人脸识别技术研究毕业论文
目 录
第1章 引 言 ......................................................................................................................................... 2
1.1人脸识别技术的应用与难点 .......................................................................................................... 2
1.1.1 人脸识别技术的广泛应用 ............................................................................................. 3 1.1.2人脸识别技术的难点 .......................................................................................................... 5 1.2人脸识别技术的发展与现状 .......................................................................................................... 5
1.2.1人脸识别技术发展的三个阶段 .......................................................................................... 5 1.2.2国内外发展现状 .................................................................................................................. 6 1.3人脸识别的研究内容与主要方法 .................................................................................................. 6
1.3.1人脸识别的研究内容 .......................................................................................................... 7 1.3.2人脸识别的视觉机理 .......................................................................................................... 7 1.3.3人脸识别系统的组成 .......................................................................................................... 8 1.3.4主要的人脸识别方法 .......................................................................................................... 9 1.4人脸识别测试数据库 .................................................................................................................... 12 1.5本文的主要内容 ............................................................................................................................ 13 第2章 基于主分量分析的人脸识别方法 ................................................................................................. 14
2.1引言 ................................................................................................................................................ 14 2.2主分量分析的理论基础 ................................................................................................................ 14
2.2.1多维统计数据的线性变换 ................................................................................................ 15 2.2.2主分量分析方法 ................................................................................................................ 16 2.3基于主分量分析的人脸识别方法 ................................................................................................ 17
2.3.1基于主分量分析的人脸特征提取 .................................................................................... 17 2.3.2基于主分量分析的人脸分类识别 .................................................................................... 18 2.4实验结果及分析 ............................................................................................................................ 20 2.5本章小结 ........................................................................................................................................ 23 第3章 基于独立分量分析的人脸识别方法 ....................................................................................... 24
3.1引言 ................................................................................................................................................ 24 3.2独立分量分析的理论基础 ............................................................................................................ 24
3.2.1独立分量分析与盲源分离 ................................................................................................ 24 3.2.2独立分量分析的线性模型 ................................................................................................ 25 3.3基于独立分量分析的人脸识别方法 ............................................................................................ 26
3.3.1人脸图像的预处理 ............................................................................................................ 27 3.3.2基于独立分量分析的人脸特征提取 ................................................................................ 28 3.3.3独立分量的排序及选择 .................................................................................................... 30 3.3.4基于ICA系数的人脸分类识别 ........................................................................................ 31 3.4独立分量分析的算法研究 ............................................................................................................ 31
3.4.1 Informax算法 .................................................................................................................. 32 3.4.2 Fast ICA算法及其改进 .............................................................................................. 33
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3.5实验结果及分析 ............................................................................................................................ 35 3.6 本章小结 ....................................................................................................................................... 37 第4章 基于隐马尔可夫模型的人脸识别方法 ......................................................................................... 40
4.1 引言 ............................................................................................................................................... 40 4.2 隐马尔可夫模型的理论基础 ....................................................................................................... 40
4.2.1马尔可夫链 ........................................................................................................................ 40 4.2.2隐马尔可夫模型 ................................................................................................................ 42 4.2.3 隐马尔可夫模型中的三大问题 ....................................................................................... 43 4.2.4隐马尔可夫模型的类型 .................................................................................................... 44 4.3 基于隐马尔可夫模型的人脸识别方法概述 ............................................................................... 44
4.3.1 基于HMM人脸识别的基本原理 ....................................................................................... 44 4.3.2 基于HMM人脸识别的系统概述 ....................................................................................... 45 4.4基于一维隐马尔可夫模型的人脸识别方法 ................................................................................ 45
4.4.1特征提取 ............................................................................................................................ 46 4.4.2模型训练 ............................................................................................................................ 46 4.4.3分类识别 ............................................................................................................................ 48 4.5 基于伪二维隐马尔可夫模型的人脸识别方法 ........................................................................... 48 4.6 基于I以特征和SMV/1翎以的人脸识别方法 ........................................................................... 49 4.7 实验结果及分析 ........................................................................................................................... 50 4.8 本章小结 ....................................................................................................................................... 52 第5章 结束语 ............................................................................................................................................. 53
5.1人脸识别方法评估 ........................................................................................................................ 53
5.1.1 人脸识别方法评估的性能指标 ....................................................................................... 53 5.1.2 本文中人脸识别方法的评估结果 ................................................................................... 54 5.2 本文工作的总结及进一步研究方向的展望 ........................................................................... 55
5.2.1 本文的主要工作 ........................................................................................................... 55 5.2.2进一步研究方向的展望 .................................................................................................... 56
参考文献 ....................................................................................................................................................... 58
第1章 引 言
1.1人脸识别技术的应用与难点
人脸是自然界存在的一种特殊的、复杂的视觉模式，它包含着极其丰富的信息。首先，人脸具有一定的不变性和唯一性，人脸识别是人类在进行身份确认时使用的最为普遍的一种方式，其次，人脸图像还能提供一个人的性别、年龄、种族等有关信息。人类在人脸识别中所表现出来的能力是令人惊异的，但是让计算机能够识别人脸，却是非常困难的问题。迄今为止，人脸识别的认知过程和内在机理仍然是一个未解之谜，如何实
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现一个自动的人脸识别系统仍然是一个悬而未决的难题。
从上个世纪六十年代以来，随着计算机和电子技术的迅猛发展，人们开始利用计算机视觉和模式识别等技术对人脸识别进行研究。近年来，随着相关技术的不断发展和实际需求的日益增加，人脸识别已经引起了越来越多的关注，成为了信息处理和人工智能等领域研究的热点之一，新的研究成果和实用系统也不断涌现。
1.1.1 人脸识别技术的广泛应用
一项技术的问世和发展与人类的迫切需求是密切相关的，飞速发展的社会经济和科学技术使得人类对安全(包括人身安全、隐私保护等)的认识越来越重视。人脸识别的一个重要应用就是人类的身份识别。一般来说，人类的身份识别方式分为三类:
a.特殊物品，包括各种证件和凭证，如身份证、驾驶执照、房门钥匙、印章等； b.特殊知识，包括各种密码、口令和暗号等；
c.人类生物特征，包括各种人类的生理和行为特征，如人脸、指纹、手形、掌纹、虹膜、DNA、签名、语音等。
前两类识别方式属于传统的身份识别技术，其特点是方便、快捷，但致命的缺点是安全性差、易伪造、易窃取。特殊物品可能被丢失、偷盗和复制，特殊知识容易被遗忘、混淆和泄露。相比较而言，由于生物特征是人的内在属性，具有很强的自身稳定性和个体差异性，因此生物特征是身份识别的最理想依据。基于以上相对独特的生物特征，结合计算机技术，发展了众多的基于人类生物特征的身份识别技术，如NDA识别技术、指纹识别技术、虹膜识别技术、语音识别技术和人脸识别技术等。表1-1为各种生物识别技术的综合比较。
表1-1 各种生物特征识别技术的综合比较
生物识别技术在上个世纪己经有了一定的发展，其中指纹识别技术己经趋近成熟，但人脸识别技术的研究目前还处于起步阶段。指纹、虹膜、掌纹等识别技术都需要被识别者的配合，有的识别技术还需要添置复杂昂贵的设备。人脸识别则可以用已有的照片或是摄像头远距离捕捉图像，无须特殊的采集设备，系统的成本低。并且自动人脸识别
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