收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于不变性特征的三维人脸识别研究

明悦  
【摘要】:作为生物特征识别领域的一个重要研究课题,人脸识别因其深厚的学术背景和广泛的市场应用前景,正在成为国内外顶级研究机构和学者关注的焦点。随着图像处理、模式识别、计算机视觉、统计学习、认知学及心理学等众多相关学科领域研究发展地不断深入,人脸识别技术将成为可以广泛应用于国家安全和公共安全的重要技术支撑手段。尽管以人脸图像的表观特征为基础的二维人脸识别技术已有十余年的研究历史,但是仍存在许多悬而未决的问题,制约了识别准确率的有效提高,尤其是存在大的光照、姿态和表情变化时,二维人脸识别算法准确率的下降更为显著。 随着三维数字获取设备的不断发展,越来越多的研究组织和机构致力于使用三维数据辅助人脸识别,取得了较好的效果,尤其是有较大的姿态、光照和表情变化影响时,基于形状特征的三维人脸识别技术有望从根本上解决这些变化数据的影响。高效地提取三维人脸表面不变性特征是人脸识别准确率提高的核心和关键。一个“好”的辨别特征能够有效地描述某个个体面部区别于大众的细节特征,为实现准确高效的人脸识别打下基础。本文在对三维人脸数据进行细致深入分析的基础上,对三维人脸表面特征描述进行深入地研究和探讨,结合基于三维人脸图像的表面形状特征及统计学习理论提取具有不变性的辨别特征,取得了较好的效果。本文的主要研究内容和创新性工作如下: 1.提出了一种三维人脸预处理及区域分割方法 首先通过二维图像和三维图像的对应关系粗略地提取人脸表面区域,运用三维人脸模型的对称轮廓线检测鼻尖点,去除人脸区域之外的杂乱数据。姿态校正和基于轴角描述的匹配对齐将三维人脸表面数据置于统一的坐标框架中。形状索引描述结合面部几何约束分割人脸表面主要器官区域。本文提出的三维人脸自动预处理方法有助于后续特征提取和分类识别算法的实现,既提高了算法的计算效率,又改善了原始输入的三维人脸数据的质量。 2.提出了三种三维人脸表面特征描述方法 1)提出了一种基于弯曲不变量的三维人脸表面描述子,用于包含表情变化的三维人脸识别。人脸表面的表情变换视为非刚性变换,经验研究显示面部表情可视为等距形变。因此引入弯曲不变量用来构建一个人脸表面的签名。此法在采样点集上使用等距映射算法(ISOMAP)将由表情引起的非刚性形变变换为刚性形变,再在全集点上进行内插。实验结果显示基于弯曲不变量的三维人脸表面特征描述方法有效地提高了包含大表情变化的三维人脸数据的识别性能,克服面部存在表情变化造成的人脸表面变形问题; 2)提出了一种基于边界球的三维人脸表面描述子,对于包含姿态变化的三维人脸数据具有较好的识别效果。为了更好地反映人脸表面形状信息增加辨别性,一个边界球表面描述子用于对齐的三维人脸点云数据。该描述子投影一个面部点云相对位置到以人脸质心点为中心的边界球上。它可以保留较低的描述性,对比其它描述子可以更有效地在一个旋转球域上反映面部特征,使其对大的表情和姿态不敏感。实验结果表明基于边界球的三维人脸表面描述子可以保留尽可能多的几何信息,提取与姿态无关的特征描述子,克服因存在姿态变化而造成的自遮挡对三维人脸识别算法性能的影响; 3)提出一种三维尺度不变特征变换的三维人脸表面描述子,可以克服遮挡和扭曲对三维人脸识别效果的影响。该描述子具有仿射、旋转和尺度不变性,它可以有效地检测关键点,编码三维人脸表面形状信息来描述关键点的辨别信息。加入深度信息的动机是关键点周围深度值的改变可以为其提供更多辨别能力,但对于实际存在差异的对象识别上具有视觉表观相似性。实验结果表明基于三维尺度不变特征变换的三维人脸特征描述方法可以有效地表征扭曲和变形图像,恢复三维人脸表面上的本质特征,提取辨别信息,提高三维人脸识别算法性能。 3.提出了一种鲁棒的区域稀疏回归模型用于辨别特征提取 表情、姿态、遮挡和噪声是影响三维人脸识别准确率提高的主要因素。引入低秩和区域稀疏描述理论来分析前文所提出的特征描述子。结合带噪声的非线性约束和有监督的谱回归约束,基于优化模型的本征低维特征矢量被提取。头发遮挡和噪声被同时分块处理。提取的低维特征具有更多的辨别性、鲁棒性和通用性。实验结果表明基于区域稀疏回归模型所提取的三维人脸本征低维特征向量,具有良好的三维数据表达能力,与国际通用的三维人脸识别算法进行性能对比时,显示出了优越的性能。 4.设计并实现了一个三维人脸识别系统 为了实现有效地三维人脸数据采集并验证前文所提算法的通用性,本文构建了相应的三维人脸识别系统,主要由基于双目视觉的三维人脸识别系统和基于结构光的三维人脸识别系统组成。首先介绍了基于双目视觉的三维人脸深度信息的获取方法。然后介绍并演示了系统中的主要软件功能模块包括图像采集、摄像机标定、三维人脸模型生成、三维人脸模型平滑、三维人脸模型预处理、三维人脸特征描述和三维人脸特征提取,这些为进一步开发和研究三维人脸数据处理和识别奠定了良好的基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李江,郁文贤,匡刚要,宋海娜;基于模糊隶属函数的主元分析人脸识别算法[J];计算机工程与科学;2004年06期
2 杜晓旭,钱沄涛;加强概率推理模型在人脸识别中的应用[J];计算机工程;2005年22期
3 陈玉山;席斌;;基于核独立成分分析和BP网络的人脸识别[J];计算机工程与应用;2007年26期
4 高宏娟;潘晨;;基于非负矩阵分解的人脸识别算法的改进[J];计算机技术与发展;2007年11期
5 赵丽红;张西礼;徐心和;;基于二维对称主成分分析的人脸识别[J];仪器仪表学报;2008年06期
6 王卫锋;李强;;人脸识别考勤系统中照片采集过程的分析与实现[J];新乡教育学院学报;2008年02期
7 肖明霞;;人脸检测关键算法分析[J];科技信息;2008年35期
8 张永;薛芝茂;;RBF神经网络在人脸识别中的应用[J];电脑编程技巧与维护;2009年14期
9 狄晨;王伟智;;基于改进距离的LLE算法在人脸识别中的应用[J];福建电脑;2009年11期
10 戴欢;吴小俊;;基于统计不相关矢量集的独立成分分析[J];计算机工程;2009年23期
11 邓福根;;一种智能的人脸识别方法[J];今日科苑;2009年24期
12 刘亚亚;丁正生;;基于改进最大间距准则和支持向量机的人脸识别[J];现代计算机(专业版);2010年09期
13 孙庆娟;;基于直接邻域保护嵌入的人脸识别[J];邯郸学院学报;2010年03期
14 孙庆娟;;基于直接邻域保护嵌入的人脸识别[J];宁夏师范学院学报;2010年06期
15 郑永凯,张凌,董守斌;图像灰度分布的近似标准化算法研究(英文)[J];华南理工大学学报(自然科学版);2002年01期
16 田农乐,俞海珍,冯浩;人脸识别技术及其在访问控制系统中的应用[J];计算机与现代化;2004年01期
17 郭瑞,宋海娜,匡纲要;基于定点ICA算法的人脸识别方法[J];计算机工程;2004年09期
18 肖幸娟,王能超,周叶;两种序的二维Walsh变换在人脸识别中的应用[J];华中科技大学学报(自然科学版);2004年11期
19 山世光,高文,唱轶钲,曹波,陈熙霖;人脸识别中的“误配准灾难”问题研究[J];计算机学报;2005年05期
20 徐春明,张天平,王正群,王向东;一种新的核广义鉴别特征抽取方法[J];计算机应用;2005年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈皓;;基于CS中转架构的人脸识别门禁系统[A];全国第21届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2010)暨全国第2届安全关键技术与应用学术会议论文集[C];2010年
2 谢志华;李丰;伍世虔;杨巨成;方志军;;基于局部差分二进制模式(LDBP)的热红外人脸识别[A];第十五届全国图象图形学学术会议论文集[C];2010年
3 李丹;郭小华;刘正熙;;基于DSP的自动人脸识别门禁系统设计与实现[A];中国自动化学会、中国仪器仪表学会2004年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2004年
4 邹垚;张超;;基于DSP的人脸识别算法实现与优化[A];中国通信学会通信建设工程技术委员会2010年年会论文集[C];2010年
5 熊薇薇;梁巍;李莉;黄梅志;;基于混合核函数SVM的人脸识别方法研究[A];中国计量协会冶金分会2011年会论文集[C];2011年
6 苗振伟;许勇;杨军;;超声波人脸识别方法研究[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集(上)[C];2007年
7 杨飞;苏剑波;戴景文;;人脸识别中的人脸图像质量快速评价[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 万卫兵;施鹏飞;;标准像的人脸识别[A];信号与信息处理技术——第一届信号与信息处理联合学术会议论文集[C];2002年
9 杜晓旭;钱沄涛;戴光;;加强概率推理模型在人脸识别中的应用[A];信号与信息处理技术第三届信号与信息处理全国联合学术会议论文集[C];2004年
10 孙劲光;李扬;;基于Mean-Shift的Retinex算法在人脸识别中的应用[A];第七届和谐人机环境联合学术会议(HHME2011)论文集【oral】[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 苏煜;融合全局和局部特征的人脸识别[D];哈尔滨工业大学;2009年
2 郭志强;基于子空间分析的人脸识别算法研究[D];武汉理工大学;2010年
3 李全彬;非约束环境下人脸识别关键技术的研究与应用[D];华东师范大学;2011年
4 唐恒亮;基于三维特征的人脸识别算法研究[D];北京工业大学;2011年
5 王建中;基于流形学习的数据降维方法及其在人脸识别中的应用[D];东北师范大学;2010年
6 陈恒鑫;基于多尺度分析的变化光照下人脸识别研究[D];重庆大学;2010年
7 赵武锋;人脸识别中特征提取方法的研究[D];浙江大学;2009年
8 陈勇;基于样条二进小波的人脸识别研究[D];浙江工业大学;2010年
9 胡峰松;单样本下可变姿态与光照人脸识别研究[D];湖南大学;2010年
10 笪邦友;图像纹理在红外场景仿真与人脸识别中的应用[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘学平;低质量图像模糊人脸识别的研究[D];沈阳航空工业学院;2010年
2 张春晓;基于粗集和小波变换的人脸识别研究[D];山东大学;2010年
3 曹凤杰;红外图像人脸识别方法研究[D];西安电子科技大学;2010年
4 章悦;基于四元数的彩色人脸识别[D];西安电子科技大学;2010年
5 汪炼;基于半监督流形学习的人脸识别算法研究[D];安徽大学;2010年
6 孙向风;基于进化计算和支持向量机的人脸识别算法研究[D];兰州理工大学;2010年
7 平强;压缩感知人脸识别算法研究[D];中国科学技术大学;2011年
8 王哲;基于具有面部明显色差特征的人脸识别方法研究[D];河北科技大学;2010年
9 窦蓉蓉;基于集成学习的人脸识别算法研究及应用[D];安徽大学;2010年
10 鲁庆明;基于多分类支持向量机的人脸识别研究[D];武汉理工大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本版编辑曾雨 康翔;人脸识别结缘奥运[N];计算机世界;2007年
2 孟东明 张继进;企业要靠创新应对危机[N];中国工商报;2009年
3 本报记者  魏建玲;行者 知其道而行其智[N];国际商报;2006年
4 程蓉 王春;“人脸识别”保障财产安全[N];科技日报;2006年
5 记者 闫文锋 实习记者 高鹏;清华人脸识别系列全面推广[N];中国知识产权报;2006年
6 实习生 姜靖;人脸识别:门靠人脸开启[N];科技日报;2007年
7 阐文;汉王新品开启“人脸识别时代”[N];中国工业报;2009年
8 本报记者 霍光;从按手印到以貌取人[N];中国计算机报;2011年
9 于建平;行者人脸识别技术贡献北京奥运[N];中国高新技术产业导报;2005年
10 卢旭成;“傻瓜化”的人脸识别技术[N];中国计算机报;2008年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978