动态人脸关键点检测与算法

《动态实时人脸识别系统中人脸关键点检测机制与算法研究》

摘要：

当今计算机图像识别领域中，人脸识别技术具有深远的社会意义和巨大的经济价值，在生物识别、身份鉴定、人机互动等方面的价值尤为突出。人脸关键点检测机制与算法是动态主动式人脸识别系统中的一项关键的支撑技术。目前流行的各种人脸检测与识别算法着重对静态或受约束目标的提取与检测。这类技术在检测时，仅能提取基于一张或多张图像中的静态信息来分析，因此目标人物需要保持静态或者处于极低运动速度才能得到较为满意的实施效果。由于各种限制，长期以来传统人脸识别技术得不到广泛推广。

本研究专注于动态实时人脸关键点的检测、提取与识别。为提高检测精度、速度和效果，本研究拟通过对视频中的每帧图像进行动态检测（dynamic detection）与连续跟踪（continuous tracking），结合单帧图像的人脸关键点检测手段，生成在高维度图像信息空间中的弹性人脸特征提取网，并综合运用复杂运动估计理论（complex motion estimation algorithm）设计相应的匹配机制，从而能够在运动、角度、光照、遮挡和环境等复杂条件下，从不同层面降低时间空间信息的复杂度，提高系统的鲁棒性，实现动态实时扑捉视频中的脸部特征的功能。

最后，本研究将集成阶段性科研成果，设计一种结合人脸识别技术特点及工程应用背景的动态实时人脸关键点检测机制及其实现算法，并对算法的性能进行分析和评价。

基于HOG特征和梯度提升决策树算法的人脸关键点检测技术研究

目录 摘要 ........................................................................................................................... I ABSTRACT............................................................................................................... III 1 绪论.. (1) 1.1 研究背景及意义 (1) 1.2 国内外研究现状 (2) 1.3 本文研究内容 (4) 1.4 本文结构安排 (4) 2 相关工作 (7) 2.1 引言 (7) 2.2 主动形状模型 (8) 2.2.1 ASM简介 (8) 2.2.2 ASM模型训练 (8) 2.2.3 ASM搜索 (11) 2.3 随机森林 (13) 2.3.1 引言 (13) 2.3.2 随机森林的生成步骤 (13) 2.3.3 随机森林算法 (14) 2.3.4 随机森林的应用 (15) 2.4 梯度提升决策树 (16) 2.4.1决策树 (16) 2.4.2梯度提升 (17) 2.4.3 Shrinkage (19) 2.4.4 GBDT的优点 (19) 2.5 图像特征 (19) 2.5.1 HOG特征 (20) 2.5.2 LBP特征 (21) 2.5.3 Gabor特征 (22) 2.6 人脸数据集 (23) 2.6.1 BioID数据集 (23) 2.6.2 LFW数据集 (23) 2.6.3 LFPW数据集 (24) 2.7 小结 (25) 3多种图像特征的大规模实验对比 (27) 3.1 引言 (27) 3.2 设计实验 (28) 3.2.1 特征类别 (28) 3.2.2 实验数据 (28) 3.2.3 实验步骤 (28) 3.3 实验结果分析 (29) 1

人脸识别过程和相关算法(2013)

人 脸 识 别 过 程 图1 人脸识别流程图 1． 人脸的检测和定位：检测图中有没有人脸，将人脸从背景中分割出来，获 取人脸或人脸上的某些器官在图像上的位置。 2． 特征提取：提取特征点，构造特征矢量；多个样本图像的空间序列训练出 一个模型，它的参数就是特征值；模版匹配法用相关系数做特征；而大部分神经网络方法则直接使用归一化后的灰度图像作为输入，网络的输出就是识别结果，没有专门的特征提取过程。 3． 识别：将带识别的图像或特征与人脸数据库里的特征进行匹配，进而将给 出的人脸图像与数据库中的某一个人脸图像及其名字，相关性对应起来。 人脸检测方法 基于知识的方法 a) 优点：规则简单。 视频捕获图像预处理人脸检测人脸特征提取人脸识别人脸数据库比对

b)缺点：难以将人类知识转化为明确的规则。 基于特征的方法 c)优点：可以依据面部器官的几何关系进行人脸检测。 d)缺点：光照、噪声和遮挡可能使得人脸的边界特征被弱化，从而使得算 法难以使用。 基于模版匹配的方法 e)优点：简单高效。 f)缺点：难以应对各种不同的成像条件；关于人脸模式和非人脸模式不存 在一个清晰的、明确的界限。 基于外观的方法 g)优点：通过大量的样本训练使得人脸识别的精确度高。 h)缺点：算法复杂。 基于肤色的系统 i)优点：不受人脸姿态变化的影响。 j)缺点：受光照等外在因素影响较大。

人脸识别方法 基于几何特征的识别方法 a)优点： i.符合人类识别人脸的机理，易于理解。 ii.对每幅图像只需存储一个特征矢量，存储量小。 iii.对光照变化不太敏感。 b)缺点： i.从图像中抽取稳定的几何特征比较困难，特别是特征受到遮挡时。 ii.对强烈的表情变化和姿态变化的鲁棒性较差。 iii.一般几何特征只描述了部件的基本形状与结构关系，忽略了局部细微特征，造成部分信息丢失，该方法比较适合于人脸图像粗分类。基于统计的识别方法：隐马尔可夫法 c)优点：人脸识别率高。 d)缺点：算法实现复杂。 基于连接机制的方法 e)优点： i.能够根据有代表性的样本自我学习，具有鲁棒性和自适应性。 ii.以并行的方式处理信息，配以硬件实现，可以显著地提高速度。 f)缺点：算法实现复杂。

人脸检测算法原理及OPENCV人脸检测程序分析

人脸检测算法原理及OpenCV 人脸检测程序分析 罗海风 2011-3-30 人脸检测研究背景：人脸检测 基于肤色特征基于灰度特征 启发模型统计模型 肤色区域分割方法人脸模板方法等特征空间方法PCA 、fisherfaces 方法等ANN SVM 概率模型方法 贝叶斯概率模型HMM 集成机器学习 以上所列方法中，基于统计模型的方法是目前比较流行的方法[1]，具有较大的优越性。其优点有： 1.不依赖于人脸的先验知识和参数模型，可以避免不精确或不完整的知识造成的错误； 2.采用实例学习的方法获取模型的参数，统计意义上更加可靠； 3.通过增加学习的实例可以扩种检测模式范围，提高鲁棒性。 在统计模型方法中，2001年左右由Viola 和Jones 提出的基于集成机器学习的人脸检测算法相对于其他方法具有明显优势[123]。近期文献也表明目前尚未发现优于Viola &Jones 方法的其他人脸检测方法[4]。该方法不仅检测精度高，最关键的是其运算速度大大快于其他方法。Viola &Jones 人脸检测方法原理： 该方法中几个关键性概念[5]： 1.Haar-like 特征 Haar-like 型特征是Viola 等人提出的一种简单矩形特征，因为类似Haar 小波而得名。Haar

型特征的定义是黑色矩形和白色矩形在图像子窗口中对应的区域的权重灰度级总和之差。上图显示了两种最简单的特征算子。在上述图中，可以看到，在人脸特定结构处，算子计算得到较大的值。 2.积分图 算子数量庞大时上述计算量显得太大，Viola等人发明了积分图方法，使得计算速度大大加快。积分图如上所示，点1处的值为A区域的像素积分，点2处的值为AB区域的像素积分。对整张图片进行一次积分操作，便可以方便的计算出任一区域D像素积分值为4+1-2-3。 3.Adaboost训练算法 在离散Adaboost算法中，Haar-like特征算子计算结果减去某阈值，便可视为一个人脸检测器。因为其准确率不高，称为弱分类器。Adaboost算法的循环中，首先利用各种弱分类器对训练图片库进行分类，准确度最高的弱分类器保留下来，同时提高判断错误的图片的权重，进入下一循环。最终将每次循环所保留的弱分类器组合起来，成为一个准确的人脸检测器，称为强分类器。具体计算流程见[35]。 4.瀑布型级联检测器 瀑布型级联检测器是针对人脸检测速度问题提出的一种检测结构。瀑布的每一层是一个由adaboost算法训练得到的强分类器。设置每层的阈值，是的大多数人脸能够通过，在此基础上尽量抛弃反例。位置越靠后的层越复杂，具有越强的分类能力。 这样的检测器结构就想一系列筛孔大小递减的筛子，每一步都能筛除一些前面筛子楼下的反例，最终通过所有筛子的样本被接受为人脸。瀑布型检测器训练算法见[3]。 OpenCV人脸检测程序流程[6]： OpenCV的人脸检测程序采用了Viola&Jones人脸检测方法，主要是调用训练好的瀑布级联分类器cascade来进行模式匹配。 cvHaarDetectObjects，先将图像灰度化，根据传入参数判断是否进行canny边缘处理(默认不

人脸识别介绍

人脸识别技术是生物识别技术的一种，它结合了图像处理、计算机图形学、模式识别、可视化技术、人体生理学、认知科学和心理学等多个研究领域。从二十世纪六十年代末至今，人脸识别算法技术的发展共经历了如下四个阶段： 1. 基于简单背景的人脸识别 这是人脸识别研究的初级阶段。通常利用人脸器官的局部特征来描述人脸。但由于人脸器官没有显著的边缘且易受到表情的影响，因此它仅限于正面人脸（变形较小）的识别。 2. 基于多姿态/表情的人脸识别 这是人脸识别研究的发展阶段。探索能够在一定程度上适应人脸的姿态和表情变化的识别方法，以满足人脸识别技术在实际应用中的客观需求。 3. 动态跟踪人脸识别 这是人脸识别研究的实用化阶段。通过采集视频序列来获得比静态图像更丰富的信息，达到较好的识别效果，同时适应更广阔的应用需求。 4. 三维人脸识别 为了获得更多的特征信息，直接利用二维人脸图像合成三维人脸模型进行识别，即将成为该领域的一个主要研究方向。 人脸识别技术的研究范围主要包括以下几个方面： 1. 人脸检测：在输入的图像中寻找人脸区域。 2. 人脸的规范化：校正人脸在尺度、光照和旋转等方面的变化。 3. 特征提取：从人脸图像中映射提取一组能反映人脸特征的数值表示样本。 4. 特征匹配：将待识别人脸与数据库中的已知人脸比较，得出相关信息。 人脸识别流程 1图像预处理 1.1 图像去噪 一般来说，自然界中的噪声可以看成是一种随机信号。根据图像获取的途径人脸图像获取 人脸检测 定位人脸区域 预处理 特征抽取 人脸特征 对比识别 结果 人脸特征库

不同，噪声的融入也有多种方式： 1. 图像是直接以数字形式获取的，那么图像数据的获取机制会不可避免地 引入噪声信号； 2. 在图像采集过程中，物体和采集装置的相对运动。或采集装置的抖动， 也会引入噪声，使图像变的模糊不清； 3. 在图像数据的电子传输过程中，也不同程度的引入噪声信号。 这些噪声信号的存在，严重的情况会直接导致整幅图像的不清晰，图象中的景物和背景的混乱。对于用于人脸识别的图像。由于噪声的引入，将不可避免地造成识别率的下降。对图像噪声的消除可以通过两个途径：空间域滤波或频率域滤波。消除噪声的方法很多，对于不同的噪声应该采用不同的除噪方法。主要的方法是：线性滤波、中值滤波、维纳滤波以及小波去噪等。 1.2 增强对比度 为了使人脸在图像中更为突出以便于下一步的特征提取，增强图像对比度是很有必要的。增强对比度有很多种方法，常见的有直方图均衡化和“S ”形变换等方法。 “S ”形变换方法将灰度值处于某一范围（人脸特征范围）内的像素灰度分布差距拉开，从而保证了对比度的提高，但此方法降低了其他灰度值的对比度。而直方图均衡化则是将像素的灰度分布尽量展开在所有可能的灰度取值上，这样的方法同样能使得图像的对比度提高。 将彩色图像转化成灰度图像是人脸识别方法中常见的处理过程，虽然转化过程丢失了一部分色彩信息，但是灰度图像拥有更小的存储空间和更快的计算速度。文献[1]给出了一种能够将RGB 色彩转换成灰度级且适于突出人脸区域对比度的转换模型：()5.0144.0587.0299.0,+?+?+?=b g r y x f ；其中f 代表灰度值，r ,g ,b 分别表示Red,Green,Blue 分量的值。 文献[2]通过将人脸彩色图像从RGB 色彩空间转换到RIQ 色彩空间，得到了更适于频谱分析的特征分量。

【CN109919097A】基于多任务学习的人脸和关键点联合检测系统、方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910175223.4 (22)申请日 2019.03.08 (71)申请人 中国科学院自动化研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村东路95 号 (72)发明人 雷震　庄楚斌　张士峰　朱翔昱　 (74)专利代理机构 北京市恒有知识产权代理事 务所(普通合伙) 11576 代理人 郭文浩　尹文会 (51)Int.Cl. G06K 9/00(2006.01) G06K 9/62(2006.01) (54)发明名称基于多任务学习的人脸和关键点联合检测系统、方法(57)摘要本发明属于图像处理与模式识别技术领域，具体涉及一种基于多任务学习的人脸和关键点联合检测系统、方法，旨在为了解决人脸和关键点联合检测的问题。本发明系统包括人脸检测模块、特征融合模块、多任务检测模块；所述人脸检测模块基于单步法检测模型构建的轻型网络结构，用于对输入待检测图像进行人脸检测；所述特征融合模块，用于对所述人脸检测模块中三个网络分支的人脸检测输出进行特征融合；所述多任务检测模块用于将所述特征融合模块输出的融合后的特征图映射到三个不同的特征子空间，分别进行分类、人脸框回归、关键点回归。本发明能同步进行人脸和关键点检测两个任务，提升了检测速度的同时， 保证了较高的精度。权利要求书3页 说明书10页 附图2页CN 109919097 A 2019.06.21 C N 109919097 A

1.一种基于多任务学习的人脸和关键点联合检测系统，其特征在于，该系统包括人脸检测模块、特征融合模块、多任务检测模块； 所述人脸检测模块基于单步法检测模型构建的轻型网络结构，用于对输入待检测图像进行人脸检测； 所述特征融合模块，用于对所述人脸检测模块中三个网络分支的人脸检测输出进行特征融合； 所述多任务检测模块用于将所述特征融合模块输出的融合后的特征图映射到三个不同的特征子空间，分别进行分类、人脸框回归、关键点回归。 2.根据权利要求1所述的基于多任务学习的人脸和关键点联合检测系统，其特征在于，所述特征融合模块中“对所述人脸检测模块中三个网络分支的人脸检测输出进行特征融合”，其方法为： 对三个网络分支的人脸检测输出的特征图以自上至下的方式进行融合，在融合过程中采用双线性插值对特征图进行放大处理，并在特征图融合之前，使用了卷积核大小为1×1的卷积层将特征图的通道数进行缩减。 3.根据权利要求1所述的基于多任务学习的人脸和关键点联合检测系统，其特征在于，所述多任务检测模块中，采用关键点锚点框同时对人脸框和关键点的位置进行回归；所述关键点锚点框依据预设宽高比进行设计，并以所述人脸检测模块中人脸检测输出的三个网络分支的网络层为锚点框关联层。 4.根据权利要求3所述的基于多任务学习的人脸和关键点联合检测系统，其特征在于，所述关键点锚点框的预设宽高比为预设训练数据中人脸标注框的宽高比平均值。 5.根据权利要求3所述的基于多任务学习的人脸和关键点联合检测系统，其特征在于，所述关键点锚点框设置有5个关键点初始回归点LE、RE、NT、LM、RM，分别用于对人脸的左眼、右眼、鼻尖、左嘴角、右嘴角的位置进行回归计算。 6.根据权利要求3所述的基于多任务学习的人脸和关键点联合检测系统，其特征在于，该系统优化训练所采用的多任务损失函数L(p，x， y)为 其中，i是锚点框的标号；p i 是i号锚点框被预测是人脸的概率；为训练标注，锚点框是正样本时训练标注是1，锚点框是负样本时训练标注是0； 分类函数 为二分类softmax损失函数； 检测窗口回归函数 和关键点回归函数均为smooth L1损失函数； 表示检测窗口回归函数只对正样本锚点框进行计算； 表示关键点损失函数值只针对于具有关键点标注信息的正样本锚点框，其 中训练数据为关键点检测数据集时q i 为1，训练数据为人脸检测数据集时q i 为0；N cls 为正负样本锚点框总和，N box 为正样本锚点框数，N lan 为正样本锚点框中存在关键点标注的数目； 权　利　要　求　书1/3页2CN 109919097 A

人脸识别主要算法原理

人脸识别主要算法原理 主流的技术基本上可以归结为三类，即：基于几何特征的方法、基于模板的方法和基于模型的方法。 1. 基于几何特征的方法是最早、最传统的方法，通常需要和其他结合才能有比较好的效果； 2. 基于模板的方法可以分为基于相关匹配的方法、特征脸方法、线性判别分析方法、奇异值分解方法、神经网络方法、动态连接匹配方法等。 3. 基于模型的方法则有基于隐马尔柯夫模型，主动形状模型和主动外观模型的方法等。 1. 基于几何特征的方法 人脸由眼睛、鼻子、嘴巴、下巴等部件构成，正因为这些部件的形状、大小和结构上的各种差异才使得世界上每个人脸千差万别，因此对这些部件的形状和结构关系的几何描述，可以做为人脸识别的重要特征。几何特征最早是用于人脸侧面轮廓的描述与识别，首先根据侧面轮廓曲线确定若干显著点，并由这些显著点导出一组用于识别的特征度量如距离、角度等。Jia 等由正面灰度图中线附近的积分投影模拟侧面轮廓图是一种很有新意的方法。 采用几何特征进行正面人脸识别一般是通过提取人眼、口、鼻等重要特征点的位置和眼睛等重要器官的几何形状作为分类特征,但Roder对几何特征提取的精确性进行了实验性的研究，结果不容乐观。

可变形模板法可以视为几何特征方法的一种改进，其基本思想是:设计一个参数可调的器官模型(即可变形模板),定义一个能量函数，通过调整模型参数使能量函数最小化，此时的模型参数即做为该器官的几何特征。 这种方法思想很好，但是存在两个问题，一是能量函数中各种代价的加权系数只能由经验确定，难以推广，二是能量函数优化过程十分耗时，难以实际应用。基于参数的人脸表示可以实现对人脸显著特征的一个高效描述，但它需要大量的前处理和精细的参数选择。同时，采用一般几何特征只描述了部件的基本形状与结构关系，忽略了局部细微特征，造成部分信息的丢失，更适合于做粗分类，而且目前已有的特征点检测技术在精确率上还远不能满足要求，计算量也较大。 2. 局部特征分析方法（Local Face Analysis） 主元子空间的表示是紧凑的，特征维数大大降低，但它是非局部化的，其核函数的支集扩展在整个坐标空间中，同时它是非拓扑的，某个轴投影后临近的点与原图像空间中点的临近性没有任何关系，而局部性和拓扑性对模式分析和分割是理想的特性，似乎这更符合神经信息处理的机制，因此寻找具有这种特性的表达十分重要。基于这种考虑，Atick提出基于局部特征的人脸特征提取与识别方法。这种方法在实际应用取得了很好的效果，它构成了FaceIt人脸识别软件的基础。 3. 特征脸方法（Eigenface或PCA）

基于matlab的人脸识别算法(PCA)

3.基于matlab的人脸识别算法 3.1 问题描述 对于一幅图像可以看作一个由像素值组成的矩阵，也可以扩展开，看成一个矢量，如一幅 N*N 象素的图像可以视为长度为N2 的矢量，这样就认为这幅图像是位于N2 维空间中的一个点，这种图像的矢量表示就是原始的图像空间，但是这个空间仅是可以表示或者检测图像的许多个空间中的一个。不管子空间的具体形式如何，这种方法用于图像识别的基本思想都是一样的，首先选择一个合适的子空间，图像将被投影到这个子空间上，然后利用对图像的这种投影间的某种度量来确定图像间的相似度，最常见的就是各种距离度量。因此，本次试题采用PCA算法并利用GUI实现。 对同一个体进行多项观察时，必定涉及多个随机变量X1，X2，…，Xp，它们都是的相关性, 一时难以综合。这时就需要借助主成分分析来概括诸多信息的主要方面。我们希望有一个或几个较好的综合指标来概括信息，而且希望综合指标互相独立地各代表某一方面的性质。 任何一个度量指标的好坏除了可靠、真实之外，还必须能充分反映个体间的变异。如果有一项指标，不同个体的取值都大同小异，那么该指标不能用来区分不同的个体。由这一点来看，一项指标在个体间的变异越大越好。因此我们把“变异大”作为“好”的标准来寻求综合指标。3.1.1 主成分的一般定义 设有随机变量X1，X2，…，Xp，其样本均数记为，，…，，样本标准差记为S1，S2，…，Sp。首先作标准化变换，我们有如下的定义： (1) 若C1=a11x1+a12x2+ … +a1pxp，…，且使 Var(C1)最大，则称C1为第一主成分； (2) 若C2=a21x1+a22x2+…+a2pxp，…，(a21，a22，…，a2p)垂直于(a11，a12，…，a1p)，且使Var(C2)最大，则称C2为第二主成分； (3) 类似地，可有第三、四、五…主成分，至多有p个。 3.1.2 主成分的性质 主成分C1，C2，…，Cp具有如下几个性质： （1) 主成分间互不相关，即对任意i和j，Ci 和Cj的相关系数 Corr(Ci，Cj)=0 i j (2) 组合系数(ai1，ai2，…，aip)构成的向量为单位向量， (3) 各主成分的方差是依次递减的，即 Var(C1)≥Var(C2)≥…≥Var(Cp)

人脸识别几种解决方案的对比_人脸识别技术原理介绍

人脸识别几种解决方案的对比_人脸识别技术原理介绍 人脸识别概要人脸识别，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部的一系列相关技术，通常也叫做人像识别、面部识别。人脸识别特点非强制性：用户不需要专门配合人脸采集设备，几乎可以在无意识的状态下就可获取人脸图像，这样的取样方式没有强制性； 非接触性：用户不需要和设备直接接触就能获取人脸图像； 并发性：在实际应用场景下可以进行多个人脸的分拣、判断及识别； 除此之外，还符合视觉特性：以貌识人的特性，以及操作简单、结果直观、隐蔽性好等特点。 人脸识别技术原理分析人脸识别主要分为人脸检测（face detecTIon）、特征提取（feature extracTIon）和人脸识别（face recogniTIon）三个过程。 人脸检测：人脸检测是指从输入图像中检测并提取人脸图像，通常采用haar特征和Adaboost算法训练级联分类器对图像中的每一块进行分类。如果某一矩形区域通过了级联分类器，则被判别为人脸图像。 特征提取：特征提取是指通过一些数字来表征人脸信息，这些数字就是我们要提取的特征。常见的人脸特征分为两类，一类是几何特征，另一类是表征特征。几何特征是指眼睛、鼻子和嘴等面部特征之间的几何关系，如距离、面积和角度等。由于算法利用了一些直观的特征，计算量小。 不过，由于其所需的特征点不能精确选择，限制了它的应用范围。另外，当光照变化、人脸有外物遮挡、面部表情变化时，特征变化较大。所以说，这类算法只适合于人脸图像的粗略识别，无法在实际中应用。 表征特征利用人脸图像的灰度信息，通过一些算法提取全局或局部特征。其中比较常用的特征提取算法是LBP算法。LBP方法首先将图像分成若干区域，在每个区域的像素640x960邻域中用中心值作阈值化，将结果看成是二进制数。

基于eigenfaces的人脸识别算法实现大学论文

河北农业大学 本科毕业论文(设计) 题目：基于Eigenfaces的人脸识别算法实现 摘要 随着科技的快速发展,视频监控技术在我们生活中有着越来越丰富的应用。在这些视频监控领域迫切需要一种远距离，非配合状态下的快速身份识别，以求能够快速识别所需要的人员信息，提前智能预警。人脸识别无疑是最佳的选择。可以通过人脸检测从视频监控中快速提取人脸，并与人脸数据库对比从而快速识别身份。这项技术可以广泛应用于国防，社会安全，银行电子商务，行政办公，还有家庭安全防务等多领域。 本文按照完整人脸识别流程来分析基于PCA(Principal Component Analysis)的人脸识 别算法实现的性能。首先使用常用的人脸图像的获取方法获取人脸图像。本文为了更好的分析基于PCA人脸识别系统的性能选用了ORL人脸数据库。然后对人脸数据库的图像进行了简单的预处理。由于ORL人脸图像质量较好，所以本文中只使用灰度处理。接着使用PCA提取人脸特征，使用奇异值分解定理计算协方差矩阵的特征值和特征向量以及使用最近邻法分类器欧几里得距离来进行人脸判别分类。 关键词:人脸识别PCA算法奇异值分解定理欧几里得距离

ABSTRACT With the rapid development of technology, video surveillance technology has become increasingly diverse applications in our lives. In these video surveillance urgent need for a long-range, with rapid identification of non-state, in order to be able to quickly identify people the information they need, advance intelligence warning. Face recognition is undoubtedly the best choice. Face detection can quickly extract human faces from video surveillance, and contrast with the face database to quickly identify identity. This technology can be widely used in national defense, social security, bank e-commerce, administrative offices, as well as home security and defense and other areas. In accordance with the full recognition process to analyze the performance of PCA-based face recognition algorithm. The first to use the method of access to commonly used face images for face images. In order to better analysis is based on the performance of the PCA face recognition system selected ORL face database. Then the image face database for a simple pretreatment. Because ORL face image quality is better, so this article uses only gray scale processing. Then use the PCA for face feature extraction using singular value decomposition theorem to calculate the covariance matrix of the eigenvalues and eigenvectors, and use the Euclidean distance of the nearest neighbor classifier to the classification of human face discrimination. KEYWORDS: face recognition PCA algorithm SVD Euclidean distance

人脸识别技术研究背景与方法

人脸识别技术研究背景与方法 1人脸识别技术研究背景 .................................................................................... 错误!未定义书签。 1.1人脸检测技术概述 ................................................................................. 错误!未定义书签。 1.2人脸检测的研究内容 ............................................................................. 错误!未定义书签。 2 人脸检测方法 ................................................................................................... 错误!未定义书签。 2.1基于知识的方法 ..................................................................................... 错误!未定义书签。 2.2基于特征的方法 ..................................................................................... 错误!未定义书签。 2.3模板匹配 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 2.4基于外观的方法 ..................................................................................... 错误!未定义书签。 2.5 其他方法 ................................................................................................ 错误!未定义书签。 2.6人脸检测方法评析 ................................................................................. 错误!未定义书签。1人脸识别技术研究背景 在计算机及网络技术高速发展的现代社会中，信息安全显示出前所未有的重要性。身份识别及鉴定是保证系统安全的重要前提，在国家安全、公安、司法、电子商务、电子政务、安全检查、保安监控等应用领域，都需要准确的身份识别及鉴定。目前，个人身份鉴别主要依靠ID卡(如身份证、工作证、智能卡和储蓄卡等)和密码等手段，然而这些手段存在携带不便、容易遗失、由于使用过多或不当而损坏、密码易被遗忘和破解等诸多问题。由于技术的发展，犯罪分子伪造假证件的手段越来越高明，如假身份证、假工作证、假文凭等在现实社会中也不时发生;在信息界，黑客攻击别人的计算机系统，破译计算机口令亦常有之。美国每年在福利发放、信用卡交易、移动电话以及ATM交易方面由于身份诈骗而造成的经济损失高达60亿美元。因此，目前广泛使用的依靠证件、个人识别号码(PIN)、口令等传统方法来确认个人身份的技术面临着严峻的挑战，已不能适应现代科技发展和社会进步的需要。 人们希望有一种更加方便可靠的办法来进行身份鉴别，生物特征识别技术给这一愿望带来了实现的可能。早在古埃及时人们就开始通过人体生物特征的测量(如人脸、人手等)来鉴别人的身份;在刑侦领域，人们也早已使用最有效的人体生物特征之一—指纹来确定罪犯。人们可能会遗忘或丢失他们的卡片或密码，但绝不会遗忘或者丢失自己的生物特征，如人脸、指纹、虹膜、掌纹等。因此基于生物特征识别技术的个人身份识别系统具有更好的安全性、可靠性和有效性，正越来越受到人们的重视，并开始进入人们社会生活的各个领域，迎接新时代的挑战。美国政府在“9.11”事件以后连续签署了三个国家安全法案，要求采用生物识别技术。2003年6月，联合国国际民用航空组织公布了其生物技术的应用规划，将

人脸识别主要算法原理

人脸识别主要算法原理 主流的人脸识别技术基本上可以归结为三类，即：基于几何特征的方法、基于模板的方法和基于模型的方法。 1. 基于几何特征的方法是最早、最传统的方法，通常需要和其他算法结合才能有比较好的效果； 2. 基于模板的方法可以分为基于相关匹配的方法、特征脸方法、线性判别分析方法、奇异值分解方法、神经网络方法、动态连接匹配方法等。 3. 基于模型的方法则有基于隐马尔柯夫模型，主动形状模型和主动外观模型的方法等。 1. 基于几何特征的方法 人脸由眼睛、鼻子、嘴巴、下巴等部件构成，正因为这些部件的形状、大小和结构上的各种差异才使得世界上每个人脸千差万别，因此对这些部件的形状和结构关系的几何描述，可以做为人脸识别的重要特征。几何特征最早是用于人脸侧面轮廓的描述与识别，首先根据侧面轮廓曲线确定若干显著点，并由这些显著点导出一组用于识别的特征度量如距离、角度等。Jia 等由正面灰度图中线附近的积分投影模拟侧 面轮廓图是一种很有新意的方法。 采用几何特征进行正面人脸识别一般是通过提取人眼、口、鼻等重要特征点的位置和眼睛等重要器官的几何形状作为分类特征,但Roder对几何特征提取的精确性进行了实验性的研究，结果不容乐观。

可变形模板法可以视为几何特征方法的一种改进，其基本思想是: 设计一个参数可调的器官模型(即可变形模板),定义一个能量函数，通过调整模型参数使能量函数最小化，此时的模型参数即做为该器官的几何特征。 这种方法思想很好，但是存在两个问题，一是能量函数中各种代价的加权系数只能由经验确定，难以推广，二是能量函数优化过程十分耗时，难以实际应用。基于参数的人脸表示可以实现对人脸显著特征的一个高效描述，但它需要大量的前处理和精细的参数选择。同时，采用一般几何特征只描述了部件的基本形状与结构关系，忽略了局部细微特征，造成部分信息的丢失，更适合于做粗分类，而且目前已有的特征点检测技术在精确率上还远不能满足要求，计算量也较大。 2. 局部特征分析方法（Local Face Analysis） 主元子空间的表示是紧凑的，特征维数大大降低，但它是非局部化的，其核函数的支集扩展在整个坐标空间中，同时它是非拓扑的，某个轴投影后临近的点与原图像空间中点的临近性没有任何关系，而局部性和拓扑性对模式分析和分割是理想的特性，似乎这更符合神经信息处理的机制，因此寻找具有这种特性的表达十分重要。基于这种考虑，Atick提出基于局部特征的人脸特征提取与识别方法。这种方法在实际应用取得了很好的效果，它构成了FaceIt人脸识别软件的 基础。 3. 特征脸方法（Eigenface或PCA）

人脸识别算法都有哪些

主流的人脸识别技术基本上可以归结为三类，即：基于几何特征的方法、基于模板的方法和基于模型的方法。 1. 基于几何特征的方法 人脸由眼睛、鼻子、嘴巴、下巴等部件构成，正因为这些部件的形状、大小和结构上的各种差异才使得世界上每个人脸千差万别，因此对这些部件的形状和结构关系的几何描述，可以做为人脸识别的重要特征。几何特征最早是用于人脸侧面轮廓的描述与识别，首先根据侧面轮廓曲线确定若干显著点，并由这些显著点导出一组用于识别的特征度量如距离、角度等。Jia 等由正面灰度图中线附近的积分投影模拟侧面轮廓图是一种很有新意的方法。 采用几何特征进行正面人脸识别一般是通过提取人眼、口、鼻等重要特征点的位置和眼睛等重要器官的几何形状作为分类特征,但Roder对几何特征提取的精确性进行了实验性的研究，结果不容乐观。 可变形模板法可以视为几何特征方法的一种改进，其基本思想是:设计一个参数可调的器官模型(即可变形模板),定义一个能量函数，通过调整模型参数使能量函数最小化，此时的模型参数即做为该器官的几何特征。 2. 局部特征分析方法（Local Face Analysis） 主元子空间的表示是紧凑的，特征维数大大降低，但它是非局部化的，其核函数的支集扩展在整个坐标空间中，同时它是非拓扑的，某个轴投影后临近的点与原图像空间中点的临

近性没有任何关系，而局部性和拓扑性对模式分析和分割是理想的特性，似乎这更符合神经信息处理的机制，因此寻找具有这种特性的表达十分重要。基于这种考虑，Atick提出基于局部特征的人脸特征提取与识别方法。这种方法在实际应用取得了很好的效果，它构成了FaceIt人脸识别软件的基础。 3. 特征脸方法（Eigenface或PCA） 特征脸方法是90年代初期由Turk和Pentland提出的目前最流行的算法之一，具有简单有效的特点, 也称为基于主成分分析(principal component analysis,简称PCA)的人脸识别方法。 特征子脸技术的基本思想是：从统计的观点，寻找人脸图像分布的基本元素，即人脸图像样本集协方差矩阵的特征向量，以此近似地表征人脸图像。这些特征向量称为特征脸(Eigenface)。 实际上，特征脸反映了隐含在人脸样本集合内部的信息和人脸的结构关系。将眼睛、面颊、下颌的样本集协方差矩阵的特征向量称为特征眼、特征颌和特征唇，统称特征子脸。特征子脸在相应的图像空间中生成子空间，称为子脸空间。计算出测试图像窗口在子脸空间的投影距离，若窗口图像满足阈值比较条件，则判断其为人脸。 基于特征分析的方法，也就是将人脸基准点的相对比率和其它描述人脸脸部特征的形状参数或类别参数等一起构成识别特征向量，这种基于整体脸的识别不仅保留了人脸部件之间的拓扑关系，而且也保留了各部件本身的信息，而基于部件的识别则是通过提取出局部轮廓信息及灰度信息来设计具体识别算法。

人脸识别技术的应用背景及研究现状

人脸识别技术的应用背景及研究现状 1．人脸识别技术的应用 随着社会的不断进步以及各方面对于快速有效的自动身份验证的迫切要求，生物特征识别技术在近几十年中得到了飞速的发展。作为人的一种内在属性，并且具有很强的自身稳定性及个体差异性，生物特征成为了自动身份验证的最理想依据。当前的生物特征识别技术主要包括有：指纹识别，视网膜识别，虹膜识别，步态识别，静脉识别，人脸识别等。与其他识别方法相比，人脸识别由于具有直接，友好，方便的特点，使用者无任何心理障碍，易于为用户所接受，从而得到了广泛的研究与应用。除此之外，我们还能够对人脸识别的结果作进一步的分析，得到有关人的性别，表情，年龄等诸多额外的丰富信息，扩展了人脸识别的应用前景。当前的人脸识别技术主要被应用到了以下几个方面：（1）刑侦破案公安部门在档案系统里存储有嫌疑犯的照片，当作案现场或通过其他途径获得某一嫌疑犯的照片或其面部特征的描述之后，可以从数据库中迅速查找确认，大大提高了刑侦破案的准确性和效率。 （2）证件验证在许多场合（如海口，机场，机密部门等）证件验证是检验某人身份的一种常用手段，而身份证，驾驶证等很多其他证件上都有照片，使用人脸识别技术，就可以由机器完成验证识别工作，从而实现自动化智能管理。 （3）视频监控在许多银行，公司，公共场所等处都设有24小时的视频监控。当有异常情况或有陌生人闯入时，需要实时跟踪，监控，识别和报警等。这需要对采集到的图像进行具体分析，且要用到人脸的检测，跟踪和识别技术。 （4）入口控制入口控制的范围很广，既包括了在楼宇，住宅等入口处的安全检查，也包括了在进入计算机系统或情报系统前的身份验证。 （5）表情分析根据人脸图像中的面部变化特征，识别和分析人的情感状态，如高兴，生气等。此外，人脸识别技术还在医学，档案管理，人脸动画，人脸建模，视频会议等方面也有着巨大的应用前景。 2．人脸识别技术在国外的研究现状 当前很多国家展开了有关人脸识别的研究，主要有美国，欧洲国家，日本等，著名的研究机构有美国MIT的Media lab,AI lab,CMU的Human-Computer Interface Institute，Microsoft Research,英国的Department of Engineering in Uni versity of Cambridge等。综合有关文献，目前的方法主要集中在以下几个方面：（1）模板匹配 主要有两种方法，固定模板和变形模板。固定模板的方法是首先设计一个或几个参考模板，然后计算测试样本与参考模板之间的某种度量，以是否大于阈值来判断测试样本是否人脸。这种方法比较简单，在早期的系统中采用得比较多。但是由于人脸特征的变化很大，很难得到有效的模板来表示人脸的共性。变形模板在原理上与固定模板相同，但其中包含一些非固定的元素，一种方法是手工构造参数化的曲线和曲面以表征人脸中的某些非固定特征，如眼睛，鼻子和嘴

(完整word版)人脸识别相关技术分析报告汇总

人脸识别相关技术 分析报告 2015年10月

目录 第一章分析概述 (3) 一、背景调研 (3) 二、检索及分析内容 (3) 第二章人脸识别专利态势及技术研发分析 (5) 一、专利态势及技术研发分析 (5) （1）人脸识别专利申请趋势分析 (5) （2）技术生命周期 (6) （3）人脸识别技术构成 (7) （4）人脸识别竞争对手分析 (8) 二、技术路线分析 (9) （1）人脸定位技术路线 (9) （2）图像获取技术路线 (10) （3）人脸跟踪技术路线 (11)

第一章分析概述 一、背景调研 人脸检测识别技术是基于人脸特征来进行身份识别的技术。与其他识别方式相比，由于人脸始终暴露在外面，采集人脸特征有直接、友好、方便的特点。现在，国际银行组织、国际民航组织的生物特征识别护照的标准中明文规定必选的特征是人脸，可选的特征是指纹、虹膜或者在其它特征中任何一种。目前我国公民的第二代身份证有嵌入可机读的人脸图像信息，这也为下一步人脸识别广泛应用打下有利的基础。 上世纪九十年代以来，人脸检测识别技术研究达到了高潮时期，一批具有代表性的论文和算法产生，自动人脸识别技术也得到了长足的发展，相关机构组织了如人脸手势识别等专门的国际学术会议。另外，现在很多的研究型理工大学和兀公司都在着手人脸检测识别研究。领域内最著名的国际研究机构包括：美国麻省理工学院媒体实验室及人工智能实验室、南加州大学、马里兰大学、卡内基一梅隆大学机器人研究及交互系统实验室等。在我国，清华大学计算机系、电子系瞻嘲、中科院自动化所阳吲、南京理工大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学等进行了许多很有意义的尝试，积累了经验。国内的研究工作主要是集中在三大类方法的研究：基于几何特征的人脸识别方法、基于代数特征的人脸识别方法和基于连接机制的人脸识别方法。人脸识别由于具有直接、友好、方便的特点，使用者无任何心理障碍，易于被用户所接受，从而得到了广泛的应用。主要在以下几个方面：(1)档案管理系统(2)安全验证系统(3)信用卡验证(4)公安系统的罪犯身份识别(5)银行和海关的监控(6)人机交互等。 人脸识别系统包括：(1)人脸图像的获取(2)人脸的检测(3)特征提取(4)基于人脸图像比对的身份识别(5)基于人脸图像比对的身份验证 二、检索及分析内容 本分析对人脸识别相关专利进行了中国专利检索，检索采用国家知识产权局专利数据库，以该专利数据为基础对其相关技术进行了分析，以期能从战略层面为汉柏的技术研发、专利布局和专利风险预防提供借鉴参考。

人脸识别算法

基于人工神经网络的人脸识别系统 童志军090739 第一部分：引言 在计算机控制上可靠的个人身份识别的需求引发了用生物特征替代密码和身份证进行识别的趋势。由于密码会被泄露给不合法的用户并且身份证会被骗子盗取所以密码和身份证会被轻易的破坏，生物特征识别的出现能够很好的解决传统分类方法的问题。生物特征包括人的虹膜、视网膜、面部轮廓、指纹、签名力度变化和语音等特征，这些特征可以用于人物识别。由于生物特征不能被轻易的盗取和分享，所以生物特征识别相比于传统安全措施有很大的优势，人脸识别系统积极稳固的特点使它在人物识别中脱颖而出。 人脸识别系统包括人脸核实和人脸识别两个阶段。在核实阶段，系统根据人物特征的先验知识进行核实，这就是说，系统要判断当前待识别人物是否为骗子。在人脸识别阶段，先验特征并不知道，系统只能根据最大似然准则进行识别。这篇文章的最初目的是对使用人工神经网络来人脸检测和识别的性能进行评价，文章的剩余部分就是这样组织的：第二部分描述了系统的过程图和人脸识别系统的各个模块；第三部分详尽说明了预处理、特征提取和目标系统的分类的方法；第四部分展示了和讨论了实验结果，第五部分得出结论。 第二部分：系统综述 正如图1所示，推荐的人脸识别算法包含入学和识别/分类两个阶段，它包含图像获取，人脸检测、学习、识别和核实。 图1 人脸识别系统结构图 A 入学阶段 使用网络照相机获得图片并储存在数据库中，然后对图片进行检测和训练。训练时，使用几何学和光学标准化方法对脸部图片进行预处理，采用几种特征提取的方法提取脸部图片特

征，然后把这些特征数据存在数据库中作为用户标识。 B 识别/实验证明阶段 再次获得用户脸部生理数据，此系统使用数据辨别用户或者分类用户标识。虽然身份鉴定需要把获得的生物特征信息与数据库中所有用户的数据进行模板匹配，身份核实仅需要把生物特征信息与主要特性进行模板匹配，所以身份识别与实验证明在内在复杂性上截然不同。识别阶段包含图像获取、面部检测、面部识别几个模块。 1）图像获取/人脸检测模块 人脸检测通常检测和提取与人脸特征相关的恰当信息，图像需要几何和尺寸校正以便可以识别。在这个模块中需要去除与脸部不相关的背景或场景。这个系统不仅能够实时识别脸部而且在不同的光照、不同的肤色、有胡须和刘海的情况下也能很好的工作。 图像检测中的图像获取模块是为了寻找和提取只含有脸部的部分，这个系统是基于使用Adaboost算法的长方形特征，系统输出的是包含面部特征的长方形和包含面部特征提取的图像。 2）人脸识别/核实模块 人脸识别模块包含预处理、特征提取、子模块分类，系统输入是来源于照相机和数据库的面部图像，首先把它变为几何和光照上标准化的形式，在特征提取阶段，用矢量特征代表图像，识别的分类结果由匹配的的程度决定。 第三部分：方法论 A 预处理 预处理是为了减少和消除由于光照引起的面部的失真，它通过标准化和增强面部图像来提高系统识别率。由于系统的稳定性取决于预处理的好坏，所以预处理很关键。通过明确的标准化过程，系统增强了抵抗尺寸、姿势、面部表情和光照的能力。光学标准化包括去除几何标准图像的平均值，以标准化值缩放像素比例，估计整个扭曲的图像。光学标准化技术包括直方图均衡和同态滤波。 1）直方图均衡 直方图均衡是最通用的直方图规格化和灰度转换方法，它的目的是为了处理后的图像在所有的灰度级均匀分布。为了增强图像质量和提高人脸识别的性能通常将它用于太亮或太暗的图像，它改变了图像灰度相对范围，使一些重要特征变得显而易见。 直方图均衡的步骤如下： 1．对一个N*M的图像，创建两个长度为G的矩阵H和T，并将它们初始化为0 2．形成图像直方图：扫描每一个像素值，并把对应每一个像素值的数目记在H矩阵中 H[p]=H[p]+1 3．累加直方图H,并保存在H中 H[0]=H[0] H[p]= H[p-1]+ H[p] For p=1 to G-1 step 1 4． G-1 T[p]=H[p] MN ，重新扫描图像并且输出图像灰度级像素q，其中q=T[P]. 2) 同态滤波