基于子空間分析的人臉特征提取及識(shí)別研究.pdf

1、人臉識(shí)別是當(dāng)前計(jì)算機(jī)模式識(shí)別領(lǐng)域中的一個(gè)非?；钴S的研究課題，在法律、商業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。如何有效的從人臉圖像中提取使之區(qū)別于其他個(gè)體的特征，是人臉識(shí)別研究的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。在眾多的特征提取技術(shù)中，子空間分析因其計(jì)算簡(jiǎn)單、有效等特性引起了人們的廣泛注意，現(xiàn)已成為人臉圖像特征提取和識(shí)別的主流方法之一。該文以人臉識(shí)別為目標(biāo)，以基于子空間分析的人臉特征提取為重點(diǎn)進(jìn)行了相關(guān)研究，并取得了如下創(chuàng)新性成果： 1、該文采用投影分析的方法

2、對(duì)圖像奇異值特征的有效性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)該特征實(shí)質(zhì)上是通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行投影變化所得到的，而在提取奇異值特征時(shí)，對(duì)不同的圖像采用了不同的投影變化，即選用了不同的基準(zhǔn)，因此僅采用奇異值特征不足以進(jìn)行有效的人臉識(shí)別。在此基礎(chǔ)上，該文基于奇異值分解和投影的方法提取了一種新的稱為投影系數(shù)主元特征的代數(shù)特征，并將其用于人臉識(shí)別。在標(biāo)準(zhǔn)的ORL人臉庫(kù)和Yale人臉庫(kù)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的奇異值特征相比，所提取的這種新特征在較低的維數(shù)內(nèi)包含了更多的有

3、用信息，是一種穩(wěn)定的、更為有效的代數(shù)特征。 2、該文首次將基于Chernoff準(zhǔn)則的異方差線性鑒別分析(HCLDA)應(yīng)用于人臉識(shí)別研究當(dāng)中。由于HCLDA能同時(shí)提取包含在類均值和類協(xié)方差之間的鑒別信息，因此理論上優(yōu)于經(jīng)典的基于Fisher準(zhǔn)則的線性鑒別分析。然而，在HCLDA方法中要求總體類內(nèi)散布矩陣和各類的類內(nèi)散布矩陣均可逆，而在人臉識(shí)別中這些散布矩陣往往是奇異的。該文首先根據(jù)樣本的可分性，提出了一種新的稱為最大廣義Fishe

4、r值的主元選擇策略，并基于該策略采用主元分析的方法對(duì)原始的高維圖像矢量進(jìn)行降維，然后采用最大熵協(xié)方差估計(jì)策略對(duì)各類的類內(nèi)散布矩陣進(jìn)行估計(jì)，從而解決了總體類內(nèi)散布矩陣和各類的類內(nèi)散布矩陣不可逆這一問(wèn)題。 3、該文基于相關(guān)加權(quán)和統(tǒng)計(jì)不相關(guān)兩種思想，提出了一種新的基于相關(guān)加權(quán)Fisher準(zhǔn)則的不相關(guān)鑒別分析(RWULDA)方法。該方法考慮了樣本兩兩類別之間的可分性，能有效的抑止可分性較好的類別在求解最優(yōu)鑒別向量過(guò)程中所產(chǎn)生的“欠適應(yīng)”

5、效應(yīng)，在提高相鄰類別之間的可分性的同時(shí)去除了提取的鑒別特征之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性。在大型AR人臉庫(kù)和FERET人臉庫(kù)的子庫(kù)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。 4、該文對(duì)EFM、DLDA以及NLDA這三種以解決小樣本問(wèn)題為目的的線性鑒別方法進(jìn)行了深入的理論分析，證明了采用這三種方法所提取的特征的統(tǒng)計(jì)不相關(guān)性；進(jìn)一步分析了這三種方法所采用的子空間的合理性，從而解釋了NLDA方法優(yōu)于其他兩種方法的原因。在此基礎(chǔ)上提出了一種加權(quán)不相關(guān)零空間線

6、性鑒別分析(WUNLDA)的方法，該方法首先基于“在高維空間中類間距離較小的類別之間應(yīng)賦予較高的權(quán)重”這一原則，給出了一種新的權(quán)函數(shù)，進(jìn)而導(dǎo)出了一種新的判別準(zhǔn)則及其相應(yīng)的約束條件，最后采用拉格朗日乘子法求解其最優(yōu)鑒別向量，并給出了求解定理。在AR人臉庫(kù)和FERET人臉庫(kù)的子庫(kù)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出的方法的有效性和優(yōu)越性。 5、核函數(shù)雖然是數(shù)學(xué)中一個(gè)早已存在的概念，但基于核的子空間分析方法卻在最近幾年才得到人們的廣泛關(guān)注。該文對(duì)