基于局部特征约束的压缩感知人脸识别算法研究

人脸识别是计算机模式识别领域中一个研究热点和难点。针对人脸识别中数据量大、高维度、非线性等问题,提出基于局部特征约束的压缩感知人脸识别方法.首先对人脸图像进行选择性约束处理,利用SIFT算法提取人脸图像中的局部特征,以此构成压缩感知算法中的测量矩阵,再利用压缩感知的重构算法计算特征的稀疏表示,在此基础上进行人脸识别。算法在AR人脸库上进行了抗干扰比对测试,实验结果验证了算法对光照、表情以及遮挡等干扰具有强的鲁棒性,局部特征的约束大大降低了特征点的数量,有效提高了人脸识别的正确率。     

基于局部特征约束的压缩感知人脸识别算法研究

人脸识别是计算机模式识别领域中一个研究热点和难点。针对人脸识别中数据量大、高维度、非线性等问题,提出基于局部特征约束的压缩感知人脸识别方法。首先对人脸图像进行选择性约束处理,利用SIFT算法提取人脸图像中的局部特征,以此构成压缩感知算法中的测量矩阵,再利用压缩感知的重构算法计算特征的稀疏表示,在此基础上进行人脸识别。算法在AR人脸库上进行了抗干扰比对测试,实验结果验证了算法对光照、表情以及遮挡等干扰具有强的鲁棒性,局部特征的约束大大降低了特征点的数量,有效提高了人脸识别的正确率。     

基于Radon变换的人脸识别

针对目前大部分的人脸识别算法不能同时克服光照、表情、遮挡等复杂条件干扰的问题,提出一种基于Radon变换的人脸识别算法。该算法首先采用一种光照归一化算法对人脸图像进行预处理,然后采用Radon变换提取人脸的不变特征,最后采用二维最近邻分类器进行人脸识别。通过在AR人脸库的人脸识别实验,说明了该算法对多种复杂条件下的人脸识别具有一定的鲁棒性和普适性。     

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Curvelet变换特征的人脸识别算法

针对小波变换无法准确表达二维奇异曲线的弱点,提出基于曲波(Curvelet)变换特征的人脸识别算法。Curvelet变换可以很好地去逼近奇异曲线,对于人脸图像能实现最优的稀疏表示。该算法采用基于Wrapping的离散Curvelet变换加权算法对训练集的人脸图像进行特征提取生成特征矩阵,再通过PCA方法降低维数后结合稀疏表示分类算法(SRC)进行人脸识别。通过在ORL、Yale和AR三个人脸数据库上的仿真实验以及和基于小波变换类识别算法、LDA算法和SRC算法等比较,实验结果表明该算法在人脸遮挡、姿态变换、表情变换和光照变换等干扰因素的作用下具有较高的人脸识别率和较好的鲁棒性。     

结合小波变换和稀疏表征的鲁棒人脸识别

在人脸识别中,如何消除光照、表情、遮挡等不利因素的影响,提高识别的鲁棒性是当前急需解决的热点研究问题。本文提出了一种基于小波变换和稀疏表征的鲁棒人脸识别方法,首先对人脸图像进行小波变换,将变换得到的4个子带LL、LH、HL、HH作为基函数构成字典;然后将测试图像的LL子带在字典上稀疏分解;最后依据重构残差最小原则进行分类识别。在Yale人脸库上的实验结果表明该方法性能优于对比方法。     

一种新融合算法的维吾尔族人脸识别

针对维吾尔族人脸在光照以及部分遮挡下的辨识率下降和鲁棒性差的问题,提出了二维离散余弦变换（2DDCT）与方向边缘幅值模式（POEM）相融合的维吾尔族人脸识别算法。首先,把维吾尔族人脸图像分块处理,并使用2DDCT把其分块后的维吾尔族人脸图像转换为频域状态;其次,压缩维吾尔族人脸图像以排除维吾尔族人脸图像中无用信息,即中频部分与非低频部分,并进行二维离散余弦逆变换（IDCT）得到重构的维吾尔族人脸图像;然后,经POEM计算维吾尔族人脸图像的特征量得到其相应的POEM直方图并把直方图级联在一起,作为该中心特征点的POEM纹理直方图,得到维吾尔族人脸特征点的纹理特征信息;最后,采用深度学习算法进行分类识别。本文通过实验提出的算法,在自建的维吾尔族人脸库中能够进一步提高其人脸识别率,在维吾尔族人脸数据库中其运算速度也有很大提高。实验结果表明,该算法尤其是在维吾尔族人脸数据库中拥有较好的识别精度,具有很强的鲁棒性,特别是在光照以及部分遮挡下具有很强的优势。     

基于形变模型的红外人脸鲁棒识别*

针对人脸识别中的光照、表情和遮挡变化三大难题,引进热红外人脸克服光照变化,并且采用融合局部形变模型的人脸分类方法克服表情和遮挡变化。该方法将热红外测试人脸看成人脸库的线性组合,并用形变模型表示,通过 最小优化求解组合系数,根据系数的稀疏性进行人脸识别。为了进一步提高算法的鲁棒性,采用人脸分片加权的策略。在Equinox人脸库上通过大量实验表明：基于红外光的人脸识别性能明显高于可见光对光照变化的影响;融合局部形变模型的人脸识别方法可以有效地提高识别率且克服红外人脸识别中的眼镜干扰与表情变化问题。     

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...     

基于分类稀疏表示的人脸表情识别

为挖掘不同人脸表情图像的统计特性差异,提出一种基于分类稀疏表示的表情识别算法。首先通过对不同类别表情图像的字典学习,构建满足各类表情图像统计特性的基函数子集,进而采用Lasso算法获得表情图像在由基函数集所张成特征子空间中的稀疏表示,最后通过比较表情图像在各基函数子集上的重构误差实现不同表情的分类识别。基于JAFFE人脸表情数据库的实验结果表明,该算法可以有效克服人脸身份对表情识别的影响,具有较高的表情识别率和鲁棒性。     

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。     

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。     

基于Gabor特征与投影字典对学习的人脸识别算法

为了提高人脸的识别率及其识别速度,提出了一种基于Gabor特征与投影字典对学习的人脸识别算法。由于Gabor特征对表情、光照和角度等变化具有较强的鲁棒性,首先提取人脸图像多方向多尺度的Gabor局部特征,并将经主成分分析降维后的增广Gabor特征作为训练数据,代替原始的训练样本。然后,根据训练数据同时学习综合字典与分析字典,综合字典具有重构能力,分析字典可以快速求出系数矩阵。最后,根据各类别的重构误差进行分类,以达到人脸识别的目的。在扩展的YaleB、ORL和AR人脸数据库上的实验结果表明,提出的算法不仅具有较高的识别率,而且能够有效地提高识别速度。     

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。     

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.     

基于小波和DFB-PCA的人脸识别算法研究

本文提出了一种基于小波和DFB-PCA的人脸识别算法。将识别图像先用小波变换对其分解后,再对低频子带进行DFB-PCA识别。实验结果表明,该方法有利于减少光照、姿势和表情等因素的影响,降低噪声和图像识别的维数,且具有较好的鲁棒性。与直接在原图像上采用PCA识别相比,可提高对图像的计算速度和识别效率。     

基于二进小波变换和仿生模式识别的人脸识别

针对人脸图像易受光线和表情影响的特点,提出了一种基于二进小波变换和仿生模式识别的人脸识别方法。应用样条二进小波对人脸图像进行处理,对得到的细节子图进行融合。在FFT和PCA处理与降维后,用仿生模式识别进行学习和识别。实验结果表明,该方法比传统方法具有更高的识别率。     

基于Gabor小波特征的多姿态人脸图像识别

多姿态人脸识别在很多领域具有重要的应用价值。基于多姿态人脸图像及Gabor小波特点选取离散化参数,对人脸图像进行Gabor小波变换;然后采用两步降维法对变换系数进行降维,基于降维后的Gabor特征表示实现人脸识别。实验将互不相交的两个样本集依次作为训练集和测试集,验证了该方法在人脸识别中对于不同姿态和表情的有效性及鲁棒性。