信息融合在三維人臉識(shí)別中的應(yīng)用.pdf

1、人臉識(shí)別已經(jīng)有多年的研究歷史，它正在被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到日常生活和工作環(huán)境中，比較常見(jiàn)的有：身份鑒別及驗(yàn)證系統(tǒng)，交互系統(tǒng)，公共安全系統(tǒng)，法律約束系統(tǒng)等。目前人臉識(shí)別分為二維人臉識(shí)別和三維人臉識(shí)別。二維人臉識(shí)別面臨許多挑戰(zhàn)，比如人臉姿勢(shì)和光照明變化，人臉面部表情的多樣性等。為了能更好的解決這些問(wèn)題，隨著三維掃描技術(shù)的發(fā)展，三維人臉識(shí)別算法被提出來(lái)，并且迅速成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。本文正是采用三維人臉識(shí)別的方法，旨在克服頭部姿勢(shì)

2、和光照明變化對(duì)人臉識(shí)別造成的影響。
　　 雖然一般來(lái)說(shuō)三維人臉識(shí)別與二維人臉識(shí)別相比具有更高的準(zhǔn)確率，但是三維人臉識(shí)別仍然面臨許多挑戰(zhàn)：一方面，目前的三維人臉識(shí)別率仍不能滿足大家對(duì)識(shí)別率的要求，三維人臉識(shí)別在設(shè)備部署等方面與二維人臉識(shí)別相比需要更多的費(fèi)用，自然大家對(duì)三維人臉識(shí)別的期望值也比二維人臉識(shí)別要高；另一方面，運(yùn)行效率亟待提高，三維人臉識(shí)別需要處理大量的數(shù)據(jù)，空間復(fù)雜度和時(shí)間復(fù)雜度會(huì)比較大，如何高效地進(jìn)行識(shí)別是一項(xiàng)比較嚴(yán)峻

3、的課題。本文正是為了解決這兩大問(wèn)題，基于信息融合的思想提出了新的方法。
　　 信息融合在多特征識(shí)別中受到廣泛的關(guān)注。按照融合層次的不同，大致分為特征融合，匹配度融合，和決策層融合。在特征層，從不同的數(shù)據(jù)源獲得的數(shù)據(jù)可以被組合成一個(gè)新的數(shù)據(jù)來(lái)代替原有的數(shù)據(jù)，這稱為特征融合；匹配度是用來(lái)度量?jī)蓚€(gè)特征向量的匹配程度的一個(gè)量，在匹配度層，多個(gè)匹配度向量被組合成一個(gè)新的匹配度向量，稱為匹配度融合；在決策層，假如有多種決策方法，比如歐式距離

4、最小，通過(guò)每種決策的方法可以得到一個(gè)最終的決策值，多個(gè)決策值組合在一起可以得到一個(gè)最終的決策值，這就是決策層融合。本文將特征融合和匹配度融合用于三維人臉識(shí)別中以提高識(shí)別率。
　　 本文提出了一種新的基于多階段多特征融合的三維人臉識(shí)別方法。特征圖像有三種：最大主曲率圖像，平均邊長(zhǎng)圖像，距離圖像。本文利用這三種圖像和提出的多特征多階段融合方法進(jìn)行人臉識(shí)別。融合過(guò)程要解決的關(guān)鍵問(wèn)題在于融合策略的確定。本文提出了一種新的加權(quán)求和的并行融

5、合策略用于特征融合，匹配度融合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)特征融合在某些情況下優(yōu)于匹配度融合，而在某些情況下正好相反，基于它們的互補(bǔ)特性，本文提出了一種新的融合方法：兩階段融合（二級(jí)融合），從而把特征融合和匹配度融合組合在一起，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)。為了提高程序運(yùn)行的效率，網(wǎng)格簡(jiǎn)化方法被應(yīng)用在三維數(shù)據(jù)預(yù)處理中，該方法有效的減少了數(shù)據(jù)，降低了程序的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)和空間開(kāi)銷(xiāo)。為了驗(yàn)證算法的正確性，本文做了大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。用于實(shí)驗(yàn)的三維人臉數(shù)據(jù)庫(kù)是由日本熊本大學(xué)內(nèi)

6、村實(shí)驗(yàn)室提供的，該數(shù)據(jù)集包含38個(gè)個(gè)體的3D人臉數(shù)據(jù)，每個(gè)個(gè)體含有10個(gè)樣本。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在用于人臉識(shí)別的三種特征圖像中，使用距離圖像進(jìn)行識(shí)別的準(zhǔn)確率要高于使用主曲率圖像和平均邊長(zhǎng)圖像的準(zhǔn)確率；在對(duì)采用的兩種參數(shù)化方法PCA+LDA和PCA進(jìn)行對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，采用PCA+LDA時(shí)的識(shí)別率要高于采用PCA方法時(shí)的識(shí)別率；在對(duì)提出的用于信息融合的加權(quán)求和方法的驗(yàn)證中，發(fā)現(xiàn)采用新的權(quán)值計(jì)算方法比已有的權(quán)值計(jì)算方法具有更高的識(shí)別率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明

7、本文提出的二級(jí)融合的性能要高于原有的特征融合和匹配度融合的性能；此外，本文所采用的網(wǎng)格簡(jiǎn)化方法不僅可以提高識(shí)別率，還可以很大程度上降低程序運(yùn)行的時(shí)空開(kāi)銷(xiāo)。
　　 本文另外一個(gè)貢獻(xiàn)在于建立了一個(gè)人臉識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以用于二維人臉識(shí)別，也可以用于三維人臉識(shí)別。在進(jìn)行二維人臉識(shí)別時(shí)，該系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，只要在PC機(jī)上安裝有普通的2D攝像頭，就可以實(shí)時(shí)地采集人臉圖像，并且完成從數(shù)據(jù)處理，特征提取到匹配的整個(gè)過(guò)程。對(duì)于三維人臉