[發明專利]一種基于單樣本的人臉圖像虛擬樣本擴充方法及系統

有效

• 申請號: 201810675044.2
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108898547B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 李鳳蓮;焦江麗;張雪英;黃麗霞;陳桂軍;劉文培
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00;G06V40/16
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王戈

本發明公開了一種基于單樣本的人臉圖像虛擬樣本擴充方法及系統。本方法和系統將非負矩陣分解(NMF)疊加到鏡像變換、滑動窗口法以及位圖像法上產生豐富的虛擬樣本。本發明綜合了鏡像變換、窗口滑動法、位平面法這三種樣本擴張法的優勢，提高了對姿態、表情、光照的魯棒性。本發明對經過窗口滑動法、位平面法產生的虛擬樣本再次進行了鏡像變換，而經過鏡像變換后的圖像會包含較多的與原圖像不同的信息，使得原樣本信息被充分挖掘利用；對原圖像以及鏡像變換、窗口滑動法、位平面法產生的虛擬樣本進行非負矩陣分解NMF重構出了新的圖像，能夠提高人臉識別的準確性。

技術領域

本發明涉及樣本擴充領域，特別是涉及一種基于單樣本的人臉圖像虛擬樣本擴充方法及系統。

背景技術

大多數成熟的人臉識別技術都是針對樣本較多的情況，這些現有的識別方法在很大程度上依賴于訓練樣本集的樣本數量和其代表性，在實際的應用環境中，人臉圖像數據庫存在著一些潛在問題，比如由于樣本采集的困難，很難獲得每個人的多個不同人臉樣本；或者數據庫存儲空間的限制，導致所存儲的每個人的樣本圖像數量很有限，甚至每人只有一張圖像，造成單樣本問題。所謂單樣本人臉識別，是指在人臉訓練數據庫中對于每個人只存儲了一張用于訓練的人臉圖像，并通過此單張人臉圖像識別不可預測的人臉圖像的身份，如身份證認證、駕駛證認證、護照認證等此類識別問題都屬于單樣本人臉識別。在這種條件下，傳統的人臉識別技術性能會嚴重的下降，甚至無法工作，很難取得較為理想的識別效果。因此，針對單樣本情況下的人臉識別進行研究具有重要性和必要性。

近幾年，國內外研究人員在人臉識別問題中針對單樣本問題的研究目前分為兩種：一種是利用每人僅有的一幅人臉圖像，采用各種方法產生此人的虛擬樣本，進而來擴充訓練樣本集中此人的樣本數量。但此類樣本擴張法雖然豐富了訓練樣本，但產生的虛擬樣本與原圖像相似性太高，對原圖像已有的人臉信息沒有充分挖掘，識別率提高有限。另一種是，研究特征提取，采用各種技術對人臉圖像提取特征，盡可能多地從原圖像上獲得有用的人臉特征信息，從而提高識別效果，但是此種方法依靠僅有的一張圖像對其特征提取方法進行的改進與優化程度有限，對單樣本人臉識別的識別效果提高甚少。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于單樣本的人臉圖像虛擬樣本擴充方法及系統，用以擴充樣本數量，提高人臉識別的準確率。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于單樣本的人臉圖像虛擬樣本擴充方法，所述方法包括：

獲取人臉圖像；

對所述人臉圖像進行水平鏡像變換，得到第一虛擬樣本；所述水平鏡像變換是將圖像的左半部分與右半部分以圖像的垂直中心軸為中心，進行交換；

選取滑動窗口的窗口尺寸以及滑動步長，所述窗口尺寸以及所述滑動步長均小于所述人臉圖像的邊長；

根據所述窗口尺寸以及滑動步長，對所述人臉圖像進行截取，得到第二虛擬樣本；

通過位平面法對所述人臉圖像進行處理，得到第三虛擬樣本；

分別對所述第二虛擬樣本以及所述第三虛擬樣本進行水平鏡像變換，得到對應的第四虛擬樣本和第五虛擬樣本；

分別對所述人臉圖像、所述第一虛擬樣本、所述第二虛擬樣本以及所述第三虛擬樣本進行非負矩陣分解重構，得到對應的第六虛擬樣本、第七虛擬樣本第八虛擬樣本以及第九虛擬樣本；

確定人臉圖像的虛擬樣本集合；所述人臉圖像的虛擬樣本集合包括所述人臉圖像、所述第一虛擬樣本、所述第二虛擬樣本、所述第三擬樣本、所述第四虛擬樣本、所述第五虛擬樣本、所述第六虛擬樣本、所述第七虛擬樣本、所述第八虛擬樣本以及第九虛擬樣本。

可選的，所述根據所述窗口尺寸以及滑動步長，對所述人臉圖像進行截取，得到第二虛擬樣本，具體包括：