基于人臉圖像的性別識別與年齡估計研究.pdf

1、近年來,基于人臉圖像的生物特征識別研究取得了巨大的發(fā)展,與其它的生物特征相比,人臉特征具有自然性、方便性和非接觸性等優(yōu)點,使其在安全監(jiān)控、身份驗證、人機交互等方面具有巨大的應用前景。基于人臉圖像的性別識別及年齡估計是指根據(jù)人的臉部圖像判別其性別及估計其年齡的模式識別問題。性別識別和年齡估計因其在身份認證、人機接口、視頻檢索以及機器人視覺中存在潛在的應用,成為當前計算機視覺和模式識別領域中的研究課題之一,備受關注。
　　 在生活中

2、,人們能很容易地根據(jù)人臉來判別其性別,也能大致估計年齡,但是讓計算機識別并不容易。來自心理學、計算機視覺、模式識別、人工智能等各領域的研究人員做了大量的研究工作,但賦予計算機與人類同樣的能力仍然是富有挑戰(zhàn)性的研究課題。本文在國內(nèi)外已有的研究基礎上,對性別識別和年齡估計做了較深入的研究。
　　 用于人臉性別識別和年齡估計的特征提取算法僅需要提取人臉區(qū)域的特征,人臉區(qū)域檢測是人臉性別識別和年齡估計的一個必要環(huán)節(jié),其準確性會直接影響到

3、特征提取的有效性。因此研究了基于Adaboost學習算法的人臉檢測方法,采用多級分類器結(jié)構(gòu)和金字塔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)多姿態(tài)人臉檢測并提高了檢測速度。實驗結(jié)果表明該方法是快速有效的。
　　 為歸一化人臉的大小,提出基于Adaboost和快速輻射對稱變換的雙眼定位方法,利用快速輻射對稱變換尋找特征點,用基于Adaboost的方法檢測眉毛眼睛區(qū)域以縮小搜索雙眼的區(qū)域,減少其它特征點對雙眼定位的影響,再利用眼珠模板和雙眼的幾何特征即可準確地定位雙

4、眼。采用基于主動外觀模型的方法定位臉部特征點以提取人臉圖像的局部特征。
　　 性別識別和人臉識別一樣,都需要尋找有效而又穩(wěn)定的面部特征,只是最終識別類別不同。本文研究了人臉性別識別的特征提取和分類方法,如局部二進制模式方法(LBP)、神經(jīng)網(wǎng)絡方法、Adaboost方法、SVM方法,以及直接把人臉圖像的灰度值作為特征的性別識別方法。進一步研究了實際應用環(huán)境對人臉性別識別性能的影響,即把人臉檢測和性別識別兩者連接起來考察人臉性別識別

5、的性能,研究了人臉圖像的尺度大小對性別識別性能的影響。
　　 性別識別方法根據(jù)特征提取方法不同可以分為:基于整體特征的方法和基于局部特征的方法。兩類特征對識別都是必要的,且能互相補充在識別過程中共同起作用。為提高識別率,提出了采用AdaBoost算法提取臉部整體特征,主動外觀模型提取局部特征(臉部幾何特征),融合局部與整體特征后用支持向量機進行分類的方法。本文在一個由AR、FERET、CAS-PEAL、網(wǎng)上收集和實驗室自行采集所

6、共同組成的,包含21,300余張人臉的數(shù)據(jù)庫上,進行了大量有意義的實驗。實驗結(jié)果顯示,融合了整體特征和局部特征后,識別率比基于(單獨)整體特征的、基于(單獨)局部特征的有很大的提高,達到了90％以上。實驗結(jié)果還表明,識別過程中由于有了幾何特征的參與,對于臉部光照、姿態(tài)等變化表現(xiàn)出了更強的魯棒性和更好的識別結(jié)果。
　　 大多數(shù)性別分類方法是對整幅人臉圖像提取特征,相對的,各臉部子區(qū)域受臉部表情變化的影響更小。為提高臉部表情變化時的

7、性別識別率,提出一種基于子區(qū)域特征的性別識別方法。本文詳細比較了臉部各子區(qū)域?qū)π詣e識別的貢獻大小,包括眼睛、鼻子、嘴巴、下巴、左眼區(qū)域,臉內(nèi)部區(qū)域(包括眼睛、鼻子、嘴巴和下巴)、以及整個人臉區(qū)域(帶頭發(fā)的人臉區(qū)域)。用FERET和CAS-PEAL兩個人臉數(shù)據(jù)庫進行實驗,實驗結(jié)果表明人臉部各子區(qū)域同樣具有足夠的與性別相關的信息,用單個子區(qū)域進行性別識別的正確率可以達到80％以上。通過融合臉部對性別識別貢獻較大的子區(qū)域,利用各子區(qū)域包含的臉

8、部特征信息是互補的,進一步提高了性別識別準確率。
　　 提出利用能互相補充的臉部信息,即臉部灰度圖像、臉部Gabor小波特征、以及眼睛區(qū)域,來提高年齡估計的準確率。用Gabor小波提取臉部特征的方法,Gabor小波具有多方向和多尺度選擇的特性,并且能夠獲取對應于空間和頻率的局部結(jié)構(gòu)信息,對于圖像的亮度和對比度變化以及人臉姿態(tài)變化具有較強的魯棒性。為進一步提高準確率,針對男性和女性在人臉年齡特征表現(xiàn)上的差異,以性別信息作為年齡估計