收藏本站
《南京理工大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

光照变化条件下的人脸特征抽取算法研究

刘中华  
【摘要】:受公共安全、金融安全以及人机交互等领域大量潜在的需求所驱动,生物特征识别已经成为模式识别和人工智能领域的一个研究热点。尤其人脸识别由于其自然、直观、非接触、安全等特点而倍受关注,成为最具发展潜力的生物特征识别技术之一。经过近几十年的发展,人脸识别领域积累了丰富的理论和大量算法,初步解决了可控条件下的人脸识别难题。然而,在非配合和非控制条件下的人脸识别依然是一个非常具有挑战性的课题。影响识别性能的非控制因素有很多,例如:姿态、光照以及表情等变化,其中光照变化对人脸识别的影响尤其明显。 本文主要针对人脸识别中的光照变化问题进行了深入细致的研究。重点研究了光照变化条件下的人脸图像预处理、特征提取等问题。论文主要研究工作如下: (1)对光照子空间和商图像方法进行了研究,提出了一种可变光照下的人脸识别方法。 基于三维光照子空间模型的商图像方法过于简单,不能很好地对极端光照条件进行处理,并且不能处理人脸自身阴影。本文通过对商图像和光照子空间的研究,提出了基于九维光照子空间的改进后商图像方法。该方法首先合成图像库中每一个人的九幅基图像,这些基图像可以表示该对象不同光照条件下的人脸图像;其次,利用光照比图像方法合成图像库中每一对象与待识别图像相同光照条件下的一幅虚拟人脸图像;最后,用这些新合成的虚拟人脸图像来完成不同光照条件下的图像识别。 (2)研究了光照预处理算法和基于Gabor小波的特征提取算法,提出了一种自适应的Gabor图像特征抽取和权重选择的光照不变人脸识别方法。 为了消除光照变化对人脸识别的影响,通过对光照预处理算法的研究,本文首先提出了一种改进的局部对照增强算法。其次,Gabor小波具有较好的方向选择性和空间局部性,它可以捕获图像在不同方向、不同频率下的边缘以及局部显著特征,且对光照具有较强的鲁棒性。因此,Gabor小波被广泛应用于人脸图像识别,以提取鲁棒的人脸特征。然而,Gabor特征的过高维数需要比较大的存储空间并且使得识别过程也非常耗时。本文采用了鉴别力量分析方法提取Gabor图像特征中最有鉴别力的系数作为特征,这样极大地减少了Gabor图像特征的维数。另外,把经过Gabor变换得到的不同人脸图像中的同一尺度和方向的变换结果进行特征重组,得到多个新特征矩阵,每一新特征矩阵的贡献被本文所提出的自适应权重方法计算得到。最后对新特征矩阵抽取LDA特征进行识别。人脸识别实验显示了所建议方法能够有效地去除光照变化的影响。 (3)研究了距离保持投影降维方法,提出一种改进的距离保持投影算法,并在此基础上进行了扩展。 从某种意义上来说人脸是一种流形结构,人脸数据集是由某些内在变量控制所形成的非线性流形,如果在流形中能够找出光照、姿态、表情等控制变量,就可以极大地降低观测空间的维数。测地线距离是流形上两点之间距离最短的线,它能够描述人脸图像中由于光照、姿态、表情等变化而引起的非线性因素,而欧氏距离不能很好地度量由这些因素引起的人脸图像的非线性变化。因此,通过用测地线距离替代欧氏距离,本文提出了一种改进的距离保持投影算法。为了减少距离保持投影中邻域大小难以选取的问题,文中采用了一种对邻域大小不甚敏感的算法。针对距离保持投影流形学习算法没有充分利用样本的类别信息,不能用于分类,本文提出了一种基于距离保持投影的新的人脸识别算法。通过实验验证了本文方法可视化与分类识别能力。 (4)研究了鉴别局部排列(DLA)特征提取算法,提出一种增强鉴别局部排列(EDLA)算法和核增强鉴别局部排列(KEDLA)算法。 特征提取是人脸识别中关键的一步,所提取的特征必须对光照、表情、姿态等变换有较强的鲁棒性。DLA算法是一种基于局部最优和全局排列的特征提取算法,在人脸识别中获得了成功的应用。然而该算法识别性能严重依赖于参数的选择,对参数的选取极其敏感,并且该算法只利用了部分类别信息。为了提高算法的鲁棒性,本文提出一种对参数的选取不敏感且充分利用类别信息的增强DLA算法,并将此算法扩展到核空间,进而提出了KEDLA算法。实验结果表明,在光照变化条件下这两种算法的识别率要分别高于DLA、KDLA以及传统的子空间算法,说明了这两种方法对光照具有一定的鲁棒性。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘党辉,沈兰荪,Kin-Man Lam;人脸识别研究进展[J];电路与系统学报;2004年01期
2 周杰,卢春雨,张长水,李衍达;人脸自动识别方法综述[J];电子学报;2000年04期
3 邵超;黄厚宽;赵连伟;;P-ISOMAP:一种新的对邻域大小不甚敏感的数据可视化算法[J];电子学报;2006年08期
4 尹洪涛;付平;沙学军;;基于DCT和线性判别分析的人脸识别[J];电子学报;2009年10期
5 鲁广英;潘静;庞彦伟;;一种新颖的基于Gabor-LDA的人脸识别方法[J];工程图学学报;2006年04期
6 齐永锋;张家树;火元莲;;一种基于肤色与改进的LBP的人脸检测方法[J];光电子.激光;2009年06期
7 路玉峰;王增才;刘学忠;;提高PCA识别率的新算法[J];光学技术;2008年01期
8 杨琼,丁晓青;鉴别局部特征分析及其在人脸识别中的应用[J];清华大学学报(自然科学版);2004年04期
9 柴秀娟;山世光;卿来云;陈熙霖;高文;;基于3D人脸重建的光照、姿态不变人脸识别[J];软件学报;2006年03期
10 邵超;黄厚宽;赵连伟;;一种更具拓扑稳定性的ISOMAP算法[J];软件学报;2007年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵文磊;刘舒;;一种加权2DPCA方法在人脸识别中的应用[J];安防科技;2009年04期
2 冯卓;任然;;信息安全的现阶段问题分析与发展动向[J];安全与环境学报;2007年02期
3 万春红;邵超;;一种新的基于自组织映射的流形学习算法[J];北京交通大学学报;2009年06期
4 宋海滨;刘云帼;;基于支持向量机的预测控制算法[J];兵工自动化;2006年04期
5 宋红;石峰;;面向视频监控的快速多人脸检测与分割[J];兵工学报;2006年02期
6 杨盈昀,谢婷婷,施美楠;基于肤色的人脸检测算法研究[J];北京广播学院学报(自然科学版);2002年04期
7 韩之天,杨磊;基于傅利叶变换的人脸识别改进方法[J];北京广播学院学报(自然科学版);2005年01期
8 李玉鑑;付翠花;;一种基于特征串比较的眉毛识别方法[J];北京工业大学学报;2008年01期
9 袁立;穆志纯;曾慧;;基于人脸和人耳的多模态生物特征识别[J];北京科技大学学报;2007年S2期
10 宋红,石峰;基于人脸检测与跟踪的智能监控系统[J];北京理工大学学报;2004年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王春林;;灰熔点预测建模研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
2 张雷刚;张勇东;张冬明;;基于GPU并行加速的改进分块PCA人脸识别算法[A];图像图形技术研究与应用(2010)[C];2010年
3 甘俊英;张有为;;用于人脸图像识别的快速分层算法[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
4 张向波;梅国建;徐宗昌;;基于SVM的装备战备完好性预测模型[A];第十届中国科协年会论文集(一)[C];2008年
5 曹樱;;大额金融交易的可疑度量化研究[A];第三届全国软件测试会议与移动计算、栅格、智能化高级论坛论文集[C];2009年
6 郭锋;刘丽丽;吕凝;;基于LLE和SVM的人像识别方法[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
7 顾群英;李文元;;基于PCA人脸识别的移动电话身份验证方法探讨[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(下册)[C];2008年
8 李作勇;李纳新;;多彩色空间联合分割的人脸检测[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集(上册)[C];2008年
9 谭彩凤;邢座程;田海军;;基于OpenCV体系结构的LSSVM算法与人脸检测研究[A];中国电子学会第十六届信息论学术年会论文集[C];2009年
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘桂珍;颅骨三维重建与信息提取[D];山东科技大学;2010年
2 李金华;基于SVM的多类文本分类研究[D];山东科技大学;2010年
3 王亚东;基于二代身份证图象的人脸检测与识别研究与设计[D];山东科技大学;2010年
4 吴敏;基于AdaBoost和独立分量分析的人脸检测与识别算法的研究[D];郑州大学;2010年
5 刘玲玲;PID参数整定技术的研究及应用[D];郑州大学;2010年
6 林天威;基于视频流的人脸识别系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王本超;基于KPCA与SVM的人脸识别研究[D];大连理工大学;2010年
8 马稳;基于支持向量机的模拟电路故障诊断研究[D];大连理工大学;2010年
9 邢云;基于压缩感知理论的人脸识别方法研究[D];大连理工大学;2010年
10 孙丽萍;流形学习算法ISOMAP的改进与实现[D];大连理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 薛斌党,欧宗瑛;加权合成的嵌入式隐Markov模型人脸识别[J];大连理工大学学报;2002年03期
2 周杰,卢春雨,张长水,李衍达;人脸自动识别方法综述[J];电子学报;2000年04期
3 邢昕,汪孔桥,沈兰荪;基于器官跟踪的人脸实时跟踪方法[J];电子学报;2000年06期
4 梁路宏,艾海舟,徐光佑,张钹;基于模板匹配与人工神经网确认的人脸检测[J];电子学报;2001年06期
5 丁嵘,苏光大,林行刚;使用关键点信息改进弹性匹配人脸识别算法[J];电子学报;2002年09期
6 王守觉,徐健,王宪保,覃鸿;基于仿生模式识别的多镜头人脸身份确认系统研究[J];电子学报;2003年01期
7 唐亮,谢维信,黄建军,肖志级;城市航空影像中基于模糊Retinex的阴影消除[J];电子学报;2005年03期
8 庞彦伟;俞能海;沈道义;刘政凯;;基于核邻域保持投影的人脸识别[J];电子学报;2006年08期
9 张志伟;夏克文;杨帆;杨瑞霞;;一种改进NMF算法及其在人脸识别中的应用[J];光电工程;2007年08期
10 丁嵘,苏光大,林行刚;使用部件信息改进弹性匹配人脸识别[J];光电子·激光;2002年08期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王辉;基于核主成分分析特征提取及支持向量机的人脸识别应用研究[D];合肥工业大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 卿来云;山世光;陈熙霖;高文;;基于球面谐波基图像的任意光照下的人脸识别[J];计算机学报;2006年05期
2 张坤;陈凯;;一种在光照变化条件下的人脸图像预处理算法[J];福建电脑;2010年09期
3 程乔;游锦海;欧阳宁;莫建文;;复杂光照条件下的人脸识别方法[J];计算机仿真;2010年12期
4 夏小东;;基于相位重构的光照人脸识别[J];成都信息工程学院学报;2007年04期
5 谢赛琴;沈福明;邱雪娜;;基于支持向量机的人脸识别方法[J];计算机工程;2009年16期
6 刘敬;刘衍聪;闫成新;;局部归一化的人脸光照处理方法[J];郑州大学学报(理学版);2008年03期
7 卢晓菁;陈锻生;;一种人脸图像光照补偿的新方法[J];小型微型计算机系统;2008年10期
8 程艳花;谭怒涛;黄磊;王建英;;图像分块重构和LDA融合的人脸识别方法[J];计算机工程与应用;2009年27期
9 赵英男;孟宪权;徐勇;侯春明;;光照变化条件下的人脸识别预处理[J];吉首大学学报(自然科学版);2007年02期
10 赵英男;耿焕同;傅德胜;徐勇;;光照变化条件下不敏感特征的提取[J];武汉理工大学学报;2010年16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 李祥宝;;人脸识别发展分析[A];中南六省(区)自动化学会第24届学术年会会议论文集[C];2006年
5 宋广寒;李久贤;潘泓;;基于LBP算子的改进人脸识别算法[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第七分册)[南京理工大学学报(增刊)][C];2009年
6 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
7 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
8 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
9 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
10 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
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 清华大学 王俊艳;年龄变化的人脸识别[N];计算机世界;2006年
7 实习生 姜靖;人脸识别:门靠人脸开启[N];科技日报;2007年
8 阐文;汉王新品开启“人脸识别时代”[N];中国工业报;2009年
9 本报记者 霍光;从按手印到以貌取人[N];中国计算机报;2011年
10 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
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘中华;光照变化条件下的人脸特征抽取算法研究[D];南京理工大学;2011年
2 赵武锋;人脸识别中特征提取方法的研究[D];浙江大学;2009年
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 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
9 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
10 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
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
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026