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一種基于模式識別的復(fù)雜場景的人臉識別方法及系統(tǒng)

專利號
CN108717537B
公開日期
2019-05-14
申請人
淮陰工學(xué)院(江蘇省淮安市枚乘東路1號)
發(fā)明人
高尚兵; 黃子赫; 張正偉; 周君; 潘志庚; 曹蘇群; 張載梅
IPC分類
G06K9/00; G06K9/62
技術(shù)領(lǐng)域
人臉,姿態(tài),多項式,矩陣,圖像變形,圖像,人臉識別,擬合,識別,變換
地域: 江蘇省 江蘇省淮安市

摘要

本發(fā)明屬于人臉識別技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種基于模式識別的復(fù)雜場景的人臉識別方法,本發(fā)明同時提供一種基于模式識別的復(fù)雜場景的人臉識別系統(tǒng),特征提取正視的人臉圖像的訓(xùn)練樣本形成第一姿態(tài)特征矩陣和第二姿態(tài)特征矩陣,將第一姿態(tài)特征矩陣通過第一高次多項式獲得相應(yīng)的變形變換系數(shù),將第二姿態(tài)特征矩陣經(jīng)代入變形變換系數(shù)通過第二高次多項式獲得相應(yīng)的擬合誤差,將變形變換系數(shù)和擬合誤差代入第二高次多項式形成相應(yīng)的人臉圖像變形函數(shù),本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)存在當(dāng)人臉隨著姿態(tài)、光照、遮擋等變化時,識別率會急劇下降,從而導(dǎo)致人臉變化后無法識別的問題,具有提高了變形人臉的識別率、提高擬合效果、形成變形的人臉圖像、通過多項式函數(shù)來擬合的有益技術(shù)效果。

說明書

1 2 3 4
[0038] 1、本專利采用特征提取正視的人臉圖像的訓(xùn)練樣本形成第一姿態(tài)特征矩陣和第二姿態(tài)特征矩陣;將第一姿態(tài)特征矩陣通過第一高次多項式獲得相應(yīng)的變形變換系數(shù),將第二姿態(tài)特征矩陣經(jīng)代入變形變換系數(shù)通過第二高次多項式獲得相應(yīng)的擬合誤差;將變形變換系數(shù)和擬合誤差代入第二高次多項式形成相應(yīng)的人臉圖像變形函數(shù);通過人臉圖像變形函數(shù)擬合為變形人臉圖像,由于在訓(xùn)練樣本中,提供少量的人臉用于訓(xùn)練,訓(xùn)練樣本經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)行特征提取,然后輸入模型,在測試階段,將測試到的待測人臉經(jīng)過相同的預(yù)處理,加入姿態(tài)校正模塊,通過離線的姿態(tài)判斷和矯正,提取特征后輸入模型,最后輸出識別信息,高次多項式可以擬合大部分的變形和變換,變換越復(fù)雜,需要你和的次數(shù)就越高,同樣人臉各個器官在姿態(tài)變化時的變形也可以通過高次多項式函數(shù)來你和而成,對于二維圖像,人臉器官可以通過特征坐標(biāo)(x,y)表示,不同姿態(tài)之間的圖像變形則可以通過高次多項式擬合得到,針對測試樣本的姿態(tài)變化對人臉識別的影響,以及智能獲取少量馴良樣本的情況下對多姿態(tài)人臉識別進(jìn)行分析,通常在只能提供一個正面訓(xùn)練樣本的情況下,現(xiàn)有的人臉識別算法識別率的高低對每個人的訓(xùn)練樣本數(shù)正相關(guān),本方法利用多項式變換增加虛擬樣本,從而在有限訓(xùn)練樣本的情況下,提高了變形人臉的識別率。 [0039] 2、本專利采用變形人臉圖像的精度通過所述第一高次多項式的次數(shù)確定,所述第一高次多項式的次數(shù)由第一姿態(tài)特征矩陣中的特征向量數(shù)量確定,所述第二高次多項式的次數(shù)由第二姿態(tài)特征矩陣中的特征向量數(shù)量確定,所述第一姿態(tài)特征矩陣和第二姿態(tài)特征矩陣分別至少包含6個特征向量,由于人臉識別算法的識別率常與每人的訓(xùn)練樣本數(shù)相關(guān),但在實(shí)際應(yīng)用中,要求每人提供多幅圖像并不合理,在只有單個訓(xùn)練樣本的情況下,可以考慮通過增加虛擬圖像以提高虛擬圖像的識別率,由于在一般情況下,同一姿態(tài)下不同人的人臉圖像器官分布大致相同,所以可以對一個標(biāo)準(zhǔn)人臉在一組典型姿態(tài)進(jìn)行拍攝,獲取多姿態(tài)人臉圖像樣本,進(jìn)而獲取各器官分布,然后通過器官分布在對人臉庫中的單視圖人臉圖像進(jìn)行變形,生成相應(yīng)各個姿態(tài)的人臉圖像,由于,不同姿態(tài)之間的圖像變形可以通過高次多項式擬合得到,通過提高多項式的次數(shù),則可以提高擬合效果。 [0040] 3、本專利采用: [0041] 所述第一姿態(tài)特征矩陣為{(x1,y1),(x2,y2)…(xn,yn)}; [0042] 所述第二姿態(tài)特征矩陣為{(x1’,y1’),(x2’,y2’)…(xn’,yn’)}; [0043] 若第一姿態(tài)特征矩陣中的特征向量數(shù)量為6,則: [0044] 所述第一高次多項式為: [0045] [0046] 所述a5、a4、a3、a2、a1、a0分別為變形變換系數(shù); [0047] 所述b5、b4、b3、b2、b1、b0分別為變形變換系數(shù); [0048] 若第一姿態(tài)特征矩陣中的特征向量數(shù)量為6,則: [0049] 所述第二高次多項式為: [0050] [0051] 所述a5、a4、a3、a2、a1、a0分別為變形變換系數(shù); [0052] 所述b5、b4、b3、b2、b1、b0分別為變形變換系數(shù); [0053] 所述e1、e2分別為擬合誤差; [0054] 所述人臉圖像變形函數(shù)為: [0055] [0056] 所述fa(x,y)、fb(x,y)分別為人臉圖像變形函數(shù)。 [0057] 由于采用了二元二次多項式擬合,將第一姿態(tài)形成第一姿態(tài)特征矩陣,將需要變形的第二姿態(tài)形成第二姿態(tài)特征矩陣,各有m個矩陣向量,二元二次多項式為第一高次多項式和第二高次多項式,兩個多項式共有12個參數(shù),需要6個對應(yīng)的矩陣向量才能去頂12個參數(shù),若矩陣向量數(shù)目小于6,則方程組有唯一解,但有可能擬合誤差較大,所以通過增加矩陣向量的數(shù)目,并用最小二乘法擬合求解來較少誤差,其中e1、e2為擬合誤差,得到變形變換系數(shù),就可以對整幅圖像進(jìn)行變形,灰度映射,從而得到從第一姿態(tài)到第二姿態(tài)的人臉變換,形成變形的人臉圖像。 [0058] 4、本專利采用所述變形人臉圖像包括縮放、旋轉(zhuǎn)、姿態(tài)相應(yīng)變化引起的變形,由于人臉各個器官在姿態(tài)變化時的變形包括圖像縮放、旋轉(zhuǎn)、姿態(tài)變化引起的變形,也可以通過高次多項式函數(shù)來擬合而成。 [0059] 5、本專利一種基于模式識別的復(fù)雜場景的人臉識別系統(tǒng),包括人臉識別模塊,因此,人臉識別領(lǐng)域應(yīng)用的實(shí)用性。 附圖說明 [0060] 圖1是本發(fā)明一種基于模式識別的復(fù)雜場景的人臉識別方法流程圖; [0061] 圖2是本發(fā)明一種基于模式識別的復(fù)雜場景的人臉識別方法模塊圖。 具體實(shí)施方式 [0062] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述: [0063] 圖中: [0064] 1-第一姿態(tài)特征矩陣、2-第二姿態(tài)特征矩陣、3-變形變換系數(shù)、4-擬合誤差、5-人臉圖像變形函數(shù),6-變形人臉圖像;

權(quán)利要求

1 2
所述a5、a4、a3、a2、a1、a0分別為變形變換系數(shù); 所述b5、b4、b3、b2、b1、b0分別為變形變換系數(shù); 所述e1、e2分別為擬合誤差; 所述人臉圖像變形函數(shù)為: 所述fa(x,y)、fb(x,y)分別為人臉圖像變形函數(shù)。
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