略論人臉自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)及其識(shí)別方法

摘 要：科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的過(guò)程中，各種新技術(shù)也不斷的走入人們的工作生活。人臉自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)以及逐漸的成為考勤系統(tǒng)的重要組成部分。探討人臉自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)及其識(shí)別方法，對(duì)其發(fā)展有著積極意義。本文從人臉自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)出發(fā)，探討了人臉識(shí)別方法的研究。

關(guān)鍵詞：人臉自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)；方法；幾何特征

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.41

1 人臉自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

人臉識(shí)別通過(guò)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的特征來(lái)鑒別多個(gè)人的身份，類(lèi)似與指紋識(shí)別技術(shù)，但是相比而言較為復(fù)雜。人臉自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要包括人臉檢測(cè)定位以及識(shí)別提取特征并匹配的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，下圖1為你工作模式。

圖1 人臉自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

1.1 人臉檢測(cè)與定位

人臉檢測(cè)與定位是人臉自動(dòng)識(shí)別的開(kāi)始，其判斷圖像中是否存在人臉。然后將人臉從圖片背景中分離開(kāi)來(lái)，確定人臉在圖像中所取的位置。在某些控制拍攝條件的場(chǎng)合，背景相對(duì)簡(jiǎn)單，定位比較容易。背景較為復(fù)雜的適合，獲取人臉將受到一定程度的影響。影響人臉識(shí)別與定位的主要因素包括：其一，人臉?biāo)幍奈恢靡约俺叨壬系淖兓涠?，臉上的裝扮以及發(fā)型的更改都會(huì)對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性造成很大的影響，其三，圖像噪聲影響。

1.2 特征提取與人臉識(shí)別

特征提取和人臉識(shí)別是自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的核心部分，其主要分為三個(gè)部分的圖像處理、特征提取及識(shí)別。為使得圖像處理的準(zhǔn)確性能夠達(dá)到適用性的要求，就需要對(duì)圖像的特征信息處理。目前常用的處理方法是幾何歸一化處理，幾何歸一化是指根據(jù)圖像的人臉定位，然后進(jìn)行對(duì)比規(guī)模，將位置調(diào)整到相同的尺寸和相同的位置?；叶葰w一化是使用照明補(bǔ)償?shù)忍幚矸椒?，解決照明的變化對(duì)人臉檢測(cè)的影響，也就是降低光線影響導(dǎo)致的準(zhǔn)確性下降的問(wèn)題。特征提?。焊鶕?jù)不同的識(shí)別方法，采用不同形式的提取。基于幾何特征的識(shí)別方法，在識(shí)別的過(guò)程中，需要提取特征點(diǎn)和特征點(diǎn)作為基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)特征向量。在統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法基于特征臉，臉是完成相關(guān)矩陣的提取圖像特征。模板匹配方法，特征提取相關(guān)系數(shù)作為人臉識(shí)別的基礎(chǔ)。特征提取的人臉識(shí)別的過(guò)程，需要待識(shí)別圖像和數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)匹配，如果滿(mǎn)足識(shí)別的特征值則完成識(shí)別工作。

2 人臉識(shí)別方法的研究

2.1 基于幾何特征的人臉識(shí)別方法

基于幾何特征的人臉識(shí)別方法主要是通過(guò)檢查面部的性質(zhì)特征來(lái)確定的，通過(guò)檢測(cè)面部形狀特征以及其相對(duì)位置，獲得相對(duì)位置的參數(shù)，這樣就能得到特征矢量，每個(gè)人的特征矢量是不同的。在進(jìn)行人臉識(shí)別的過(guò)程中，將這些特征矢量與庫(kù)中已知的臉的特征矢量相互比較，就能夠匹配出個(gè)人信息。Roder對(duì)此種識(shí)別方法的精確性進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果較差，這表明幾何特征的人臉識(shí)別方法的精確性有待提升。Yuille的彈性模板的人臉檢測(cè)方法采用的是可調(diào)模板，當(dāng)模板在待測(cè)圖像上移動(dòng)的時(shí)候，能夠動(dòng)態(tài)的調(diào)整參數(shù)。這樣就能夠檢測(cè)出大小、偏移不同的人臉。但是其并不是盡善盡美，彈性模板的輪廓必須根據(jù)待測(cè)人的臉型來(lái)設(shè)計(jì)，不然結(jié)果的準(zhǔn)確性也難以保證。同時(shí)在進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，因?yàn)樾枰M(jìn)行全面搜索，所以檢測(cè)計(jì)算的時(shí)間較長(zhǎng)，效率較低?；趲缀翁卣鞯娜四樧R(shí)別方法對(duì)獲得圖像的質(zhì)量要求較高，其要求特征點(diǎn)的定位需要非常的準(zhǔn)確。人臉有一定的偏移或者化妝都會(huì)嚴(yán)重的影響到結(jié)果的準(zhǔn)確性，目前這種方法僅僅用于識(shí)別過(guò)程中的輔助手段。

2.2 基于主元分析的人臉識(shí)別方法

基于主元分析的人臉識(shí)別方法最早由Sirovitch和Kirby引入。此種方法在特征臉識(shí)別中具有代表性。此種算法工作的時(shí)候并不是單獨(dú)存在的，其與普通的模板算法一起工作。通過(guò)Turk等人的試驗(yàn)，此種算法具有較高的準(zhǔn)確性，在關(guān)照不變的情況下，準(zhǔn)確性能夠達(dá)到95%以上，甚至人臉朝向出現(xiàn)變化的時(shí)候也能夠達(dá)到85%以上的準(zhǔn)確性。

特征臉（Eigenface）方法：特征臉?lè)椒ㄊ怯蒚urk和Pentland等人提出，此種方法是識(shí)別的過(guò)程是人臉圖像映射到特征臉上，然后對(duì)比分析特征空間的位置特征來(lái)達(dá)到識(shí)別的目的。根據(jù)下面公式1可以知道你方法原理，隨機(jī)向量組成了包含人臉的特征區(qū)域，正交K-L基由K-L變換得到，然后具有人臉相似的形狀的是其中較大特征值的基。人臉的識(shí)別與合成，正可以利用由這些基的線性組合所描述、表達(dá)和逼近人臉圖像來(lái)完成。

式中：Xk為第k個(gè)圖像向量，μ為本集的平均向量，N為樣本總數(shù)。

特征臉?lè)椒ㄖ锌紤]到了圖像直接的差異，其產(chǎn)生最大的特征向量，但是此種方法不能夠有效的區(qū)分出差異的來(lái)源。外在因素和人臉本身都對(duì)結(jié)果準(zhǔn)確性影響較大，所以此方法的局限性較大。

2.3 基于奇異值分解的人臉識(shí)別方法

基于奇異值分解（SVD）的人臉識(shí)別方法由洪子泉和楊靜宇提出，基于Sammon最佳判斷平面，建立了Baves分類(lèi)模型。在使用此種方法的過(guò)程中，為了保證識(shí)別效果的準(zhǔn)確性，往往將其與其他的算法進(jìn)行組合使用。

2.4 隱馬爾科夫模型（HMM）方法

隱馬爾科夫模型（HMM）方法是較為經(jīng)典的一種算法，此理論早在20世紀(jì)60年代就形成了。最早建立此種模型的是Samaria等人，判斷人臉識(shí)別的好壞，往往取決于對(duì)原始信息的利用率，隱馬爾科夫模型包含了人臉圖像五個(gè)顯著特征區(qū)域，此種做法具有高精度性的有點(diǎn)，但是確定就是需要儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)較多，而且人臉識(shí)別的速度較慢。

2.5 基于圖像重建的人臉識(shí)別方法

人臉識(shí)別的準(zhǔn)確性與光照和人臉偏移有著直接關(guān)系，其中光照的影響為甚。為了解決這兩者帶來(lái)的影響，需要采取基于圖像重建的人臉識(shí)別方法。其一般可以分為以下兩種情況：（1）根據(jù)對(duì)人臉的多角度拍攝生成人臉的三維模型，然后進(jìn)行與數(shù)據(jù)庫(kù)中的三維模型的對(duì)比，當(dāng)二者特征值滿(mǎn)足要求的時(shí)候完成識(shí)別。（2）根據(jù)二維人臉圖計(jì)算出姿態(tài)偏轉(zhuǎn)角度。數(shù)據(jù)庫(kù)的圖樣進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，然后進(jìn)行匹配，這樣準(zhǔn)確性大大的提升。

3 結(jié)束語(yǔ)

人臉識(shí)別逐漸的成為考勤系統(tǒng)不可分割的組成部分，其復(fù)雜性決定了其難以適用單一的方法。所以一般采用多種方法組合，來(lái)提升識(shí)別的準(zhǔn)確性以及效率。利用其它生物特征進(jìn)行身份識(shí)別也是目前研究的一個(gè)方向。

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作者單位：廣東工業(yè)大學(xué)，廣州 510000