人臉畫像-照片的合成與識(shí)別方法研究.pdf

1、人臉畫像-照片識(shí)別是指以所提供的畫像為示例在照片庫(kù)中進(jìn)行檢索，確定待識(shí)別人的身份信息，在刑偵破案、反恐追逃和動(dòng)漫設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用。在感興趣目標(biāo)照片缺失的情況下，該研究將為實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別提供有效的途徑。畫像是由畫家根據(jù)其主觀理解繪制而成，它利用線條的粗細(xì)、疏密來(lái)表達(dá)人臉的形狀和紋理信息，而照片是通過(guò)光學(xué)成像設(shè)備或其它傳感器獲得的客觀圖像，它記錄了圖像的灰度或顏色信息。不同的產(chǎn)生機(jī)理和信息表達(dá)方式使得兩者之間存在較大的形狀結(jié)構(gòu)及紋理灰度差

2、異，即使同一個(gè)人的畫像和照片具有相似的幾何形狀，但也一定有相差甚遠(yuǎn)的紋理信息。這使得現(xiàn)有的人臉識(shí)別算法很難在畫像-照片識(shí)別中得以直接推廣和應(yīng)用。因此，以最低代價(jià)實(shí)現(xiàn)高性能的畫像-照片轉(zhuǎn)換成為本文研究的重點(diǎn)；將其中一種媒體的表達(dá)模式轉(zhuǎn)化為另一種使其在同一特征模式空間實(shí)現(xiàn)相互識(shí)別，從而為跨媒體的信息檢索和模式識(shí)別探索新的途徑。
　　 本文針對(duì)畫像-照片識(shí)別的基本問(wèn)題，探索畫像-照片不同信息表達(dá)模式之間的映射關(guān)系，在構(gòu)建該映射關(guān)系模型

3、的基礎(chǔ)上提出畫像-照片合成方法，從而將畫像-照片識(shí)別轉(zhuǎn)變?yōu)橥荒Ｊ较碌娜四樧R(shí)別，為提高畫像-照片識(shí)別性能提供必要的前提條件。與此同時(shí)，融合人臉圖像結(jié)構(gòu)和紋理信息，提出了用于轉(zhuǎn)換后特征空間的人臉識(shí)別方法。主要工作概括如下：
　　 1.提出了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的偽照片合成方法。本文對(duì)現(xiàn)有的偽照片/偽畫像合成方法進(jìn)行了綜合分析和實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，提出了基于嵌入式隱馬爾可夫模型和分塊策略的偽照片合成方法。該方法利用嵌入式隱馬爾可夫模型對(duì)訓(xùn)練畫

4、像-照片塊的映射關(guān)系建模，從而將畫像轉(zhuǎn)變到照片域表達(dá)模式下。通過(guò)理論分析和相關(guān)實(shí)驗(yàn)，證明了該方法只需要較少的訓(xùn)練樣本就可以得到較精確的偽照片，克服了基于統(tǒng)計(jì)的方法無(wú)法用較少的訓(xùn)練樣本獲得偽照片的不足。
　　 2.確定了人臉照片/畫像合成中的分塊縫合策略?，F(xiàn)有的基于局部策略的偽照片/偽畫像合成方法均通過(guò)平均化分塊重疊區(qū)域合并偽照片塊/偽畫像塊，導(dǎo)致生成的偽照片/偽畫像存在模糊和分塊效應(yīng)。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出利用圖像縫合思想將合成

5、偽照片塊/偽畫像塊進(jìn)行拼接，該方法根據(jù)兩個(gè)分塊重疊區(qū)域中對(duì)應(yīng)像素的差異，在重疊區(qū)域上搜索最短路徑作為縫合線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了基于分塊縫合策略的方法可以合成更高質(zhì)量的人臉偽照片/偽畫像，并給出了理論分析。
　　 3.探索了合成圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法?，F(xiàn)有的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法主要針對(duì)噪聲和人為因素造成的圖像降質(zhì)，鑒于合成偽照片和偽畫像必須與原始圖像具有相似的鑒別信息，我們闡述了一種新的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)測(cè)度，從圖像本身的質(zhì)量以及合成圖像與原始圖像

6、的相似程度兩方面來(lái)評(píng)估合成偽照片/偽畫像的質(zhì)量。同時(shí)，利用畫像-照片識(shí)別的性能分析了該圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)測(cè)度的有效性。
　　 4.驗(yàn)證了本文所提出的畫像-照片合成方法可以有效提高畫像-照片識(shí)別率。畫像-照片被轉(zhuǎn)換到同一特征空間后，利用主成分分析、獨(dú)立成分分析、核主成分分析、保局投影、張量子空間分析和離線張量分析等無(wú)監(jiān)督子空間學(xué)習(xí)算法在畫像域和照片圖像域進(jìn)行人臉識(shí)別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的畫像-照片合成方法可以有效地提高畫像-照片識(shí)別

7、的正確率。
　　 5.構(gòu)建了融合結(jié)構(gòu)和紋理信息的雙模人臉識(shí)別方法。本文主要研究的是不含有任何主觀因素的寫實(shí)素描畫，其中每個(gè)人的畫像和照片具有較為相似的形狀結(jié)構(gòu)信息和差異較大的紋理信息。通過(guò)兩種特征空間的相互轉(zhuǎn)換，在減弱其紋理信息差異的同時(shí)，保持了形狀結(jié)構(gòu)信息相似性，故而本文提出了融合人臉圖像紋理和結(jié)構(gòu)模型的雙模人臉識(shí)別方法，通過(guò)在識(shí)別過(guò)程中加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模型相似性的比重進(jìn)一步減弱紋理模型差異對(duì)正確鑒別人物身份的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該識(shí)

8、別方法對(duì)于人臉圖像的光照、表情和尺度變化都具有較好的魯棒性，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)多因素影響下的畫像-照片識(shí)別提供了有效的技術(shù)手段。同時(shí)，提出了兩種度量結(jié)構(gòu)模型相似性的圖編輯距離算法，這兩種算法獨(dú)立于代價(jià)函數(shù)定義，具有執(zhí)行效率高、對(duì)圖像聚類分類準(zhǔn)確率高、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
　　 6.建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的人臉照片-畫像數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)。現(xiàn)有的照片-畫像庫(kù)中畫像的繪畫風(fēng)格單一，為了研究對(duì)不同繪畫風(fēng)格的畫像具有魯棒性的畫像-照片識(shí)別算法，并