示矩阵具有块对角结构。但在由于样本中存在的各种污损，数据子空间结构可能会被破坏。为了解决这一问题，很多基于低秩表示的恢复算法相继提出，但是仅有对表示的低秩约束并不能很好地将原始训练样本转化到理想的低秩子空间。因此，提出了一个鲁棒的结构化低秩恢复算法（Robust Structured Low-Rank Recovery，RSLRR）。RSLRR利用理想的标签矩约束阵促进低秩表示趋近于块对角结构，以此挖掘更多的潜在结构信息。同时，为了减少严格的趋近0-1标签矩阵造成的结构信息损失，RSLRR增加了一个正则化项用来减弱非块对角系数的负面影响。通过RSLRR算法可以得到一个判别的结构化字典，并可计算出一个低秩投影矩阵将所有测试样本有效的投影到其相应的低秩子空间。在AR和CMU PIE数据库上的实验结果验证了RSLRR算法的有效性和鲁棒性。     

结构化加权稀疏低秩恢复算法在人脸识别中的应用

针对训练样本或测试样本存在污损的情况，提出一种结构化加权稀疏低秩恢复算法（structured and weighted-sparse low rank representation，SWLRR）。SWLRR对低秩表示进行加权稀疏约束和结构化约束，使得低秩表示系数更加趋近于块对角结构，进而可获得具有判别性的低秩表示。SWLRR将训练样本恢复成干净训练样本后，再根据原始训练样本和恢复后的训练样本学习到低秩投影矩阵，把测试样本投影到相应的低秩子空间，即可有效地去除测试样本中的污损部分。在几个人脸数据库上的实验结果验证了SWLRR在不同情况下的有效性和鲁棒性。     

基于结构化低秩表示和低秩投影的人脸识别算法

在实际的人脸识别中,给定的训练图像往往存在遮挡和噪声,导致稀疏表示分类（SRC）算法的性能下降。针对上述问题,提出一种基于结构化低秩表示（SLR）和低秩投影的人脸识别方法--SLR_LRP。首先通过SLR对原始训练样本进行低秩分解得到干净的训练样本,根据原始训练样本和恢复得到的干净训练样本得到一个低秩投影矩阵;然后将测试样本投影到该低秩投影矩阵;最后使用SRC对恢复后的测试样本进行分类。在AR人脸库和Extended Yale B人脸库上的实验结果表明,SLR_LRP可以有效处理样本中存在的遮挡和像素破坏。     

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。     

多矩阵低秩分解的鲁棒特征提取

由于传统的人脸识别算法效果容易受制于光照、表情、遮挡以及稀疏大噪声等外界因素的影响,如何有效提取数据特征、进一步提升算法的鲁棒性,是传统人脸识别方法发展的关键所在.本文将多矩阵低秩分解应用在人脸特征提取中,充分利用多张人脸之间的结构相似性,探索人脸图像集的低秩子空间,进而结合低秩矩阵恢复模型来提取测试样本的低秩特征.最...     

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。     

基于空间约束低秩图的人脸识别

低秩表示能够很好地揭示隐藏在数据中的全局结构信息并且对噪声具有很强的鲁棒性。基于图嵌入维数约简理论框架,提出了一种人脸识别算法,其利用低秩表示模型构建数据低秩图。此外,在低秩模型中引入数据空间约束项,构建一种具有空间约束的低秩图以提高识别效果。在ORL和PIE标准人脸数据库上进行实验,同传统的识别算法相比,结果显示所提出的算法在识别率和对噪声的鲁棒性上具有更好的表现。     

基于判别低秩矩阵恢复和协同表示的遮挡人脸识别

针对训练样本和测试样本均受到严重的噪声污染的人脸识别问题,传统的子空间学习方法和经典的基于稀疏表示的分类(SRC)方法的识别性能都将急剧下降。另外,基于稀疏表示的方法也存在算法复杂度较高的问题。为了在一定程度上缓解上述问题,提出一种基于判别低秩矩阵恢复和协同表示的遮挡人脸识别方法。首先,低秩矩阵恢复可以有效地从被污损的训练样本中恢复出干净的、具备低秩结构的训练样本,而结构非相关性约束的引入可以有效提高恢复数据的鉴别能力。然后,通过学习原始污损数据与恢复出的低秩数据之间的低秩投影矩阵,将受污损的测试样本投影到相应的低维子空间,以修正污损测试样本。最后,利用协同表示的分类方法(CRC)对修正后的测试样本进行分类,获取最终的识别结果。在Extended Yale B和AR数据库上的实验结果表明,本文方法对遮挡人脸识别具有更好的识别性能。     

一种新的低秩分块稀疏表示的人脸识别算法

针对 人脸图像中表情变化、遮挡、光照的问题,本文提出了一种新颖的基于低秩分块稀疏表示的 人脸识别算法。该算法采用了一种新的结构不相关的低秩矩阵恢复方法,同时采用离散余弦 变换方法联合处理人脸图像中遮挡、掩饰和光照的问题,对处理过的图片采用一种独特的重 叠分块方法,利用冗余信息有效地提高了算法的识别率。在分类阶段,利用Alignment pool ing的方法,有效地提高了识别速度。该算法在标准人脸数据库上进行了多次实验,实验结 果表明：与现有人脸识别算法相比,算法的识别准确率和计算效率都得到了一致提高。     

基于特征化字典的低秩表示人脸识别

针对现有低秩表示（LRR）算法中全局与局部人脸特征信息融合不足的问题,提出了一种新的人脸识别算法——基于特征化字典的低秩表示（LRR-CD）。首先,将每张人脸照片表示成一个个特征化字典的集合,然后同时最小化基于训练样本的低秩重构特征系数以及与之相对应的类内特征差异。为了获得高效且具有高判别性的人脸图像的特征块重构系数矩阵,提出了一种新的数学公式模型,通过同时求解训练样本中相对应的特征块以及对应的类内特征差异词典的低秩约束问题,尽可能完整地保留原始高维人脸图像中的全局和局部信息,尤其是局部类内差异特征。另外,由于对特征块中信息的充分挖掘,所提算法对于一般程度上的面部遮挡和光照等噪声影响具有良好的鲁棒性。在AR、CMU-PIE和Extended Yale B人脸数据库进行多项对比实验,由实验结果可知LRR-CD相较于对比的稀疏表示（SRC）、协从表示（CRC）、低秩表示正规切（LRR-NCUT）和低秩递归最小二乘（LRR-RLS）算法在平均识别率上有2.58~17.24个百分点的提高。实验结果表明LRR-CD性能优于与之对比的算法,可以更高效地用于人脸全局和局部特征信息的融合,且具有优良的识别率。     

基于低秩矩阵恢复与协同表征的人脸识别算法

针对人脸图像不完备的问题和人脸图像在不同视角、光照和噪声下所造成训练样本污损的问题,提出了一种快速的人脸识别算法--RPCA_CRC。首先,将人脸训练样本对应的矩阵D₀分解为类间低秩矩阵D和稀疏误差矩阵E;其次,以低秩矩阵D为基础,得到测试样本的协同表征;最后,通过重构误差进行分类。相对于基于稀疏表征的分类(SRC)方法,所提算法运行速度平均提高25倍;且在训练样本数不完备的情况下,识别率平均提升30%。实验证明该算法快速有效,识别率高。     

基于MCD稳健估计的PCA人脸识别算法

针对人脸识别中,识别效果易受人脸修饰、部分遮挡、噪声干扰等不确定因素影响的问题,提出一种MCDPCA人脸识别算法以改进识别效果。基于主成分分析（PCA）进行特征脸提取,结合最小协方差行列式方法（MCD）进行异常点检测和抗噪。针对人脸图像使用MCD算法,求出稳健的协方差矩阵估计,基于此协方差估计矩阵使用PCA技术提取重要的人脸特征用于识别。实验结果表明,在有遮挡和噪声干扰的情况下,相比传统PCA方法,该方法明显提高了人脸图像识别率。     

一种基于小波的人脸图像光照归一化算法

光照变化严重影响了人脸图像的外貌,这阻碍了人脸识别的过程。为了识别可变光照下的人脸图像,提出了一种基于小波的光照归一化算法,将一幅图像分解为低频成分和高频成分,对不同的频带成分进行不同的操作——对低频成分进行直方图均衡化,同时着重强调细节（高频成分）,将它乘以一个标量从而增强图像边缘;对修改后的系数进行逆小波变换就得到归一化后的图像。最后,直接使用PCA方法对单训练样本条件下的人脸进行识别,在AR和FERRET人脸库上的实验结果表明,提出的方法可以显著提高人脸识别系统的识别率。     

Fusing magnitude and phase features with multiple face models for robust face recognition

High accuracy face recognition is of great importance for a wide variety of real-world applications. Although significant progress has been made in the last decades, fully automatic face recognition systems have not yet approached the goal of surpassing the human vision system, even in controlled conditions. In this paper, we propose an approach for robust face recognition by fusing two complementary features: one is Gabor magnitude of multiple scales and orientations and the other is Fourier phase encoded by spatial pyramid based local phase quantization (SPLPQ). To reduce the high dimensionality of both features, block-wise fisher discriminant analysis (BFDA) is applied and further combined by score-level fusion. Moreover, inspired by the biological cognitive mechanism, multiple face models are exploited to further boost the robustness of the proposed approach. We evaluate the proposed approach on three challenging databases, i.e., FRGC ver2.0, LFW, and CFW-p, that address two face classification scenarios, i.e., verification and identification. Experimental results consistently exhibit the complementarity of the two features and the performance boost gained by the multiple face models. The proposed approach achieved approximately 96% verification rate when FAR was 0.1% on FRGC ver2.0 Exp.4, impressively surpassing all the best known results.     

基于改进的有监督保局投影人脸识别算法

为了充分利用样本的类别信息,提出了一种改进的有监督保局投影人脸识别算法。利用先验类标签信息重新构造传统保局投影算法中的权重矩阵,基于改进后的保局投影算法得到变换矩阵;用线性鉴别的思想筛选出变换矩阵中的最优基向量,构成最终的变换矩阵。把训练样本和测试样本投影到由最优基向量构成的子空间得到训练样本和测试样本的特征。采用最近邻分类器分类。在ORL和FERET人脸库上的测试结果表明,算法具有较好的识别性能。