一種基于SVD分解的人臉對(duì)齊方法

［馬曉亮 楊建仁］

生物特征包括人臉、指紋等，獨(dú)特性是生物特征中最突出的特征，對(duì)比與其他生物特征，人臉具有易采集、不易偽造、特征顯著、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榧夹g(shù)水平的發(fā)展和社會(huì)認(rèn)可度的提升，現(xiàn)在人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到我們生活的各個(gè)方面，除了考勤、門(mén)禁等簡(jiǎn)單應(yīng)用場(chǎng)景，人臉識(shí)別技術(shù)還可以應(yīng)用于①刑事偵查，比如運(yùn)用人臉識(shí)別技術(shù)在一定范圍內(nèi)搜索逃犯；② 電子證件，結(jié)合個(gè)人指紋信息和人臉信息的電子身份證和電子護(hù)照等電子證件將極大方便我們的生活；③自助服務(wù)，比如銀行自動(dòng)提款機(jī)，如果應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù)，可以減少現(xiàn)金被盜刷的風(fēng)險(xiǎn)；④ 信息安全，人臉識(shí)別技術(shù)可以應(yīng)用于身份認(rèn)證。目前的身份認(rèn)證技術(shù)主要依賴(lài)于密碼，如果密碼被盜，就不能保證安全。人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用可以保證用戶(hù)的數(shù)字身份和真實(shí)身份的統(tǒng)一，從而可以提升身份認(rèn)證技術(shù)的安全性以及可靠性。

人臉識(shí)別（Face Recognition）[1]，是對(duì)人臉信息進(jìn)行識(shí)別的一種技術(shù)，首先定位跟蹤圖像或者視頻數(shù)據(jù)中的人臉，接著對(duì)檢測(cè)出來(lái)的人臉進(jìn)行一系列識(shí)別任務(wù)，比如表情識(shí)別、年齡識(shí)別等。當(dāng)前人臉識(shí)別技術(shù)分為3個(gè)部分：（1）人臉檢測(cè)（Face Detection）；（2）人臉對(duì)齊（Face Alignment）；（3）人臉特征表示（Feature Representation）。人臉檢測(cè)任務(wù)是確定待處理圖像中人臉的位置坐標(biāo)信息、人臉框的信息以及l(fā)andmark關(guān)鍵點(diǎn)信息。人臉對(duì)齊任務(wù)是將人臉圖像變換到統(tǒng)一角度（標(biāo)準(zhǔn)臉），即對(duì)人臉檢測(cè)模塊輸出的一些landmark關(guān)鍵點(diǎn)（如眼睛，鼻子，嘴巴、臉部輪廓等）進(jìn)行相似變換（Similarity Transform，如旋轉(zhuǎn)平移等），從而將人臉變換到統(tǒng)一角度。人臉特征表示是在人臉圖像特征提取后得到一個(gè)一定大小的特征向量，這個(gè)向量能夠很好地表示人臉數(shù)據(jù)。使同一人臉特征向量之間的距離盡可能小，使不同人臉特征向量之間的距離盡可能大，以便更好地執(zhí)行人臉識(shí)別任務(wù)。

本文提出了一種基于SVD分解的人臉對(duì)齊方法（如圖1所示），主要處理人臉識(shí)別技術(shù)中的人臉對(duì)齊任務(wù)。

圖1 本文提出的人臉對(duì)齊方法流程圖

1 歸一化

2 人臉點(diǎn)集平移到原點(diǎn)

3 求旋轉(zhuǎn)矩陣

3.1 基于SVD求旋轉(zhuǎn)矩陣[2]

3.2 SVD分解[3]

3.2.1 SVD分解定義

有一個(gè)m×n的實(shí)數(shù)對(duì)稱(chēng)矩陣A，我們想要把它分解為如公式（1）所示形式：

4 人臉點(diǎn)集平移到圖片中心

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2～4是本文提出方法的效果展示圖，圖2是一張輸入的待對(duì)齊的人臉圖像，圖3是經(jīng)過(guò)人臉檢測(cè)后得到68個(gè)landmark關(guān)鍵點(diǎn)的人臉圖像，圖4是經(jīng)過(guò)本文提出方法處理后得到的對(duì)齊后的人臉圖像。

圖2 待對(duì)齊人臉圖片

圖3 人臉關(guān)鍵點(diǎn)

圖4 對(duì)齊后的人臉

6 結(jié)論

本文提出了一種基于SVD分解的人臉對(duì)齊方法，首先歸一化人臉點(diǎn)集和標(biāo)準(zhǔn)臉點(diǎn)集，接著將人臉點(diǎn)集平移到原點(diǎn)為中心的位置，然后通過(guò)SVD求解人臉點(diǎn)集和標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)集的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，再將旋轉(zhuǎn)后的人臉點(diǎn)集平移到圖片中心的位置，即可得到對(duì)齊后的人臉。本文提出的方法能夠?qū)⒉煌嵌鹊娜四樅芎玫刈儞Q到標(biāo)準(zhǔn)人臉。