基于認(rèn)知邏輯的個(gè)性化人臉圖像合成研究.pdf

1、個(gè)性化人臉圖像合成在公安刑偵、影視制作、娛樂(lè)、教育等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，受到不少研究者的關(guān)注。但以往對(duì)個(gè)性化人臉圖像合成的研究?jī)H僅局限于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專(zhuān)家和研究者中，甚少有跨領(lǐng)域的合作研究，而人臉具有非剛性、類(lèi)間相似性和易受干擾等特點(diǎn)，從純計(jì)算機(jī)技術(shù)角度來(lái)解決個(gè)性化人臉圖像合成問(wèn)題是相當(dāng)困難的，目前對(duì)個(gè)性化人臉圖像合成的研究尚處于初級(jí)階段，成熟的應(yīng)用很少。
　　認(rèn)知科學(xué)的出現(xiàn)為計(jì)算機(jī)、哲學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科的融合提供了一個(gè)平臺(tái)，也為

2、解決個(gè)性化人臉圖像合成問(wèn)題提供了一些新的方向。如何將認(rèn)知等主觀(guān)的內(nèi)容融合進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如何使用哲學(xué)的思辨思想來(lái)改進(jìn)計(jì)算機(jī)程序，這在未來(lái)的相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都將是一個(gè)值得深入研究的課題。本文從個(gè)性化人臉圖像合成這個(gè)應(yīng)用入手，嘗試使用認(rèn)知邏輯來(lái)指引計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將認(rèn)知邏輯的思想貫穿在程序設(shè)計(jì)之中，從而跳出目前個(gè)性化人臉圖像合成研究的困境。
　　本文在對(duì)個(gè)性化人臉圖像合成涉及到的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行認(rèn)知的考量的基礎(chǔ)上，提出了一種基于認(rèn)知

3、邏輯的個(gè)性化人臉圖像合成方法，實(shí)現(xiàn)了不同年齡段中不同胖瘦、不同生活水平下的個(gè)性化人臉圖像的定制。在對(duì)人識(shí)別人臉光照的過(guò)程和人識(shí)別不同年齡人臉的過(guò)程進(jìn)行形式化的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出對(duì)稱(chēng)區(qū)塊光照補(bǔ)償算法和基于年齡的灰度調(diào)整算法;在對(duì)主動(dòng)形狀模型算法的不足進(jìn)行認(rèn)知分析的基礎(chǔ)上對(duì)該算法進(jìn)行了改進(jìn);在對(duì)基于特征線(xiàn)對(duì)的圖像變形算法的缺點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)知邏輯角度的分析之后，提出對(duì)特征線(xiàn)對(duì)選取的改進(jìn)意見(jiàn)，并對(duì)算法中的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行了認(rèn)知角度的詮釋?zhuān)蛊涓妆蝗私邮?在

4、對(duì)基于多分辨率分析的圖像合成算法的不足進(jìn)行認(rèn)知分析的基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)算法，并增加發(fā)型替換部分;在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，把“人機(jī)結(jié)合，以人為主”的思想貫徹在設(shè)計(jì)中，通過(guò)人機(jī)交互的方式融合了專(zhuān)家智慧和機(jī)器智能，以專(zhuān)家的信念來(lái)修正機(jī)器的信念，從而構(gòu)建人機(jī)協(xié)同工作的環(huán)境。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能有效進(jìn)行個(gè)性化人臉圖像合成，結(jié)果比較逼真，不同定制條件下的合成圖像具有較大的區(qū)分度。
　　本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1、在對(duì)現(xiàn)有的光照歸一化方

5、法從認(rèn)知的角度進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了基于對(duì)稱(chēng)區(qū)塊的人臉光照補(bǔ)償算法和基于年齡的灰度調(diào)整算法，完善了人臉圖像的灰度歸一化方法?，F(xiàn)有的光照補(bǔ)償算法主要是從圖像整體出發(fā)來(lái)開(kāi)展研究，這種以圖像整體的光照為基礎(chǔ)的方法與人類(lèi)的認(rèn)知規(guī)律不相吻合。為了更好地開(kāi)展人臉圖像的預(yù)處理，在對(duì)人臉圖像灰度歸一化方法進(jìn)行認(rèn)知思考的基礎(chǔ)上，根據(jù)人認(rèn)知人臉的普遍規(guī)律，對(duì)人認(rèn)知人臉光照的過(guò)程進(jìn)行了形式化，之后使用對(duì)稱(chēng)區(qū)塊的背景光對(duì)光照較暗一側(cè)的對(duì)稱(chēng)區(qū)域進(jìn)行光照補(bǔ)償，取

6、得了較好的實(shí)際效果。此外，通過(guò)對(duì)不同年齡段人臉的膚色特征進(jìn)行研究，總結(jié)出了不同年齡段人臉的膚色變化規(guī)律，并在形式化的基礎(chǔ)上將之用于灰度調(diào)整算法的設(shè)計(jì)，調(diào)整之后的人臉圖像在膚色方面具備一定的年齡特征，為后續(xù)的程序提供了良好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　2、對(duì)目前廣泛使用的人臉特征點(diǎn)提取方法進(jìn)行了梳理，從認(rèn)知邏輯的角度對(duì)最常使用的ASM算法進(jìn)行了重新審視，分析了ASM算法的不足及其內(nèi)在的原因，并對(duì)ASM算法進(jìn)行了改進(jìn)。目前人臉特征點(diǎn)定位主要使用基

7、于幾何特征、統(tǒng)計(jì)特征、頻率域特征以及多種特征融合的特征提取技術(shù)，而ASM算法是目前廣泛使用的特征點(diǎn)定位的經(jīng)典算法之一，具有比較好的精確性和魯棒性。但由于ASM算法對(duì)于初始狀態(tài)十分敏感，并且搜索是以全局收縮為結(jié)束條件。為了解決這個(gè)問(wèn)題，根據(jù)人認(rèn)知人臉的規(guī)律，引入了特征點(diǎn)定位微調(diào)機(jī)制，使用專(zhuān)家智慧對(duì)ASM算法的定位結(jié)果進(jìn)行最后確認(rèn)，從而在一定程度上修正ASM算法的偏差。同時(shí)為了更符合個(gè)性化人臉圖像合成的要求，在FG-NET數(shù)據(jù)庫(kù)原有68個(gè)特

8、征點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加表征發(fā)型和發(fā)際線(xiàn)的22個(gè)特征點(diǎn)，使樣本圖像的特征點(diǎn)更符合實(shí)際應(yīng)用的需要。
　　3、介紹了目前主流的圖像變形技術(shù)，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析和對(duì)比，針對(duì)個(gè)性化人臉圖像合成這個(gè)具體應(yīng)用，采用了基于特征線(xiàn)對(duì)的圖像變形技術(shù)，在對(duì)該技術(shù)從認(rèn)知邏輯的角度進(jìn)行考慮的基礎(chǔ)上，對(duì)基于特征線(xiàn)對(duì)的人臉輪廓變形算法進(jìn)行了改進(jìn)。基于特征線(xiàn)對(duì)的圖像變形算法其核心在于特征線(xiàn)對(duì)的設(shè)置，選取的特征線(xiàn)對(duì)的好壞決定了變形的效果，針對(duì)人臉圖像的特點(diǎn)和人的認(rèn)知

9、特點(diǎn)，提出了非均勻特征線(xiàn)對(duì)選取方法，將特征線(xiàn)對(duì)向眼睛、嘴唇等重點(diǎn)部位傾斜，從而改進(jìn)了基于特征線(xiàn)對(duì)的圖像變形算法的效果。對(duì)該算法中關(guān)鍵的三個(gè)參數(shù)從認(rèn)知的角度進(jìn)行了分析，對(duì)其取值的認(rèn)知意義進(jìn)行了明確，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　4、介紹了小波變換的基礎(chǔ)知識(shí)，并對(duì)基于多分辨率分析的圖像合成的不足進(jìn)行了認(rèn)知邏輯上的分析，在此基礎(chǔ)上提出了基于認(rèn)知邏輯的人臉年齡特征合成方法。針對(duì)直接替換重構(gòu)方法中年齡特征不明顯的問(wèn)題，提出將樣本圖像的低頻部分經(jīng)過(guò)

10、巴特沃斯高通濾波之后疊加到測(cè)試圖像的低頻部分的方法，提升了年齡特征移植的效果。針對(duì)發(fā)型和發(fā)際線(xiàn)會(huì)對(duì)人臉年齡觀(guān)感產(chǎn)生很大影響這一現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了發(fā)型替換算法，將樣本圖像的發(fā)型和額頭部分直接替換到測(cè)試圖像上，極大提升了合成圖像的逼真程度。
　　5、將“人機(jī)結(jié)合，以人為主”的思想融入到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，使用專(zhuān)家的信念對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果，即計(jì)算機(jī)的“信念”進(jìn)行修正，從而對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行干預(yù)，開(kāi)發(fā)出人機(jī)結(jié)合的個(gè)性化人臉圖像合成系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中，

11、通過(guò)專(zhuān)家與計(jì)算機(jī)的協(xié)同，將專(zhuān)家的智慧與計(jì)算機(jī)速度快、容量大的特點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮出他們各自的優(yōu)勢(shì)，將計(jì)算機(jī)從不擅長(zhǎng)的形象思維中解放出來(lái)，將其定位為一個(gè)“超級(jí)秘書(shū)”，輔助專(zhuān)家進(jìn)行工作。使用專(zhuān)家信念對(duì)ASM算法定位不精確、年齡估計(jì)偏差大的問(wèn)題進(jìn)行修正，同時(shí)通過(guò)專(zhuān)家評(píng)估來(lái)確定程序是否結(jié)束，這些人機(jī)交互環(huán)節(jié)的引入使得系統(tǒng)效率更高、效果更好。
　　最后，對(duì)論文進(jìn)行了總結(jié)，就設(shè)計(jì)中存在的三個(gè)方面的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了未來(lái)進(jìn)一步研究的方