[發(fā)明專利]基于等距映射的人臉圖像識別方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910198305.7
• 申請日: 2009-11-05
• 公開（公告）號: CN101706871A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 李元祥;魏憲;許鵬
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種圖像處理技術領域的方法，具體是一種基于等距映射的人臉圖像識別方法。

背景技術

傳統(tǒng)模式識別中，經(jīng)典子空間方法如主成分分析法(Principal?ComponentAnalysis，PCA)、Fisher線性判別分析方法(Fisher?Linear?DiscriminantAnalysis，LDA)等本質上都是運用各種優(yōu)化準則尋找高維輸入空間到低維子空間的最佳投影矩陣，它們在人臉、文字識別等應用中取得了良好的效果。但是在遇到一些復雜的非線性問題時，就失去了它們的優(yōu)勢，基于此，非線性方法便應運而生，一種是基于核的方法，另外一種就是基于流形學習的方法。基于譜論的流形學習方法可以分為局部方法與全局方法兩種。

局部流形學習方法起始于Rowels和Saul提出的局部線性嵌入方法(Locally?Linear?embedding，LLE)(S.Roweis?and?L.K.Saul.Nonlineardimensional?reduction?by?locally?linear?embedding[J].Science，December2001?vol.290：2323-2326.)，該方法能夠把高維輸入空間的數(shù)據(jù)點映射到一個全局低維坐標系，同時保留了鄰接點之間的關系，這樣，局部的幾何結構就能夠得到保持，近年來，在LLE方法的基礎上，局部保持流形學習方法逐漸發(fā)展成為一個比較活躍而且相對成熟的重要分支；全局流形學習方法起始于Tenenbaum等提出的等距映射方法(ISOMAP)(J.B.Tenenbaum，V.de?Silva，and?john?C.Langford.A?global?geometric?framework?for?nonlinear?dimensionalreduction[J].Science，2000，vol.290：2319-2323.)，該方法首先構建每個輸入數(shù)據(jù)點的鄰域圖，然后利用鄰域圖中的最短路徑得到近似的測地線距離，代替不能表達內在流形結構的Euclidean距離，最后經(jīng)過多維尺度分析(Multidimensional?Scaling，MDS)處理，發(fā)現(xiàn)嵌入在高維輸入空間的低維嵌入.在人臉和手勢的實驗中，ISOMAP方法發(fā)現(xiàn)了嵌入高維空間中的潛在低維參數(shù)空間。此后，引入了核的思想，一定程度上增強了ISOMAP方法的推廣能力。

以上方法都是基于重構誤差最小化的思想，沒有清晰的投影矩陣，對于模式分類而言不是最優(yōu)的，不能直接應用于識別。

此外，已有的ISOMAP系列方法需要通過計算點與點間的歐氏距離尋找最近鄰，進而得到點與點間的最短路徑。這種基于點的運算對噪聲高度敏感，尤其在圖像識別領域，對哪怕很小的形變都會影響到整個方法的處理效果，不具有拓撲穩(wěn)定性。

鑒于此，為了使等距映射算法能夠很好的應用于模式識別領域，便提出了一種基于鄰域圖像歐氏距離和Direct?LDA的ISOMAP識別方法(KIMD-ISOMAP)，該方法基于鄰域的圖像歐氏距離(Image?Euclidean?Distance，IMED)計算點與點間的距離，進而尋找最近鄰，建立全部數(shù)據(jù)點的距離關系矩陣，較之傳統(tǒng)歐氏距離，圖像歐氏距離考慮到二維圖像像素間的空間位置關系，對圖像噪聲有一定的魯棒性。此外，運用基于鄰域的圖像歐氏距離，可以一定程度上降低距離計算的時間復雜度。同時用直接線性判別分析方法(Direct?LDA)取代多維尺度分析法(MDS)進行降維，MDS方法基于可視化的準則，對分類而言不是最優(yōu)的，不能直接用于識別，基于分類的Direct?LDA方法便能夠很好的解決這個問題，在減小計算復雜度和處理“小樣本問題”上也有一定的優(yōu)勢。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種基于等距映射的人臉圖像識別方法，同時考慮圖像像素間的空間關系特征，用直接線性判別分析方法取代多維尺度分析法，在人臉識別試驗中取得了較高的識別率。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟：