第 卷 第 期 年 月 仪 器 仪 表 学 报!"#$%"$&%'%! 素 描 梯 度 方 向 直 方 图 用 于 人 脸 画 像 识 别 李 伟 红 付 伟 锋 张 镇 龚 卫 国 重 庆 大 学 光 电 技 术 及 系 统 教 育 部 重 点 实 验 室 重 庆 大 学 光 电 工 程 学 院 重 庆 ((( 摘 要 为 有 效 提 取 人 脸 画 像 的 轮 廓 信 息 首 先 提 出 素 描 算 子 使 人 脸 画 像 的 梯 度 幅 值 图 像 清 晰 厚 重 由 此 形 成 素 描 梯 度 方 向 直 方 图 #)3>A 描 述 子 其 次 优 化 #)3>A 描 述 子 的 主 要 参 数 提 升 #)3>A 描 述 子 的 图 像 信 息 表 达 能 力 针 对 缺 乏 实 验 用 人 脸 刑 侦 画 像 库 问 题 建 立 了 由 不 同 画 家 完 成 的 多 风 格 人 脸 画 像 ;## 库 用 于 模 拟 人 脸 刑 侦 画 像 库 最 后 在 ;## 库 人 脸 观 察 画 像 库 4*&4 人 脸 合 成 画 像 库 上 与 尺 度 不 变 特 征 转 换 #& 描 述 子 统 一 局 部 二 值 模 式 =4 描 述 子 及 3>A 描 述 子 进 行 了 比 较 实 验 结 果 表 明 在 人 脸 观 察 画 像 库 上 提 出 的 #)3>A 描 述 子 比 #&3>A 和 =4 描 述 子 的 提 高 ( 和 在 ;## 库 上 分 别 提 高 ( 和 在 4*&4 库 上 分 别 提 高 ( 和. 关 键 词 人 脸 画 像 素 描 算 子 梯 度 方 向 直 方 图 描 述 子 不 变 特 征 中 图 分 类 号 4( 文 献 标 识 码 0 国 家 标 准 学 科 分 类 代 码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收 稿 日 期 ()(*$+, -% ()( 基 金 项 目 国 家 科 技 惠 民 计 划 A# 重 庆 市 重 点 科 技 计 划 #AA)#( #)#( 资 助 项 目
第 期 李 伟 红 等 素 描 梯 度 方 向 直 方 图 用 于 人 脸 画 像 识 别 %& 引 && 言 在 公 安 刑 侦 领 域 常 常 存 在 未 获 得 嫌 疑 人 的 有 效 照 片 -0 或 者 指 纹 等 其 他 直 接 证 据 而 存 在 目 击 者 的 情 况 此 时 人 脸 画 像 可 以 发 挥 重 要 的 作 用 帮 助 ) 相 关 部 门 缩 小 侦 查 范 围 加 快 破 案 速 度 早 期 的. ) 人 脸 画 像 识 别 方 法 为 基 于 图 像 变 换 的 方 法 这 类 方 法 主 要 是 将 人 脸 照 片 转 换 成 伪 人 脸 画 像 或 将 人 脸 画 像 转 换 成 伪 人 脸 照 片 后 再 进 行 识 别 所 以 普 遍 复 ) 杂 度 较 大 近 期 提 出 的 基 于 不 变 特 征 的 方 法 较 基 于 图 像 变 换 的 方 法 不 仅 高 而 且 简 单 更 易 于 实 际 应 用 这 类 方 法 的 核 心 是 不 变 特 征 描 述 子 主 要 有 #& $!+%"%%"' 描 述 ) ) 子 局 部 二 值 模 式!$! 6 8 % =4 描 述 子 多 尺 度 局 部 二 值 模 式 '!%)$!!$! 68 %,$8% ;=4 描 述 子 局 部 随 机 二 值 模 式!$!, 68 % =*4 描 述 子 等 年 B! 等 人 利 用 #& 描 述 子 直 接 提 取 人 脸 画 像 2 照 片 的 特 征 然 后 采 用 最 近 邻 分 类 器 进 行 匹 配 识 别 效 果 较 好 年 B! 等 人 将 不 变 特 征 描 述 子 用 于 人 脸 画 像 特 征 描 述 他 们 采 用 ;=4 描 述 子 提 取 人 脸 画 像 的 纹 理 信 息 #& 描 述 子 提 取 人 脸 画 像 的 轮 廓 信 息 具 有 很 好 的 实 际 应 用 价 值 存 在 的 问 题 是 人 脸 画 像 的 特 点 是 眼 鼻 嘴 器 官 及 脸 型 的 轮 廓 特 征 丰 富 细 节 纹 理 特 征 较 弱 为 此 ;=4 描 述 子 提 取 得 到 的 人 脸 画 像 特 征 有 限 而 #& 描 述 子 在 进 行 人 脸 画 像 特 征 描 述 时 最 小 单 元 偏 小 ( ( 像 素 以 至 于 丢 失 了 部. 分 人 脸 轮 廓 鼻 子 边 缘 等 重 要 信 息 利 用 基 于 不 变 特 征 方 法 来 解 决 人 脸 画 像 识 别 问 题 关 键 仍 然 是 需 要 寻 找 一 种 有 效 的 不 变 特 征 描 述 子 3>A %5' ">%% 5,% 描 述 子 于 年 由 -!! 等 人 提 出 通 过 计 算 统 计 图 像 梯 度 信 息 ( 从 而 描 述 图 像 的 轮 廓 信 息 由 于 它 具 有 良 好 的 图 像 信 息 表 达 能 力 得 到 广 泛 的 应 用 年 A!5 等 人 将 3>A 描 述 子 推 广 到 人 脸 画 像 识 别 领 域 他 们 的 研 究 表 明 3>A 描 述 子 可 以 有 效 地 描 述 人 脸 眼 鼻 嘴 器 官 的 边 缘 特 征 对 人 脸 的 细 纹 理 特 征 如 阴 影 等 则 表 现 力 较 弱 但 他 们 未 对 影 响 3>A 特 征 向 量 的 主 要 参 数 如 方 向 角 数 量 等 进 行 详 细 分 析 本 文 认 为 要 提 高 3>A 描 述 子 提 取 人 脸 画 像 信 息 的 能 力 需 要 根 据 待 分 析 图 像 的 特 点 即 人 脸 画 像 的 轮 廓 特 征 丰 富 细 节 纹 理 特 征 较 弱 对 3>A 特 征 向 量 生 成 过 程 中 涉 及 的 主 要 参 数 进 行 深 入 研 究 本 文 提 出 了 梯 度 算 子 模 板 的 数 学 模 型 借 助 于 该 数 学 模 型 通 过 实 验 提 出 #%$ 算 子 将 其 替 换 3>A 描 述 子 的 中 心 对 称 梯 度 算 子 得 到 新 的 不 变 特 征 描 述 子 #) 3>A 优 化 #)3>A 描 述 子 统 计 图 像 梯 度 信 息 过 程 涉 及 的 主 要 参 数 使 得 #)3>A 特 征 向 量 可 以 更 好 地 描 述 人 脸 画 像 轮 廓 特 征 针 对 人 脸 画 像 识 别 研 究 中 缺 乏 ( 实 验 用 人 脸 刑 侦 画 像 库 问 题 本 文 建 立 由 不 同 画 家 完 成 的 ;## 库 用 于 模 拟 人 脸 刑 侦 画 像 库 最 后 本 文 在 人 脸 观 察 画 像 库 ;## 库 及 4*&4 人 脸 合 成 画 像 库 上 与 通 用 的 #& =4 和 3>A 描 述 子 进 行 了 比 较 实 验 结 果 表 明 本 文 提 出 的 #)3>A 描 述 子 可 更 好 地 描 述 人 脸 画 像 的 特 征 '& 梯 度 方 向 直 方 图 7; 描 述 子 基 本 原 理 3>A 描 述 子 的 核 心 依 据 是 对 象 的 局 部 外 观 或 形 状 可 以 由 局 部 内 的 梯 度 边 方 向 的 分 布 来 描 述 而 无 需 知 道 相 应 梯 度 边 的 准 确 位 置 这 类 似 铅 笔 素 描 用 线 条 描 绘 人 物 和 场 景 图 为 -!! 等 人 提 出 的 生 成 3>A 特 征 向 量 流 程 图 中!$$! 分 别 指 指 采 集 窗 口 单 元 图 生 成 3>A 特 征 向 量 流 程 5!7"5%5%3>A"%+$% '%& 梯 度 值 和 梯 度 方 向 计 算 在 计 算 梯 度 时 -!! 等 人 使 用 中 心 对 称 梯 度 算 子? 及 其 转 置 设 图 像 的 像 素 61 其 梯 度 值 6 1 和 梯 度 方 向 6 1 由 式 和 式 求 得 6 1 61. 0610. 61. 0610 9
. 仪 器 仪 表 学 报 第 卷 6 1 $%61. 0610 9 61. 0610 ''& 单 元 梯 度 方 向 直 方 图 在 计 算 图 像 的 梯 度 方 向 直 方 图 时 首 先 要 对 图 像 进 行 分 块 设 一 幅 图 像 被 均 匀 分 成 个!$ B 每 个!$ 被 均 匀 分 成 2 个 $!$ 每 个 $! 包 含 个 像 素 8! 6 表 达 式 如 式 < 所 示 B ' B ' 2 $ ' $ 2 ( 6 式 中 B 指 第 个!$ $ 为 B 中 第 个 $! 6 为 $ 中 第 个 像 素 图 像 分 块 策 略 及 8!$!!$ 的 关 系 示 意 图 如 图 所 示 (& 本 文 提 出 的 素 描 梯 度 方 向 直 方 图 描 述 子 57; (%& 素 描 5# 算 子 图 $ 为 人 脸 照 片 及 其 对 应 的 人 脸 观 察 画 像 一 种 多 风 格 人 脸 画 像 可 知 人 脸 观 察 画 像 多 风 格 人 脸 画 像 种 画 像 均 与 相 应 的 人 脸 照 片 在 五 官 的 分 布 结 构 上 类 似 在 细 纹 理 特 征 上 存 在 较 大 的 差 异 因 此 本 文 认 为 能 否 有 效 提 取 眼 鼻 嘴 器 官 及 脸 型 的 轮 廓 信 息 是 人 脸 画 像 识 别 的 关 键 梯 度 算 子 提 取 的 像 素 梯 度 值 和 梯 度 方 向 代 表 图 像 轮 廓 强 度 和 轮 廓 方 向 信 息 是 影 响 3>A 特 征 向 量 的 重 要 因 素 本 文 提 出 一 种 梯 度 算 子 模 板 的 数 学 模 型 并 通 过 实 验 尝 试 不 同 的 梯 度 算 子 找 到 最 适 合 表 述 人 脸 画 像 和 照 片 眼 鼻 嘴 器 官 及 脸 型 的 轮 廓 信 息 的 梯 度 算 子 本 文 研 究 影 响 梯 度 算 子 性 能 的 个 因 素 模 板 的 大 小 平 均 滤 波 是 否 加 权 其 中 模 板 水 平 模 板 或 垂 直 模 板 的 大 小 可 以 进 一 步 理 解 为 该 模 板 在 单 次 卷 积 运 算 中 处 理 的 像 素 个 数 和 模 板 本 身 的 大 小 平 均 滤 波 加 权 即 距 离 模 板 中 心 不 同 距 离 的 像 素 在 运 算 时 具 有 不 同 权 重 图 从 左 至 右 分 别 为 图 像 分 块 策 略 和 8! $! 与!$ 的 关 系 5 '!"%%5% % ' 5,+,5%%56,!%8 "8!$!,!$ 在 完 成 梯 度 值 和 梯 度 方 向 计 算 及 图 像 分 块 后 将 $ 内 的 像 素 梯 度 方 向 分 到 个 方 向 角 中 再 将 $ 内 的 像 素 梯 度 值 线 性 投 票 到 方 向 角 中 则 生 成 $ 的 梯 度 方 向 直 方 图 6 6 # $ 6 # <. < 0. 式 中 09 或 9 为 $ 内 所 有 梯 度 方 向 处 于 第 个 方 向 角 内 的 像 素 其 梯 度 值 的 线 性 累 加 和 是 的 维 度 '(& 归 一 化 及 7; 特 征 向 量 -!! 等 提 出 =)'=36=)'=):%( 种 方 式 对 B 内 的 $! 梯 度 直 方 图 进 行 归 一 化 为 采 用 =)' 的 B 的 归 一 化 梯 度 方 向 直 方 图 2 槡 式 中 为 最 小 常 数 最 终 的 3>A 梯 度 方 向 直 方 图 由 式 求 得 图 人 脸 照 片 及 对 应 不 同 人 脸 画 像 5 $8%, $8,5"$%$ 本 文 提 出 的 梯 度 算 子 模 板 的 数 学 模 型 & 5 平 均 滤 波 和 & 5 加 权 平 均 滤 波 为 平 均 滤 波 是 否 加 权 的 标 志 该 模 型 的 & 为 #6''%6 的 头 字 母 意 指
第 期 李 伟 红 等 素 描 梯 度 方 向 直 方 图 用 于 人 脸 画 像 识 别. 梯 度 算 子 的 模 板 为 方 形 中 心 对 称 结 构 为 梯 度 算 子 水 平 模 板 或 垂 直 模 板 单 次 卷 积 运 算 处 理 的 像 素 个 数 5 为 梯 度 算 子 水 平 模 板 水 平 边 长 以 像 素 个 数 计 算 或 垂 直 模 板 的 垂 直 边 长 关 于 模 型 & 5 的 权 重 设 置 距 离 模 板 中 心 最 近 的 位 置 权 重 加 其 他 保 持 不 变 本 文 尝 试 不 同 的 梯 度 算 子 以 找 到 最 优 的 梯 度 算 子 首 先 是 平 均 滤 波 的 种 梯 度 算 子 其 模 板 模 型 为 参 数 F ( 与 5F ( 彼 此 搭 配 而 成 该 种 梯 度 算 子 的 水 平 模 板 如 图 ( 所 示 垂 直 模 板 为 水 平 模 板 的 转 置 其 次 是 加 权 平 均 滤 波 的 种 梯 度 算 子 其 模 板 模 型 为 参 数 F 与 5F ( 彼 此 搭 配 形 成 该 种 梯 度 算 子 的 水 平 模 板 如 图 ( 所 示 相 较 于 3>A 描 述 子 的 原 始 梯 度 算 子 #%$ 算 子 使 得 更 多 的 邻 域 像 素 对 中 心 像 素 的 梯 度 计 算 有 影 响 平 滑 作 用 更 加 明 显 使 得 其 提 取 的 梯 度 幅 值 图 像 轮 廓 能 够 更 加 的 清 晰 厚 重 图 $ 为 图 $ 经 #%$ 算 子 处 理 后 得 到 的 梯 度 幅 值 图 像 及 局 部 放 大 图 可 以 看 到 #%$ 算 子 提 取 得 到 的 人 脸 画 像 的 脸 型 及 眼 鼻 嘴 器 官 的 轮 廓 特 征 更 清 晰 厚 重 至 此 本 文 将 #%$ 算 子 替 换 3>A 描 述 子 的 原 始 梯 度 算 子 得 到 #) 3>A 描 述 子 图 ( 从 左 至 右 分 别 为 平 均 滤 波 梯 度 算 子 水 平 模 板 与 加 权 平 均 滤 波 梯 度 算 子 水 平 模 板 5( '!"%%5% % +5"!%55,% 8%!+!%'8!%, 75%, +5"!%55,% 8%!+!%'8!% 本 文 通 过 对 以 上 不 同 梯 度 算 子 进 行 对 比 实 验 拟 从 中 选 取 最 佳 梯 度 算 子 本 文 将 表 现 最 优 的 & (( 型 模 板 对 应 的 梯 度 算 子 称 为 素 描 #%$ 算 子 实 验 过 程 见 第 ( 节 实 验 部 分 模 板 如 图 所 示 图 从 左 至 右 依 次 为 #%$ 算 子 的 水 平 垂 直 模 板 5 '!"%%5% % %9%!, +%$!%'8!%"%#%$ 8% 图 第 行 图 $, 分 别 为 图 的 $, 经 3>A 描 述 的 中 心 对 称 梯 度 算 子 处 理 后 得 到 的 梯 度 幅 值 图 像 和 局 部 图 像 第 行 图 $, 为 图 的 $, 经 #%$ 算 子 处 理 后 得 到 的 梯 度 幅 值 图 像 和 局 部 图 像 5"%75,%' 5%,' 5, 8 %' 5 $, %, 8$%+!66 8$5' 5 $, %5 $%6''%$! 5,%8%"3>A,$8%$, 75,% ' 5%,' 5, 8 %' 5 $, %, 8$%+!668$5' 5 $, %5 %#%$ 8% ('&57; 描 述 子 中 的 其 他 参 数 除 梯 度 算 子 以 外 #)3>A 描 述 子 捕 获 对 象 特 征 的 能 力 还 取 于 图 像 分 块 策 略 方 向 角 数 量 及 梯 度 符 号 等 本 文 对 这 些 参 数 进 行 深 入 研 究 并 优 化 进 一 步 提 升 了 #)3>A 描 述 子 图 像 信 息 表 达 能 力 图 像 分 块 策 略 图 像 分 块 策 略 包 含 个 部 分 图 像 是 否 重 叠 分 块!$ 与 $! 大 小 图 像 重 叠 分 块 -!! 等 人 认 为 相 较 于 不 重 叠 分 块 对 图 像 进 行 重 叠 分 块 只 是 多 生 成 了 一 定 量 的 冗 余 信 息 没 有 对 重 叠 分 块 为 何 使 结 果 更 加 优 异 作 出 解 释 本 文 认 为 所 谓 冗 余 信 息 具 有 一 定 积 极 意 义 将 相 邻 两 块!$ 的 #) 3>A 特 征 向 量 记 为 和 +!8 和 +!8 分 别 为 该 相 邻 两 块!$ 重 叠 部 分 的 #)3>A 特 征 向 量 在 和 分 别 归 一 化 式 后 +!8 和 +!8 具 有 差 异 性
. 仪 器 仪 表 学 报 第 卷 +!8 +!8 槡 { +!8 +!8 槡 式 中 为 最 小 常 数 此 时 虽 然 和 是 相 同 图 像 部 位 产 生 的 #)3>A 特 征 向 量 却 表 达 着 不 一 样 的 信 息 因 此 冗 余 信 息 具 有 一 定 的 积 极 意 义!$$! 对 图 像 #)3>A 特 征 向 量 的 影 响 本 文 讨 论 种 不 同 图 像 分 块 方 式 以 说 明 不 同 的!$$! 的 大 小 对 最 终 的 #)3>A 特 征 向 量 会 产 生 不 同 的 影 响 本 文 将 一 种 图 像 分 块 方 式 中 的 第 个!$ 记 为 B B 中 第 个 $! 记 为 $ $ 中 第 个 像 素 为 6 图 像 中!$ 的 数 量 记 为!$ 中 $! 数 量 记 为 2 $! 中 像 素 数 量 记 为 同 理 将 另 一 种 图 像 分 块 方 式 中 相 关 参 数 记 为 B $ 6 2 种 图 像 分 块 方 式 的 不 同 情 况 有 种 2 与 2 与 至 少 有 一 对 参 数 不 相 等 本 文 讨 论 第 种 2 等 于 2 不 等 于 此 时 不 等 于 首 先 由 式. 可 知 $ 与 $ 的 特 征 向 量 的 维 数 共 同 由 值 决 定 而 相 同 由 式 和 可 知 两 幅 图 像 最 终 的 #)3>A 特 征 向 量 维 数 <2 < 与 < 2 < 不 相 同 其 次 由 式 可 知 与 不 相 等 使 得 $ 与 $ 的 #)3>A 特 征 向 量 构 成 不 同 由 式. 可 知 B 和 B 的 #)3>A 特 征 向 量 也 将 具 有 差 异 这 使 得 经 过 式 的 归 一 化 处 理 后 的 B 和 B 相 同 位 置 的 像 素 特 征 值 将 不 一 样 设 6 6 为 个 相 同 位 置 的 像 素 它 们 的 特 征 值 将 不 一 样 见 式 槡 { 槡 式 中 为 B B 的 #)3>A 特 征 向 量 为 最 小 常 数 由 于 B 和 B 包 含 的 像 素 数 量 不 一 致 使 得 在 局 部 上 不 能 严 格 说 明 种 图 像 分 块 方 式 下 所 有 相 同 位 置 像 素 的 特 征 值 不 一 样 但 从 全 局 来 看 可 以 得 出 种 图 像 分 块 方 式 下 所 有 相 同 位 置 像 素 的 特 征 值 不 一 样 这 一 结 论 至 此 可 以 得 出 两 点 结 论 第 一 幅 图 像 #)3>A 特 征 向 量 维 数 不 同 第 二 幅 图 像 相 同 位 置 像 素 的 特 征 值 不 同 因 此 幅 图 像 的 #)3>A 特 征 向 量 具 有 差 异 性 方 向 角 数 量 及 梯 度 符 号 从 式. 可 知 单 元 $ 特 征 向 量 的 维 数 由 方 向 角 的 数 量 决 定 根 据 式 基 于 个 方 向 角 将 $ 的 梯 度 信 息 统 计 得 到 维 数 为 的 特 征 向 量 单 元 含 有 的 梯 度 信 息 有 限 的 值 不 能 过 于 极 端 过 小 则 使 得 $ 的 梯 度 信 息 过 于 集 中 过 大 则 使 得 $ 的 梯 度 信 息 过 于 分 散 计 算 像 素 梯 度 方 向 时 需 考 虑 梯 度 的 符 号 一 般 情 况 下 梯 度 方 向 的 范 围 设 定 为 < 无 符 号 梯 度 或 < 有 符 号 梯 度 无 符 号 梯 度 时 像 素 梯 度 方 向 可 由 式 求 得 有 符 号 梯 度 时 像 素 梯 度 方 向 由 式 求 得 令 61. 0610161. 06 100 %$%91 18 %$%91. 1= %$%91 0 =1= E 6 1 9 81 09 =1 未 定 义 1 据 式 和 的 计 算 结 果 如 图. 所 示 图 中 横 坐 标 表 示 的 是 直 方 图 属 性 值 大 小 所 有 梯 度 方 向 处 于 各 个 方 向 角 内 的 像 素 其 梯 度 值 的 线 性 累 加 和 纵 坐 标 表 示 的 是 方 向 角 分 布 从 图 中 可 以 看 到 有 符 号 梯 度 和 无 符 号 梯 度 种 情 况 的 直 方 图 存 在 相 关 性 和 差 异 性 差 异 性 体 现 在 属 性 个 数 有 符 号 梯 度 下 直 方 图 属 性 个 数 是 对 应 的 无 符 号 梯 度 下 直 方 图 属 性 个 数 的 两 倍 和 属 性 值 个 参 数 均 不 相 同 这 使 得 两 种 情 况 的 $! 直 方 图 不 同 最 终 使 得 种 情 况 的 图 像 #)3>A 特 征 向 量 不 同 本 文 认 为 当 梯 度 为 有 符 号 时 像 素 梯 度 方 向 分 布 于 ( 个 大 方 向 见 图. 使 得 梯 度 信 息 分 布 更 加 均 衡 免 于 冗 余 有 利 于 梯 度 信 息 的 统 计 图. 有 符 号 梯 度 下 的 直 方 图 转 化 为 无 符 号 梯 度 下 的 直 方 图 流 程 5. "!7"5, 5,%%5'%!%% 5, 5,%%5' 以 上 内 容 是 对 相 关 参 数 的 优 化 提 供 理 论 依 据 实 验 过 程 详 见 第 ( 节 实 验 部 分
第 期 李 伟 红 等 素 描 梯 度 方 向 直 方 图 用 于 人 脸 画 像 识 别.,& 实 验 结 果 与 分 析 人 脸 观 察 画 像 库 由 0* 库 和 3B 库 组 成 共 包 含 对 人 脸 观 察 画 像 2 照 片 对 ;## 库 包 含 位 画 家 完 成 幅 风 格 各 异 的 人 脸 画 像 每 种 风 格 幅 模 拟 对 象 来 源 于 0* 库 4*&4 人 脸 合 成 画 像 库 包 含 0* 库 的 张 照 片 和 对 应 的 人 脸 合 成 画 像 它 是 由 实 验 人 员 对 照 着 0* 库 中 照 片 使 用 人 脸 合 成 画 像 软 件 0# 和 &,%B% 合 成 的 该 库 包 括 个 子 库 分 别 为 美 籍 实 验 人 员 利 用 0# 软 件 合 成 的 人 脸 合 成 画 像 库 美 籍 实 验 人 员 利 用 &,%B% 软 件 合 成 的 人 脸 合 成 画 像 库 和 亚 洲 籍 实 验 人 员 利 用 0) # 软 件 合 成 的 人 脸 合 成 画 像 库 文 献 的 实 验 结 果 得 出 美 籍 实 验 人 员 利 用 0# 软 件 合 成 的 人 脸 合 成 画 像 库 要 明 显 优 于 其 他 个 人 脸 合 成 画 像 子 库 因 此 本 文 的 实 验 在 该 库 上 进 行 图 为 人 脸 照 片 图 为 对 的 人 脸 观 察 画 像 图 $ < 为 种 风 格 的 多 风 格 人 脸 画 像 样 本 实 例 图 图 " 为 实 验 用 人 脸 合 成 画 像 库 例 图 中 选 取 人 脸 观 察 画 像 库 全 部 对 人 脸 画 像 2 照 片 对 ;## 库 画 像 识 别 实 验 中 共 有 ( 个 测 试 集 种 风 格 的 人 脸 画 像 及 对 应 的 人 脸 照 片 分 别 作 为 测 试 集 另 外 随 机 从 这 种 风 格 人 脸 画 像 中 抽 取 对 人 脸 画 像 2 照 片 对 作 为 测 试 集 在 人 脸 合 成 画 像 库 实 验 中 选 取 人 脸 合 成 画 像 库 对 人 脸 合 成 画 像 与 照 片 对 所 有 实 验 中 的 图 像 均 裁 剪 为 像 素 头 发 区 域 均 被 除 去 ( 分 类 器 为 基 于 欧 式 距 离 的 最 近 邻 分 类 器 F 实 验 重 复 次 数 为,%&57; 描 述 子 的 参 数 设 置 实 验 获 取 #%$ 算 子 实 验 表 为 不 同 模 型 梯 度 算 子 的 人 脸 画 像 识 别 结 果 模 型 中 为 平 均 滤 波 是 否 加 权 的 标 志 可 知 模 型 为 & (( 的 梯 度 算 子 识 别 结 果 最 优 该 模 型 算 子 即 为 #%$ 算 子 此 时!$$! F $! 像 素 8! 图 像 不 重 叠 分 块 有 符 号 梯 度 为 归 一 化 方 式 为 =)' 表 %& 不 同 梯 度 算 子 的 识 别 结 果 "%& 梯 度 算 子 模 型 & & & (. 加 权 平 均 梯 度 算 子 模 型 & 5 & ( & ( & ((...3( & & & ( 梯 度 算 子 模 型 & & & ( 非 加 权 平 均 梯 度 算 子 模 型 & 5 ( & & & ( 图 人 脸 照 片 及 对 应 的 各 类 人 脸 画 像 5 $8%, $8,5"$%$ 本 文 实 验 包 括 #%$ 算 子 提 出 实 验 依 据 及 #)3>A 描 述 子 的 参 数 设 置 实 验 不 同 不 变 特 征 描 述 子 对 比 实 验 拟 与 尺 度 不 变 特 征 转 换 #& 描 述 子 梯 度 方 向 直 方 图 3>A 描 述 子 和 统 一 局 部 二 值 模 式 =4 描 述 子 对 于 =4 描 述 子 邻 域 半 径 5F 实 验 拟 分 别 在 人 脸 观 察 画 像 库 ;## 库 上 和 4*&4 人 脸 合 成 画 像 库 上 进 行 其 中 人 脸 观 察 画 像 识 别 实 验 图 像 分 块 策 略 实 验 图 像 分 块 策 略 涉 及 $!!$ 大 小 以 及 图 像 是 否 重 叠 分 块 方 面 首 先 将!$ 和 $! 设 置 为!$ $! F $! 8! $! 8)! $! 8! $! 8)! $! 8! $! 8)! 其 次 重 叠 分 块 方 式 以!$ 边 长 为 单 位 对 图 像 进 行 分 块 移 动 单 位 为 2 分 块 示 意 图 如 图 所 示 此 时 有 符 号 梯 度 F 归 一 化 方 式 为 =)' 实 验 结 果 如 表 所 示 可 知 $! 8! 表 现 最 佳 重 叠 分 块 使 得 #)3>A 描 述 子 的 有 轻 微 的 提
.( 仪 器 仪 表 学 报 第 卷 升 虽 然 重 叠 与 非 重 叠 分 块 的 最 佳 相 等 不 过 重 叠 分 块 时 稳 定 性 更 好 因 此 本 文 在 图 像 分 块 时 选 择 重 叠 分 块 表 '& 不 同 分 块 策 略 下 人 脸 观 察 画 像 识 别 结 果 "'&##!$ $! 重 叠 非 重 叠 $! 8! $! 8! (. $! 8!.(.( $! 8! (. $! 8!.... $! 8!.(! 梯 度 方 向 直 方 图 生 成 过 程 参 数 设 置 实 验 将 梯 度 方 向 的 方 向 角 等 间 距 分 布 在 到 无 符 号 梯 度 F 或 到 有 符 号 梯 度 F ( 此 时!$$! F $! 8! 图 像 重 叠 分 块 归 一 化 方 式 为 =)' 实 验 结 果 如 表 所 示 可 知 当 有 符 号 梯 度 效 果 更 佳 F 时 实 验 效 果 最 优 表 (& 不 同 值 符 号 梯 度 的 人 脸 观 察 画 像 识 别 结 果 "(&## $!!$ 2 图 像 分 块 方 式 无 符 号 梯 度 有 符 号 梯 度.. $!.. 8! 2 重 叠 (.( 总 结 以 上 实 验 #)3>A 描 述 子 的 最 优 参 数 配 置 为!$ $! F $! 8! 重 叠 分 块 有 符 号 梯 度 F 归 一 化 方 式 为 =)','& 不 同 不 变 特 征 描 述 子 对 比 实 验 本 文 实 验 基 本 框 架 如 图 所 示 比 较 实 验 结 果 如 表 ( 所 示 表,& 人 脸 观 察 画 像 中 不 同 不 变 特 征 描 述 子 实 验 结 果 ",&#* #&&& 不 变 特 征 描 述 子 =4 #& ( 3>A #)3>A 图 基 于 不 变 特 征 描 述 人 脸 画 像 识 别 框 架 5 $%$ $5% "'7 +%"%,$8% 从 表 ( 中 可 以 看 到 在 对 人 脸 观 察 画 像 进 行 识 别 时 #)3>A 描 述 子 的 较 =4 描 述 子 #& 描 述 子 3>A 描 述 子 分 别 提 升 ( 从 表 可 知 在 对 多 风 格 人 脸 画 像 进 行 识 别 时 #) 3>A 描 述 子 的 较 =4 描 述 子 #& 描 述 子 3>A 描 述 子 分 别 提 升 ( 表 -& 不 同 不 变 特 征 描 述 子 的 455 库 画 像 识 别 结 果 "-&45"## # ;## 库 画 像 风 格 2 照 片 不 变 特 风 格 20* 风 格 20* 风 格 20* 风 格 混 合 20* 征 描 述 子, 3B, 3B, 3B, 3B =4 #& ( (( 3>A (. #)3>A.
第 期 李 伟 红 等 素 描 梯 度 方 向 直 方 图 用 于 人 脸 画 像 识 别. 由 表 可 知 在 对 人 脸 合 成 画 像 进 行 识 别 时 #) 3>A 描 述 子 的 较 =4 描 述 子 #& 描 述 子 3>A 描 述 子 分 别 提 升. 和 ( 值 得 注 意 的 是 虽 然 本 文 方 法 得 到 的 并 不 高 但 就 目 前 在 人 脸 合 成 画 像 研 究 领 域 的 报 道 其 识 别 率 均 很 低 最 好 识 别 结 果 也 仅 为 左 右 相 对 而 言 本 文 方 法 操 作 简 单 具 有 很 好 的 实 际 应 用 价 值 可 以 说 本 文 方 法 优 于 文 献 的 方 法 可 见 人 脸 合 成 画 像 识 别 难 度 很 大 目 前 也 正 在 开 展 对 人 脸 合 成 画 像 识 别 的 专 题 研 究 表.& 人 脸 合 成 画 像 中 不 同 不 变 特 征 描 述 子 实 验 结 果 ".&0#* # 不 变 特 征 描 述 子 -& 结 && 论 =4 #& (.. 3>A. #)3>A 首 先 针 对 人 脸 画 像 的 特 点 本 文 提 出 了 一 种 新 的 不 变 特 征 描 述 子 #)3>A #)3>A 描 述 子 的 特 点 在 于 #%$ 算 子 使 得 更 多 的 邻 域 像 素 对 中 心 像 素 的 梯 度 计 算 有 影 响 能 更 好 地 计 算 人 脸 画 像 梯 度 信 息 基 于 实 验 得 到 的 优 化 参 数 使 得 #)3>A 描 述 子 更 好 地 统 计 人 脸 画 像 梯 度 信 息 其 次 针 对 缺 乏 公 开 的 实 验 用 人 脸 刑 侦 画 像 库 的 问 题 本 文 建 立 了 ;## 库 模 拟 人 脸 刑 侦 画 像 库 最 后 本 文 开 展 了 相 关 的 实 验 实 验 结 果 表 明 在 人 脸 观 察 画 像 库 上 提 出 的 #)3>A 描 述 子 比 =4 #& 3>A 描 述 子 的 提 高 了 ( 在 ;## 库 上 可 提 高 ( 在 人 脸 合 成 画 像 库 上 可 提 高. 和 ( 可 见 #)3>A 描 述 子 可 以 较 好 的 描 述 人 脸 画 像 的 特 征 参 考 文 献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戴 金 波 赵 宏 伟 刘 君 玲 等 一 种 针 对 于 描 述 子 的 #& 简 化 方 法 仪 器 仪 表 学 报 ) -0& 130> 3 @ =& = %!#'8!", #&!5%',,$8% )! " #$%"$ &%'% ) 扬 世 沛 陈 杰 周 莉 等 一 种 基 于 #& 的 图 像 特 征 匹 配 方 法 电 子 测 量 技 术 (. ) 0A#34 3 13>= %!&' 5"% ' %$5'%,, #&!$%$;) '%$!56 (. ) 詹 曙 胡 德 凤 蒋 建 国 结 合 A=@ 和 =4 提 取 纹 理 特 征 的 图 像 分 割 电 子 测 量 与 仪 器 学 报 ( ) 130#3 3- &0AA', 7% A=) @, =4%$%%%"%"' 55') %%!"!$%$;'%, &) %'%% ( ) -0=0= *&AA# 3%5'"%, 5,% "',%$%&'8%#$%6") $ 4* ) ( 陈 刚 王 峰 尤 红 建 等 基 于 光 学 A4 图 像 切 片 的 #0* 图 像 自 动 匹 配 方 法 国 外 电 子 测 量 技 术
. 仪 器 仪 表 学 报 第 卷 ()( 3A @0A >3 %!#0*' 55) %%!5%'$, 8%$A4!$ ) 5!$%$ ;'%$!56 ()( 33 B=0* >B %!; %$5$') 8%%$%"$8% 0 $'8%), 8) 8$&&"' % $, #) $%6 )( 李 勃 郁 健 江 登 表 等 基 于 #)#=4 的 混 合 时 空 背 景 建 模 算 法 仪 器 仪 表 学 报.). =& &0A- %!#)#=4, 8 $) %'', $5, ',!5!5%'!" #$%"$ &%'%.). 作 者 简 介 李 伟 红 通 讯 作 者 年 于 重 庆 大 学 获 得 博 士 学 位 现 为 重 庆 大 学 副 教 授 主 要 研 究 方 向 为 模 式 识 别 图 像 处 理 96 8,5 % ) $+, 4-,5"'5:5) +%6 7 $%8") 5:5+%63$'!6"$ 8 %) % $5% ' 58$5 付 伟 锋 年 于 重 庆 大 学 获 得 硕 士 学 位 主 要 研 究 方 向 为 模 式 识 别 图 像 处 理 6 $+, ;5,5 "' 5:5+%6 (3) $'!6"$ 8 % $5%, ' 58$5