[發明專利]一種基于主成分分析的人臉畫像老化方法

在審

• 申請號: 201810878246.7
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109145135A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 紀榮嶸;張聲傳
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G06F16/53
• 分類號: G06F16/53;G06K9/62
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種基于主成分分析的人臉畫像老化方法，首先將原始老化照片數據集中的照片由彩色圖像變成灰度圖像，然后再將原始老化照片數據集進行樣本歸一化，再主成分分析，計算每張照片對應的特征值，得老化照片數據集對應的照片參數集；根據年齡段樣本劃分，得不同年齡段對應的照片參數集，再求解平均參數；通過對照片參數集進行方差分析，篩選出與年齡相關的特征值，再研究不同年齡段對應的照片平均參數中與年齡相關的參數的變化規律；給定待老化畫像，先對其進行樣本歸一，再對歸一后的待老化畫像進行主成分分析，計算對應的特征值，將與年齡相關的特征根據得到的變化規律進行修正，最后將修正后的特征值利用主成分重建策略得到對應的老化畫像。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，更進一步涉及模式識別與計算機視覺技術領域中的人臉畫像老化方法，可用于刑偵破案以及數字娛樂。

背景技術

作為人臉老化的一個重要分支，人臉畫像老化有很多重要的實際應用，比如支持數字娛樂和輔助警方破案。例如，人臉畫像老化可以輔助警方尋找丟失兒童以及逃犯。由于時間關系，許多丟失兒童或逃犯的素描畫像需要適應新情況進行更新。在這種情況下，通過人臉畫像老化算法對素描畫像進行更新就是一個很好的選擇。此外，人臉畫像老化技術還可以被商家用在數字娛樂等應用中。人臉畫像老化還可以輔助其他研究工作，比如跨年齡識別問題。由于照片與畫像的差異、人臉畫像老化數據庫的稀少以及人臉老化的復雜機制，使得人臉畫像老化研究富有挑戰性。由于人臉畫像老化的研究稀少，且人臉老化涵蓋人臉畫像老化問題，因此將在下面介紹人臉老化的技術背景。

已有的人臉老化方法主要有以下兩大類：其一，基于物理模型的人臉老化方法，這些方法試圖利用物理老化機制來建立人臉老化模型；其二，基于樣本學習的人臉老化方法，這些方法試圖通過對訓練樣本的學習來擬合真實的人臉老化過程。基于樣本學習的人臉老化方法又包含基于原型的方法、基于函數的方法和基于評價目標的方法。

Berg等人在文獻“Berg AC,Justo S C.Aging of orbicularis muscle invirtual human faces[C]//Information Visualization,2003.IV2003.Proceedings.Seventh International Conference on.IEEE,2003:164-168.”中通過研究人臉老化過程中輪匝肌(即眼睛和嘴巴四周的肌肉)的變化來學習人臉老化的機制。該方法存在的缺陷是：由于人臉老化過程中肌肉的變化是復雜的，因此導致基于肌肉變化所提的老化算法也很復雜。

Tiddeman等人在文獻“Tiddeman B,Burt M,Perrett D.Prototyping andtransforming facial textures for perception research[J].IEEE computergraphics and applications,2001,21(5):42-50.”中將每個年齡段的平均臉作為原型，然后采用原型之間的差作為年齡變化的規律。但是該方法存在以下缺點：丟失人臉高頻信息，將每個人用相同的方式處理，缺失個性。

基于函數的方法使用直接或者間接的函數來描述人臉特征與年齡之間的關系。例如，Lanitis等人在文獻“Lanitis A,Taylor C J,Cootes T F.Toward automaticsimulation of aging effects on face images[J].IEEE Transactions on PatternAnalysis and Machine Intelligence,2002,24(4):442-455.”中提出了一種基于二次函數的人臉老化方法。為了使得逆函數的計算可行，用于老化的函數一般采用簡單的形式。該方法存在的缺陷是：由于函數簡單難以擬合大的人臉外觀變化，因此算法難以模擬時間跨度大的老化問題。