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基于小波变换和
基于小波变换和基于小波变换和
基于小波变换和 NMF
NMFNMF
NMF 的人脸识别方法的研究
的人脸识别方法的研究的人脸识别方法的研究
的人脸识别方法的研究
张志伟
张志伟张志伟
张志伟 杨
杨杨
杨
帆
帆帆
帆 夏克文
夏克文夏克文
夏克文 杨瑞霞
杨瑞霞杨瑞霞
杨瑞霞
(
河北工业大学信息工程学院
天津
300130)
摘
摘摘
摘
要
要要
要
为了克服
PCA
ICA
等传统方法在人脸图像特征抽取时存在速度慢
识别率低的缺点 该文提出了一种将非负矩分解思想应用于
人脸特征提取的算法
利用小波变换对人脸图像进行分解 对其中包含主要信息的低频子带运用
NMF
构造特征子空间 在子空间内实
识别 实验结果表明 该方法实用 有效 减少了计算量 提高了系统的识别率 使识别率达到
90
以上 有着广泛的研究价值和应用
前景
关键词
关键词关键词
关键词
非负矩阵分解 小波变换 人脸识别 子空间
Research on Face Recognition Method Based on
Wavelet Transform and NMF
ZHANG Zhiwei, YANG Fan, XIA Kewen, YANG Ruixia
(School of Information Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300130)
Abstract
The traditional ways of character extraction of humane face image, such as PCA, ICA and so on, have low processing speed and lo
identification rate, this paper brings out a new method based on NMF in character extraction. An image is decomposed by using WT into differen
frequency subbands, then face recognition is implemented with the subspace. Experiment results indicate that this approach can largely reduce
computing complexity and has higher recognition rate which is up to 90%. The results also show that the approach has obvious potential in practica
usage.
Key words
Non-negative matrix factorization(NMF); Wavelet transform(WT); Face recognition; Subspace
计
计计
计 算
算算
算 机
机机
机 工
工工
工 程
程程
程
Computer Engineering
第
第第
第 33 卷
卷卷
卷 第
第第
第 6 期
期期
期
Vol.33 No.6
2007 年
年年
年 3 月
月月
月
March 2007
人工智能及识别技术
人工智能及识别技术人工智能及识别技术
人工智能及识别技术
文章编号
文章编号文章编号
文章编号
1000 3428(2007)06 0176 03
文献标识码
文献标识码文献标识码
文献标识码
A
中图分类号
中图分类号中图分类号
中图分类号
TP18
人脸识别作为一种主要身份识别手段 已广泛应用于管
理 金融和公安等领域 特征选择是人脸识别中的一个关键
问题 其基本任务是如何从许多特征中找出最有效的特征
子空间分析法因具有描述性强 计算代价小 易实现及可分
性好等特点 被广泛地应用于人脸特征提取 成为了当前人
脸检测和人脸识别的主流方法之一
[1]
目前国内外常用的子空间分解方法主要有主分量分析法
(Principal component analysis, PCA)
线性判别分析法
(Linear
discriminant analysis, LDA)
独立分量分析法
(Independent
component analysis, ICA)
在这些方法中 遵循一个共同的过
程
即首先将图像矩阵转化为图像向量 然后将所有要识别
的人脸样本写成一个大矩阵
V V
被近似分解为低秩的
V=WH
形式 其共性为 因子
W
和
H
中的元素可为正或负 即使输
入的初始矩阵元素是全正的
传统的秩削减算法也不能保证
原始数据的非负性
而系数之间的正负相互抵消会使特征削
弱 导致识别率下降 另外 图像矢量的维数一般较高 给
随后的特征抽取和降维造成困难 如图像的分辨率为
112×92
所得的图像向量的维数高达
10 304
在如此高的图
像向量上进行统计分析不仅会耗费大量的时间
而且会导致
高维的特征向量类内散布矩阵奇异性问题
从而增加了计算
复杂度 采用小波变换加非负矩阵分解
(Non-negative Matrix
Factorization, NMF)
的人脸识别算法 可有效地解决上述缺
陷
提高人脸的识别率
1
人脸识别算法的描述
人脸识别算法的描述人脸识别算法的描述
人脸识别算法的描述
1.1
基于小波变换的人脸图像分解
基于小波变换的人脸图像分解基于小波变换的人脸图像分解
基于小波变换的人脸图像分解
小波变换是一种信号的时频分析方法 通过小波变换
图像信号被分解成许多具有不同空间分辨率 不同频率特性
和方向特性的子带图像信号 图
1
为一幅图像经过两层小波
分解后得到的示意图
LL
是原始图像的近似
LH
和
HL
是
水平和垂直方向的子图
HH
是图像的最高频子图 由于人
脸表情变化和少许遮掩只影响图像中高频部分的变化 不影
响人脸的低频部分
[2]
而小波变换具有完善的重构能力 保
证信息在分解过程中不丢失
也不产生冗余 因此在人脸识
别中可以用小波分析的方法滤掉高频信息
仅采用低频子图
来进行识别
LH1
HH1HL1
LL2 LH2
HL2 HH2
图
图图
图
1
图像的
图像的图像的
图像的
2
层小波分解示意图
层小波分解示意图层小波分解示意图
层小波分解示意图
二维离散小波变换最为有效的实现方法之一 它采用
Mallat
的塔式分解方法
[3]
通过在图像的水平和垂直方向交
替采用低通和高通滤波得到 这种传统的基于卷积的离散小
波采用可分离的滤波器设计方法分别对图像数据的行和列做
一维小波变换 最后得到不同频带上的多个高频数据和一个
作者简介
作者简介作者简介
作者简介 张志伟
(1977
)
女 博士生 讲师 主研方向 通信技
术 智能信息处理 杨
帆 博士 副教授 夏克文 博士后 副
教授 杨瑞霞 博士 教授 博导
收稿日期
收稿日期收稿日期
收稿日期
2006-04-09
E-mail
redapple77@eyou.com
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