基于面部关键点描述的快速人脸识别算法研究

基于面部关键点描述的快速人脸识别算法研究

论文摘要

目前,面向视频监控的人脸识别技术引起了广泛关注,国内外很多研究组织和商业机构对此都投入了大量人力物力,并取得了众多研究成果。对于视频人脸识别来说,不仅需要较高的精确性,更重要的是要有实时的人脸识别速度。实际应用中速度与准确度是一对相互制约的因素,因此找到同时满足这两个指标的解决方案,对产品的广泛应用具有重要的研究价值。基于面部关键点描述的算法SIFT具有较好的识别效果,并且鲁棒性强,能够满足单样本条件下可靠的人脸识别,但是速度较慢,完全不满足快速人脸识别的应用要求。针对视频人脸识别的应用要求,本文对SIFT算法进行深入研究,并在关键点提取、描述子建立、匹配策略三个方面对SIFT算法进行了改进。改进后的算法相对于原有算法在保证识别率和鲁棒性的前提下,识别速度得到了大大提高。在使用DoG提取关键点时,高斯金字塔的建立需要通过一系列的图像卷积和作差运算,这样的操作非常费时。针对DoG算法提取关键点速度慢的缺点,本文提出采用快速的关键点提取算法FAST来进行人脸图像关键点的提取。并针对FAST算法提取关键点过于集中的现象,采用非极大值抑制原理来筛选出局部最优关键点。在关键点描述子建立阶段,SIFT算法中利用关键点邻域像素的梯度和方向信息来建立描述子,方法相对复杂,并且在关键点匹配阶段,对计算机来说,相对于二值运算,浮点运算花费长,占用的空间多。针对这个问题,本文提出将快速的关键点描述算法Brief应用于人脸识别,同时结合FAST关键点检测算法和局部匹配的策略,提出新的面部关键点描述识别算法FBrief。仿真结果表明,在多样本识别率、单样本识别率、约束条件下的识别率以及识别时间四个指标的对比试验中,本文的算法相对于其他人脸识别算法在保证识别率不下降的前提下,识别速度上得到了很大提高,并且当人脸图像存在大范围遮挡的条件下,也能表现出比其他算法更好的鲁棒性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题研究背景及意义
  • 1.2 人脸识别的发展
  • 1.3 人脸识别系统组成
  • 1.4 本文主要工作及章节安排
  • 第2章 传统人脸识别算法
  • 2.1 引言
  • 2.2 基于子空间的人脸识别算法
  • 2.2.1 主成分分析
  • 2.2.2 线性判别分析
  • 2.3 基于局部特征的人脸识别算法
  • 2.3.1 韦伯局部描述子
  • 2.3.2 局部二值模式
  • 2.4 基于稀疏描述的人脸识别算法
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 人脸图像局部关键点描述算法
  • 3.1 引言
  • 3.2 局部关键点描述算法的优点
  • 3.3 基于SIFT的人脸识别
  • 3.3.1 建立DoG差分空间
  • 3.3.2 关键点提取
  • 3.3.3 关键点的筛选
  • 3.3.4 关键点分配方向值
  • 3.3.5 生成关描述子
  • 3.3.6 关键点匹配
  • 3.4 基于SIFT的改进算法
  • 3.4.1 尺度空间的建立
  • 3.4.2 重要关键点的保留
  • 3.4.3 方向信息
  • 3.4.4 匹配策略
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 基于Brief的快速特征提取算法
  • 4.1 算法简介
  • 4.2 关键点提取
  • 4.2.1 分割检测判据(Segment-test criterion)
  • 4.2.2 FAST检测算子
  • 4.2.3 参数设置
  • 4.2.4 非极大值抑制原理
  • 4.3 描述子的建立
  • 4.3.1 图像的平滑滤波
  • 4.3.2 区域像素对的选择
  • 4.3.3 Brief特征建立与匹配
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 对比分析实验
  • 5.1 人脸库介绍与算法参数设置
  • 5.2 识别率分析
  • 5.2.1 多样本识别率分析
  • 5.2.2 单样本条件下识别率分析
  • 5.2.3 约束条件下识别率
  • 5.3 识别时间对比
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 总结与展望
  • 6.1 总结
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 相关论文文献

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