基于形状参数回归的人脸对齐算法*

针对传统人脸对齐算法效率较低等问题,提出基于形状参数回归的人脸对齐算法.首先,采用人脸形状空间约束人脸,以低维形状参数刻画人脸形状.然后,在二级形状参数回归算法框架下,结合明确形状特征索引方法和多重随机特征选择方法,学习一系列形状参数回归量,最终刻画对齐的人脸形状.文中算法减少数据存储量,提高人脸对齐速度,在复杂人脸数据库上取得较好效果.此外,该算法能直接应用于手机、平板电脑等低端设备上.     

基于改进ASM的三维人脸自动对齐算法

针对传统三维人脸对齐算法需要大量人工操作和数据冗余的不足,提出一种基于改进主动形状模型的三维人脸自动对齐算法。该算法对二维人脸进行快速自动特征定位,根据三维人脸柱面展开的二维纹理图进行自动特征定位并分片。采用基于平面模板的重采样算法,自动实现三维人脸顶点稠密对齐。实验结果表明,该算法在提高运算速率的同时,得到的归一化结果与原始数据仍能保持99%形状相似度。     

基于双向门控尺度特征融合的遥感场景分类

针对遥感影像数据集的图像在形状、纹理和颜色上存在较大差别,以及因拍摄高度和角度不同存在的尺度差异导致遥感场景分类精度不高的问题,提出利用主动旋转聚合来融合不同尺度的特征,并通过双向门控提高底层特征与顶层特征互补性的特征融合补偿卷积神经网络（FAC-CNN）。该网络利用图像金字塔为原始图像生成不同尺度图像后将其输入到分支网络中来提取多尺度特征,并提出主动旋转聚合的方式来融合不同尺度的特征,使融合后的特征具有方向信息,从而提高模型对不同尺度输入以及不同旋转输入的泛化能力,实现模型分类精度的提升。FAC-CNN比基于VGGNet的注意循环卷积网络（ARCNet-VGGNet）和门控双向网络（GBNet）在西北工业大学遥感场景图像分类数据集（NWPU-RESISC）上准确率分别提升了2.05个百分点与2.69个百分点,在航空影像数据集（AID）上准确率分别提升了3.24个百分点与0.86个百分点。实验结果表明,FAC-CNN能有效解决遥感影像数据集存在的问题,提高遥感场景分类的精度。     

基于相对索引特征回归的人脸对齐算法

针对传统人脸对齐算法对于较大人脸姿态鲁棒性较差,并且对于人脸检测结果十分敏感的问题,提出了一种基于改进的局部二值特征的人脸对齐算法.不同于传统的形状索引特征,在一种空间依赖假设下的前提下设计相对索引特征.同时,在这种空间依赖假设下使用半全局线性学习替代全局线性学习.通过人脸对齐敏感性分析比较了算法在不同人脸检测器下的鲁棒性,在300-W基准数据集上的实验表明:算法优于传统的级联回归算法.     

面向单幅图像的逼真3D人脸重建方法EI北大核心CSCD

针对3DMM参数拟合方法生成的纹理过于粗糙、结果不够逼真的问题,提出一种基于深度学习的单幅图像逼真3D人脸重建方法.首先构建RP-Net回归网络和包含5万幅人脸图像的数据集,从输入图像中学习参数,并拟合人脸模型生成3D人脸几何;然后通过构造多层次的损失函数进行弱监督学习,包括低水平的像素损失、地标损失和高水平的身份损失;最后通过纹理映射的方式生成逼真的人脸纹理.在2个通用人脸数据集和1个人工生成的人脸数据集上与最近的3D人脸重建方法进行对比实验,并对影响重建的光照、表情和转向等因素进行实验,根据SSIM和PSNR对3D重建结果进行量化分析.实验结果表明,所提方法面向单幅图像可以生成准确的3D人脸形状和逼真的人脸纹理;与最近的3D人脸重建方法相比,该方法的训练时间和迭代次数分别降低了6%和13%,SSIM值增加0.005~0.010,PSNR值平均提高0.03~0.08 dB.     

多尺度和纹理特征增强的小尺寸人脸检测

针对现有人脸检测算法难以处理多尺度、多姿态的人脸检测,尤其是面对小尺寸时准确性低的问题,提出了多尺度和纹理特征增强的小尺寸人脸检测算法。该算法的多尺度增强模块能够丰富特征的多尺度信息,提高对多尺度人脸的检测能力;纹理特征增强模块能够通过融合低层的纹理信息提升高层语义的表达,从而加强对小尺寸人脸的检测能力;多阶段加权损失函数平衡网络的输出,充分发挥各个模块的增强作用。实验结果表明,该方法不仅在检测速度上可以达到实时,而且对MALF数据集中高度小于60像素的人脸检测精度可达88.69%;在FDDB数据集上相比目前的BBFCN算法精度提高近四个百分点。     

基于改进三维形变模型的三维人脸重建和密集人脸对齐方法

针对现在广泛使用的三维形变模型表达能力不够,导致重建出的三维人脸模型泛化性能不佳的问题,提出了一种在姿态、表情和光照未知的条件下的基于单张人脸图片的三维人脸重建和密集人脸对齐的新方法。首先,通过卷积神经网络对现有的三维形变模型进行改进,以提高三维人脸模型的表达能力;然后,基于人脸光滑性和图像相似性,在特征点和像素层面提出新的损失函数,并使用弱监督学习训练卷积神经网络模型;最后,通过训练出的网络模型进行三维人脸重建和密集人脸对齐。实验结果表明,对于三维人脸重建任务,所提模型在AFLW2000-3D上实现了2.25的归一化平均误差;对于密集人脸对齐任务,所提模型在AFLW2000-3D和AFLW-LFPA上分别实现了3.80和3.34的归一化平均误差。与原始使用三维形变模型的方法相比,所提模型在三维人脸重建和密集人脸对齐上的归一化平均误差分别降低了7.4%和7.8%。针对不同光照环境以及角度的人脸图片,该网络模型的重建准确,鲁棒性好,且具有较高的三维人脸重建和密集人脸对齐质量。     

基于多尺度Transformer融合多域信息的伪造人脸检测

当前,基于Deepfakes等深度伪造技术生成的“换脸”类伪造视频泛滥,给公民个人隐私和国家政治安全带来巨大威胁,为此,研究视频中深度伪造人脸检测技术具有重要意义。针对已有伪造人脸检测方法存在的面部特征提取不充分、泛化能力弱等不足,提出一种基于多尺度Transformer对多域信息进行融合的伪造人脸检测方法。基于多域特征融合的思路,同时从视频帧的频域与RGB域进行特征提取,提高模型的泛化性;联合EfficientNet和多尺度Transformer,设计多层级的特征提取网络以提取更精细的伪造特征。在开源数据集上的测试结果表明,相比已有方法,所提方法具有更好的检测效果;同时在跨数据集上的实验结果证明了所提模型具有较好的泛化性能。     

基于改进三维形变模型的三维人脸重建和密集人脸对齐方法

针对现在广泛使用的三维形变模型表达能力不够，导致重建出的三维人脸模型泛化性能不佳的问题，提出了一种在姿态、表情和光照未知的条件下的基于单张人脸图片的三维人脸重建和密集人脸对齐的新方法。首先，通过卷积神经网络对现有的三维形变模型进行改进，以提高三维人脸模型的表达能力；然后，基于人脸光滑性和图像相似性，在特征点和像素层面提出新的损失函数，并使用弱监督学习训练卷积神经网络模型；最后，通过训练出的网络模型进行三维人脸重建和密集人脸对齐。实验结果表明，对于三维人脸重建任务，所提模型在AFLW2000-3D上实现了2.25的归一化平均误差；对于密集人脸对齐任务，所提模型在AFLW2000-3D和AFLW-LFPA上分别实现了3.80和3.34的归一化平均误差。与原始使用三维形变模型的方法相比，所提模型在三维人脸重建和密集人脸对齐上的归一化平均误差分别降低了7.4%和7.8%。针对不同光照环境以及角度的人脸图片，该网络模型的重建准确，鲁棒性好，且具有较高的三维人脸重建和密集人脸对齐质量。     

基于三角剖分的人脸纹理映射

采用通用的三维人脸模型和任意的人脸纹理图像,基于Delaunay三角剖分,提出了一种灵活的3D人脸的纹理映射方法。该方法对人脸特征点集做三角剖分,在纹理图像和三维网格之间建立了一个准确的拓扑同构映射关系,从而得到高真实度的纹理映射。该算法不受网格调整精度的影响,同时适用于不同的纹理映射到同一三维人脸模型上。     

一种改进的人脸纹理映射方法

识别人脸图像优化问题,由于人脸纹理映射时容易出现的纹理扭曲和畸变现象,影响图像的真实性,提出一种改进的纹理图像映射方法。根据人脸特征点信息,利用特征块匹配法配准正侧面人脸图像,并使用加权平滑算法和金字塔方法对图像进行双重融合实现图像的平滑过渡;然后利用一种特殊的定位方法来计算三维人脸模型上顶点对应的纹理坐标;最后根据纹理坐标将纹理图像映射到三维特定人脸模型表面上,可得到具有真实感的三维人脸模型。实验结果表明,纹理合成方法简捷有效,纹理映射结果生动逼真,有效的避免了纹理图像的扭曲和畸变现象,具有较高的鲁棒性。     

级联回归的多姿态人脸配准

目的 人脸配准是当前计算机视觉领域的研究热点之一,其目的是准确定位出人脸图像中具有语义特征的面部关键点,这也是人脸识别、人脸美化等众多与人脸有关的视觉任务的重要步骤。最近,基于级联回归的人脸配准算法在配准精度和速度上都达到了最先进的水准。级联回归是一种迭代更新的算法,初始脸形将通过多个线性组合的弱回归器逐渐逼近真实的人脸形状。但目前的算法大多致力于改进学习方法或提取具有几何不变性的特征来提升弱回归器的能力,而忽略了初始脸形的质量,这极大的降低了它们在复杂场景下的配准精度,如夸张的面部表情和极端的头部姿态等。因此,在现有的级联回归框架上,提出自动估计初始形状的多姿态人脸配准算法。方法 本文算法首先在脸部区域提取基于高斯滤波一阶导数的梯度差值特征,并使用随机回归森林预测人脸形状;然后针对不同的形状使用独立的级联回归器。结果 验证初始形状估计算法的有效性,结果显示,本文的初始化算法能给现有的级联回归算法带来精度上的提升,同时结果也更加稳定;本文算法产生的初始形状都与实际脸型较为相近,只需很少的初始形状即可取得较高的精度;在COFW、HELEN和300W人脸数据库上,将本文提出的多姿态级联回归算法和现有配准算法进行对比实验,本文算法的配准误差相较现有算法分别下降了29.2%、13.3%和9.2%,结果表明,本文算法能有效消除不同脸型之间的干扰,在多姿态场景下得到更加精确的配准结果,并能达到实时的检测速度。结论 基于级联回归模型的多姿态人脸配准算法可以取得优于现有算法的结果,在应对复杂的脸形时也更加鲁棒。所提出的初始形状估计算法可以自动产生高质量的初始形状,用于提升现有的级联回归算法。     

使用人眼几何特征的视线追踪方法

目的 视线追踪是人机交互的辅助系统,针对传统的虹膜定位方法误判率高且耗时较长的问题,本文提出了一种基于人眼几何特征的视线追踪方法,以提高在2维环境下视线追踪的准确率。方法 首先通过人脸定位算法定位人脸位置,使用人脸特征点检测的特征点定位眼角点位置,通过眼角点计算出人眼的位置。直接使用虹膜中心定位算法的耗时较长,为了使虹膜中心定位的速度加快,先利用虹膜图片建立虹膜模板,然后利用虹膜模板检测出虹膜区域的位置,通过虹膜中心精定位算法定位虹膜中心的位置,最后提取出眼角点、虹膜中心点等信息,对点中包含的角度信息、距离信息进行提取,组合成眼动向量特征。使用神经网络模型进行分类,建立注视点映射关系,实现视线的追踪。通过图像的预处理对图像进行增强,之后提取到了相对的虹膜中心。提取到需要的特征点,建立相对稳定的几何特征代表眼动特征。结果 在普通的实验光照环境中,头部姿态固定的情况下,识别率最高达到98.9%,平均识别率达到95.74%。而当头部姿态在限制区域内发生变化时,仍能保持较高的识别率,平均识别率达到了90%以上。通过实验分析发现,在头部变化的限制区域内,本文方法具有良好的鲁棒性。结论 本文提出使用模板匹配与虹膜精定位相结合的方法来快速定位虹膜中心,利用神经网络来对视线落点进行映射,计算视线落点区域,实验证明本文方法具有较高的精度。     

基于密集模块与特征融合的SSD目标检测算法

通过对原SSD（Single Shot Multibox Detector）模型的研究与分析,针对其对小目标检测能力较弱的问题,提出了一种基于密集模块与特征融合操作的改进模型。该模型以Inception-ResNet-V2与DenseNet为基础,吸取了inception模块中稀疏连接与密集网络中密集连接的研究思路,将两种方法融合在一起,提出了Inception-Dense特征提取结构。在多尺度检测的部分,借鉴并改进了特征金字塔的特征融合模块来加强对中小目标的检测能力。根据改进模型及实验数据集的相关特性,对默认框的映射机制也进行了重新设定。结果表明：该方法在Kitti数据集上的平均测试精确度（mAP）为83.8%;识别率相比于原SSD模型的72.8%,提升了11个百分点。FPS方面也有接近38%的提升,从原来的39提升到了54。     

基于多尺度核特征卷积神经网络的实时人脸表情识别

针对人脸表情识别的泛化能力不足、稳定性差以及速度慢难以满足实时性要求的问题,提出了一种基于多尺度核特征卷积神经网络的实时人脸表情识别方法。首先,提出改进的MobileNet结合单发多盒检测器（MSSD）轻量化人脸检测网络,并利用核相关滤波（KCF）模型对检测到的人脸坐标信息进行跟踪来提高检测速度和稳定性;然后,使用三种不同尺度卷积核的线性瓶颈层构成三条支路,用通道合并的特征融合方式形成多尺度核卷积单元,利用其多样性特征来提高表情识别的精度;最后,为了提升模型泛化能力和防止过拟合,采用不同的线性变换方式进行数据增强来扩充数据集,并将FER-2013人脸表情数据集上训练得到的模型迁移到小样本CK+数据集上进行再训练。实验结果表明,所提方法在FER-2013数据集上的识别率达到73.0%,较Kaggle表情识别挑战赛冠军提高了1.8%,在CK+数据集上的识别率高达99.5%。对于640×480的视频,人脸检测速度达到每秒158帧,是主流人脸检测网络多任务级联卷积神经网络（MTCNN）的6.3倍,同时人脸检测和表情识别整体速度达到每秒78帧。因此所提方法能够实现快速精确的人脸表情识别。     

面向非受控场景的人脸图像正面化重建

目的 人脸正面化重建是当前视觉领域的热点问题。现有方法对于模型的训练数据具有较高的需求,如精确的输入输出图像配准、完备的人脸先验信息等。但该类数据采集成本较高,可应用的数据集规模较小,直接将现有方法应用于真实的非受控场景中往往难以取得理想表现。针对上述问题,提出了一种无图像配准和先验信息依赖的任意视角人脸图像正面化重建方法。方法 首先提出了一种具有双输入路径的人脸编码网络,分别用于学习输入人脸的视觉表征信息以及人脸的语义表征信息,两者联合构造出更加完备的人脸表征模型。随后建立了一种多类别表征融合的解码网络,通过以视觉表征为基础、以语义表征为引导的方式对两种表征信息进行融合,融合后的信息经过图像解码即可得到最终的正面化人脸图像重建结果。结果 首先在Multi-PIE(multi-pose, illumination and expression)数据集上与8种较先进方法进行了性能评估。定量和定性的实验结果表明,所提方法在客观指标以及视觉质量方面均优于对比方法。此外,相较于当前性能先进的基于光流的特征翘曲模型(flow-based feature warping model, FFWM)方...     

基于Candide-3模型的姿态表情人脸识别研究

针对姿态表情严重影响人脸识别准确率的问题,基于Candide-3模型的简化,提出了形状表情关键点拟合的人脸几何结构重建和基于三角网格模型的纹理映射的方法,该方法确定关键特征点,根据人脸的几何结构信息确定姿态角,提取Candide-3模型形状表情对应点,调整模型参数,进行几何结构重建;对几何结构中每个三角网格模型进行纹理影射,得到逼真的特定人脸模型.实验结果表明,该方法提高了人脸重建速度,达到减弱姿态表情对人脸识别影响的目的.     

一种端到端的人脸对齐方法

现有的人脸对齐方法多数是非端到端的,中间过程需要大量的人工干预,导致人脸关键点检测的稳定性较差。为此,提出一种端到端的基于深度学习的人脸对齐方法。基于MobileNets系列网络的子模块,使用类VGG结构的方式进行搭建,将整张图片作为输入,采用基于深度可分离卷积模块进行特征提取,并运用改进的倒残差结构避免网络训练过程的梯度消失,减少特征损失。在此基础上将眼间距离作为正规化方法,在300W人脸数据集上进行测试,结果表明,与CDM、DRMF等方法相比,该方法在保证较优精度的同时,具有良好的实时性。     

基于多通道图像深度学习的恶意代码检测

现有基于深度学习的恶意代码检测方法存在深层次特征提取能力偏弱、模型相对复杂、模型泛化能力不足等问题。同时,代码复用现象在同一类恶意样本中大量存在,而代码复用会导致代码的视觉特征相似,这种相似性可以被用来进行恶意代码检测。因此,提出一种基于多通道图像视觉特征和AlexNet神经网络的恶意代码检测方法。该方法首先将待检测的代码转化为多通道图像,然后利用AlexNet神经网络提取其彩色纹理特征并对这些特征进行分类从而检测出可能的恶意代码;同时通过综合运用多通道图像特征提取、局部响应归一化（LRN）等技术,在有效降低模型复杂度的基础上提升了模型的泛化能力。利用均衡处理后的Malimg数据集进行测试,结果显示该方法的平均分类准确率达到97.8%;相较于VGGNet方法在准确率上提升了1.8%,在检测效率上提升了60.2%。实验结果表明,多通道图像彩色纹理特征能较好地反映恶意代码的类别信息,AlexNet神经网络相对简单的结构能有效地提升检测效率,而局部响应归一化能提升模型的泛化能力与检测效果。