随机过程
PCA用于人脸识别附Matlab代码
于琦
2011/10/27
学号：2009011149
【摘要】人脸识别技术是近来非常活跃的研究领域，它综合多学科知识，且应用非常广泛。采用主元分析法（PCA）进行人脸识别的经典方法之一。本文利用Matlab在ORL人脸库上实现PCA初步人脸识别，包括图像特征提取、人脸重构与识别方法设计。讨论了用奇异值分解等方法简化特征向量求解，并详细阐述其在Matlab中的实现过程。结合ORL人脸库自身特点，通过对特征值和特征脸的分析进行合理取舍，提高了识别率。
【介绍】“人脸识别是一项热门的计算机技术研究领域，它属于生物特征识别技术，是对生物体（一般特指人）本身的生物特征来区分生物体个体。更好的解决该问题将有助于身份确认和身份查找等应用、促进众多学科的发展。”
“目前，人脸识别的方法可以分为5类，分别为基于特征脸（PCA）的人脸识别方法，神经网络的人脸识别方法，弹性图匹配的人脸识别方法，线段Hausdorff 距离(LHD) 的人脸识别方法支持向量机(SVM) 的人脸识别方法。其中给予特征脸的人脸识别是传统方法，基于K-L 变换(PCA)的人脸识别方法又叫特征脸方法、本征脸方法（Eigenface），最早由Turk 和Pentland 提出。它有均方误差最小，降维减少计算量，主分量特性稳定等优点。”
“由于PCA较之于前几种方法相对简单，故本文对PCA算法进行研究并用Matlab 给出实现。”
“本文的结构安排如下：第二章模型（Model）及基本理论和方法（Basic Theory and Method），第三章方法（Method）及方法分析（Analysis of Method），第四章算法（Algorithm）及算法分析（Analysis of Algorithm），第五章数值结果及讨论（Discussion），第六章结论（Conclusion）。
第二章模型及基本理论和方法
采用PCA对原始数据的处理，通常有三个方面的作用—降维、相关性去除、概率估计。下面分别进行介绍：
1.去除原始数据相关性
从统计学上讲，E{[X ? E(X )][Y ? E(Y)]} 称为随机变量X 与Y协方差，记为
，称为随机变量X 与Y的相关系数。若ρ≠0，则X 与
Cov(X,Y)。ρ= Cov(X,Y)
()
Y是相关的；若ρ=0，则X 与Y是不相关的。
命题 1 对于矩阵A来说，如果A A T是一个对角阵，那么A中的向量是非相关的。由PCA 处理的人脸库数据的非相关性可以从两点进行说明。
（1）基底的非相关性
特征空间基U=[u1,u2,?,u r?1]是非相关的，即U U T= I 。
（2）投影系数的非相关性
由SVD 可知A={?,?2,?,?M}=UΛV T, 其中φi = x i–m x , m x是均值脸。根
据公式（2）可以把A映射到特征空间上，得到：B =U T×A，其中B 非相关。
2.统计参数（均值及方差）
均值即m x --平均人脸。
命题 2 随机变量方差越大，包含的信息越多，当一个变量方差为0 时，该变量为常数，不含任何信息。
用PCA计算主分量，就是寻找一组向量，使得原始数据A = {φ1,φ2 ,...,φM }在这组
向量上的投影值的方差尽可能大。最大方差对应的向量就是第一主成份，以后递推就是
第二主成份，第三主成份……。
用PCA计算主分量就是求原始数据A={?,?2,?,?M}, 其中φi = x i–m x协方差矩阵的特征向量U=[u1,u2,?,u r?1] ，由公式（3）可知，P=u i T A=(p1,p2,?,p m)是A在u i上的投影值，其中P 的方差就是u i对应的特征值λi，可以理解为：
命题 3 所有原始数据在主分量i u 上的投影值方差为λi
3.降维
如果在原始空间表示一幅n×m 大小的图片X，那么需要一个N＝n×m 维矢量，但是当用公式(2)把它映射到特征空间后，只需要一个r*1 维的向量就可。另外，由命题2 可知，可以根据方差的大小来判断特征向量的重要性。由ORL 图片库的200 个人脸计算得到的特征值呈图2 分布，可知特征向量重要性呈指数下降，据此可以只选用前面几个重要的特征向量来构建特征空间。通过计算，前71 个特征值占了90.17%，因此r 可以取71 而非200，从而达到进一步降维的作用。当然除了通过贡献率简单截取特征值外，通过其他方式也可，这这在后面会介绍。
图1.ORL人脸库的特征值
第三章方法及方法分析
3.1特征脸与均值脸
U=[u1,u2,?,u r?1]中的每一个单位向量都构成一个特征脸，如图3 所示。由这些特征脸所张成的空间称为特征脸子空间，需要注意对于正交基的选择的不同考虑，对应较大特征值的特征向量(正交基)也称主分量，用于表示人脸的大体形状，而对应于较小特征值的特征向量则用于描述人脸的具体细节，或者从频域来看,主分量表示了人脸的低频部分,而此分量则描述了人脸的高频部分（源码见’Show_Ui.m’）。
1 3 11 5
2 72 160 Averge
3.2图片重建
要进行图片X的重建，首先对X投影到特征空间上，得到系数Y =U T(X –m x),然后选用一部分系数与特征向量进行原始图片的重建：
Y restruction=U?U′?(X?m x)+m x
要注意：对U空间的选取不同，重构结果也不相同，而且并不是保留的特征向量越多，所得的重构结果绝精确，因为小特征值代表细节部分（高频部分），不是人脸的一般特征。
第四章算法及算法分析
我们当然可以直接计算的自相关矩阵，但由于图像形成的向量维数过大，直接计算的计算量成为问题，为解决这个问题，我们采用奇异值分解。
4.1奇异值分解定理
设A是一个秩为r的n×r维矩阵，那么存在两个正交矩阵以及对角阵分别为
U=[u1,u2,?,u r]∈ × ，U T U=I ;
V=[1, 2,?,r]∈r× ，V T V=I;
=diag[1,2,?,r]r×
其中1≥2≥?≥r，满足A=U T
由此可得一个推论：
U = AVΛ
可以计算A T A的特征值λ2
及相应的正交归一特征向量v i后，可由推论知A A T的正交归一
特征向量:
u i=1Av i
综上所述，我们可以用训练集的维数代替图向量的维数，这大大降低了计算量。
注：本题中，图向量长度为N=112×=10304，而训练集的长度为M=200.
4.2识别算法
方法一：把待测试人脸（40张不同的人脸，来自ORL，训练集用剩余的160张）和待测猩猩脸分别输入重构系统进行重构，简单的计算原图像和重构图像的差的范数，即：
=‖Y?Y o o ‖
定义识别率为：
= o ?（ p ）（ p ）
若识别率超过某一个阈值（设为），即,就认为给图像非人。
方法二：根据训练集里的样本在最优特征脸空间的坐标，生成阈值，若 o ,则认为它是非人脸图像。
这样的可以定义为：
, = 1
2
max {‖i?‖},
注：当然通过这种方法，可以以一定的准确率去判断测试人脸是属于训练集里的那个人的。就是根据待测向量在特征脸空间的投影坐标和那个训练集里向量的投影坐标夹角最小即可。
4.3特征值的取舍
为得到最优特征脸空间U，需要根据ORL人脸库的实际情况，运用各种不同的方法：首先，由于ORL人脸图像背景的敏感条件变化较大，这种不利变化反应到特征脸上，就是前几幅图像背景明显过亮，故去除前三个特征值（如不去掉，重构图像严重重影），最后面的特征值代表细节分量，而且前图看到最后一个特征脸基本上呈现雪花状态（其实小特征值部分的信噪比很低了）。故去掉后40%的特征值达到去噪的目的。最后经反复实践，发现u i=4:90~95为最佳特征空间（按法一，得到最高识别率=）。
第五章数值结果及讨论
数值结果如下：40张非训练集人脸重构图如下：
按照方法一（详见Face-Process.m）：
1范数下的重构误差（41点为猩猩）：2范数下的重构误差：
=0 ?2 =0 ?1
按照方法二(详见Face_Rec.m)：
=11.466916630933683
=23.626080297708491>
o
结论：可以判断出KingKong不属于人脸。
附录：
一．致谢
感谢卞峰凯同学，姜项羽同学的帮助。
二．参考文献
[1]程自龙，雷秀基于K-L 变换(PCA)的特征脸人脸识别方法综述
[2]龚勋PCA人脸识别及理论基础
[3]全星慧于丽计春悦基于主元分析的人脸识别方法研究
[4] 于澄清.基于K-L 变换的人脸识别算法研究[D].沈阳:沈阳工业大学,2007
[5]赵宏伟.基于PCA 针对表情变化的人脸识别技术研究[D].西安:西安电子科技大学,2009
[6]赵旻.基于KL 算法的人脸识别理论的研究及系统实现[D].成都:四川大学,2004
[7]Yang Jian, David Zhang. Two-Dimensional PCA: A New Approach to Appearance-Based Face Representation and Recognition [J].IEEE Trans. on PAMI, 2004, 226 (4): 131-137
[8]杨梅.基于LBP 和混合2DPCA+PCA 的人脸识别研究[D].南京:南京理工大学,2007
[9]李武军,王崇骏,张炜,陈世福.人脸识别研究综述[J]. 模式识别与人工智能.2006,19(1):58-65
[10]WenyiZhao. Robust image based 3D face recognition [D]. PhD. Thesis .University of Maryland, CollegePark,1999
[11]Comon P. Independent Component
function varargout = FR_Processed_histogram(varargin) %这种算法是基于直方图处理的方法 %The histogram of image is calculated and then bin formation is done on the %basis of mean of successive graylevels frequencies. The training is done on odd images of 40 subjects (200 images out of 400 images) %The results of the implemented algorithm is 99.75 (recognition fails on image number 4 of subject 17) gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ... 'gui_OpeningFcn', @FR_Processed_histogram_OpeningFcn.,.. 'gui_OutputFcn', @FR_Processed_histogram_OutputFcn.,.. 'gui_LayoutFcn', [] , ... 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
基于m a t l a b程序实现 人脸识别 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-
基于m a t l a b程序实现人脸识别 1.人脸识别流程 基于YCbCr颜色空间的肤色模型进行肤色分割。在YCbCr色彩空间内对肤色进行了建模发现，肤色聚类区域在Cb—Cr子平面上的投影将缩减，与中心区域显着不同。采用这种方法的图像分割已经能够较为精确的将人脸和非人脸分割开来。 人脸识别流程图 2.人脸识别程序 （1）人脸和非人脸区域分割程序 function result = skin(Y,Cb,Cr) %SKIN Summary of this function goes here % Detailed explanation goes here a=; b=; ecx=; ecy=; sita=; cx=; cy=; xishu=[cos(sita) sin(sita);-sin(sita) cos(sita)]; %如果亮度大于230，则将长短轴同时扩大为原来的倍 if(Y>230) a=*a; b=*b; end %根据公式进行计算 Cb=double(Cb); Cr=double(Cr);
t=[(Cb-cx);(Cr-cy)]; temp=xishu*t; value=(temp(1)-ecx)^2/a^2+(temp(2)-ecy)^2/b^2; %大于1则不是肤色，返回0；否则为肤色，返回1 if value>1 result=0; else result=1; end end （2）人脸的确认程序 function eye = findeye(bImage,x,y,w,h) %FINDEYE Summary of this function goes here % Detailed explanation goes here part=zeros(h,w); %二值化 for i=y:(y+h) for j=x:(x+w) if bImage(i,j)==0 part(i-y+1,j-x+1)=255; else part(i-y+1,j-x+1)=0; end end end [L,num]=bwlabel(part,8); %如果区域中有两个以上的矩形则认为有眼睛 if num<2 eye=0;
人脸识别系统设计与仿真基于matlab的（含matlab源程序） 交流使用参考后自行那个删除后果自负 目录 第一章绪论 (2) 1.1 研究背景 (2) 1.2 人脸图像识别的应用前景 (3) 1.3 本文研究的问题 (4) 1.4 识别系统构成 (5) 1.5 论文的内容及组织 (7) 第二章图像处理的Matlab实现 (8) 2.1 Matlab简介 (8) 2.2 数字图像处理及过程 (8) 2.2.1图像处理的基本操作 (8) 2.2.2图像类型的转换 (9) 2.2.3图像增强 (9) 2.2.4边缘检测 (10) 2.3图像处理功能的Matlab实现实例 (11) 2.4 本章小结 (15) 第三章人脸图像识别计算机系统 (16) 3.1 引言 (16) 3.2系统基本机构 (17)
3.3 人脸检测定位算法 (18) 3.4 人脸图像的预处理 (25) 3.4.1 仿真系统中实现的人脸图像预处理方法 (26) 第四章基于直方图的人脸识别实现 (29) 4.1识别理论 (29) 4.2 人脸识别的matlab实现 (29) 4.3 本章小结 (30) 第五章总结 (31) 致谢 (32) 参考文献 (33) 附录 (35)
第一章绪论 本章提出了本文的研究背景及应用前景。首先阐述了人脸图像识别意义；然后介绍了人脸图像识别研究中存在的问题；接着介绍了自动人脸识别系统的一般框架构成；最后简要地介绍了本文的主要工作和章节结构。 1.1 研究背景 自70年代以来.随着人工智能技术的兴起.以及人类视觉研究的进展.人们逐渐对人脸图像的机器识别投入很大的热情，并形成了一个人脸图像识别研究领域，.这一领域除了它的重大理论价值外，也极具实用价值。 在进行人工智能的研究中，人们一直想做的事情就是让机器具有像人类一样的思考能力，以及识别事物、处理事物的能力，因此从解剖学、心理学、行为感知学等各个角度来探求人类的思维机制、以及感知事物、处理事物的机制，并努力将这些机制用于实践，如各种智能机器人的研制。人脸图像的机器识别研究就是在这种背景下兴起的，因为人们发现许多对于人类而言可以轻易做到的事情，而让机器来实现却很难，如人脸图像的识别，语音识别，自然语言理解等。如果能够开发出具有像人类一样的机器识别机制，就能够逐步地了解人类是如何存储信息，并进行处理的，从而最终了解人类的思维机制。 同时，进行人脸图像识别研究也具有很大的使用价依。如同人的指纹一样，人脸也具有唯一性，也可用来鉴别一个人的身份。现在己
图像识别 题目：基于MATLAB的人脸识别 院系：计算机科学与应用系 班级： 姓名： 学号： 日期：
目录 引言 (1) 1 人脸识别技术 (2) 1.1人脸识别的研究内容 (2) 1.1.1人脸检测(Face Detection) (2)
1.1.2人脸表征(Face Representation) (2) 1.2几种典型的人脸识别方法 (3) 1.2.1基于几何特征的人脸识别方法 (3) 1.2.2基于K-L变换的特征脸方法 (4) 1.2.3神经网络方法 (4) 1.2.4基于小波包的识别方法 (5) 1.2.5支持向量机的识别方法 (5) 2 人脸特征提取与识别 (5) 2.1利用PCA进行特征提取的经典算法——Eigenface算法 (6) 2.2 PCA人脸识别流程 (6) 2.3特征向量选取 (8) 2.4距离函数的选择 (9) 2.5 基于PCA的人脸识别 (9) MATLAB人脸识别程序 (10) 3 MATLAB软件程序编写 (10) 3.1.创建图片数据库 (10) 3.2 主程序 (11) 3.3最终程序结果 (12) 4 心得与体会 (12) 参考文献 (13)
引言 随着社会的发展及技术的进步，社会各方面对快速高效的自动身份验证的需求可以说无处不在，并与日俱增。例如，某人是否是我国的居民，是否有权进入某安全系统，是否有权进行特定的交易等。尤其是自2001年美国“9．1l”恐怖袭击发生以来，如何在车站、机场等公共场所利用高科技手段，迅速而准确地发现并确认可疑分子成了目前世界各国在反恐斗争中普遍关注的问题。为此，各国都投入大量人力、物力研究发展各类识别技术，使得生物特征识别技术得到了极大的发展。生物特征识别技术主要包括：人脸识别、虹膜识别、指纹识别、步态识别、语音识别、笔迹识别、掌纹识别以及多生物特征融合识别等。人类通过视觉识别文字，感知外界信息。在客观世界中，有75％的信息量都来自视觉，因此让计算机或机器人具有视觉，是人工智能的重要环节。由于生物特征是人的内在属性，具有很强的稳定性和个体差异性，因此是身份验证最理想的依据。与虹膜、指纹、基因、掌纹等其他人体生物特征识别系统相比，人脸识别系统更加直接、方便、友好，易于为用户所接受，并且通过人脸的表情、姿态分析，还能获得其它识别系统难以得到的一些信息。 人脸识别技术在国家重要机关及社会安防领域具有广泛用途。例如：公安系统的罪犯识别、信用卡验证、医学、档案管理、视频会议、人机交互系统等身份识别和各类卡持有人的身份验证。同其他人体生物特征(如：指纹、掌纹、虹膜、语音等)识别技术相比，人脸识别技术的隐性最好，人脸识别系统更直接、友好，是当今国际反恐和安防最重视的科技手段和攻关标志之一。虽然人类能毫不费力地识别出人脸及表情，但对人脸的机器自动识别确实一个难度极大的课题，它涉及到模式识别、图像处理及生理、心理学等诸多方面的知识。人脸识别技术的研究虽然己经取得了一定的可喜成果，但在实际应用中仍存在着许多严峻的问题。人脸的非刚体性、姿态、表情、发型以及化妆的多样性都给正确识别带来了困难，要让计算机像人一样方便地识别出大量的人脸，尚需不同科学研究领域的科学家共同不懈的努力。
1.色彩空间转换 function [r,g]=rgb_RGB(Ori_Face) R=Ori_Face(:,:,1); G=Ori_Face(:,:,2); B=Ori_Face(:,:,3); R1=im2double(R); % 将uint8型转换成double型G1=im2double(G); B1=im2double(B); RGB=R1+G1+B1; row=size(Ori_Face,1); % 行像素 column=size(Ori_Face,2); % 列像素 for i=1:row for j=1:column rr(i,j)=R1(i,j)/RGB(i,j); gg(i,j)=G1(i,j)/RGB(i,j); end end rrr=mean(rr); r=mean(rrr); ggg=mean(gg); g=mean(ggg); 2.均值和协方差 t1=imread('D:\matlab\皮肤库\1.jpg');[r1,g1]=rgb_RGB(t1); t2=imread('D:\matlab\皮肤库\2.jpg');[r2,g2]=rgb_RGB(t2); t3=imread('D:\matlab\皮肤库\3.jpg');[r3,g3]=rgb_RGB(t3); t4=imread('D:\matlab\皮肤库\4.jpg');[r4,g4]=rgb_RGB(t4); t5=imread('D:\matlab\皮肤库\5.jpg');[r5,g5]=rgb_RGB(t5); t6=imread('D:\matlab\皮肤库\6.jpg');[r6,g6]=rgb_RGB(t6); t7=imread('D:\matlab\皮肤库\7.jpg');[r7,g7]=rgb_RGB(t7); t8=imread('D:\matlab\皮肤库\8.jpg');[r8,g8]=rgb_RGB(t8);
人脸识别 % FaceRec.m % PCA 人脸识别修订版，识别率88％ % calc xmean,sigma and its eigen decomposition allsamples=[];%所有训练图像 for i=1:40 for j=1:5 a=imread(strcat('e:\ORL\s',num2str(i),'\',num2str(j),'.jpg')); % imshow(a); b=a(1:112*92); % b 是行矢量1×N，其中N＝10304，提取顺序是先列后行，即从上 到下，从左到右 b=double(b); allsamples=[allsamples; b]; % allsamples 是一个M * N 矩阵，allsamples 中每一行数 据代表一张图片，其中M＝200 end end samplemean=mean(allsamples); % 平均图片，1 × N for i=1:200 xmean(i,:)=allsamples(i,:)-samplemean; % xmean 是一个M ×N 矩阵，xmean 每一行保存的数据是“每个图片数据-平均图片” end; % 获取特征值及特征向量 sigma=xmean*xmean'; % M * M 阶矩阵 [v d]=eig(sigma); d1=diag(d); % 按特征值大小以降序排列 dsort = flipud(d1); vsort = fliplr(v); %以下选择90%的能量 dsum = sum(dsort); dsum_extract = 0; p = 0; while( dsum_extract/dsum < 0.9) p = p + 1; dsum_extract = sum(dsort(1:p)); end
基于matlab 的人脸识别技术 论文 摘要：随着计算机技术的飞速发展，人脸识别技术逐渐发展壮大起来，并应用到众多领域。 人脸识别是指在人脸检测的基础上针对输入的人脸图像，通过特征提取与特征匹配，找出与人脸库中匹配的人脸图像，从而达到识别效果。当前主要采取的人脸识别方法有：基于几何特征的方法 ，基于模板的方法和基于模型的方法。 这些方法较适合于人脸信息的验证，即待识别者是否为预先指定的对象。不足之处在于，需要建立一个拥有庞大人脸信息的训练样本库，因此就降低了输出结果的时效性和准确性。在应用领域中存在局限性，不适于具有庞大人脸样本训练库的身份鉴别领域。鉴于种种不足，本文提出了一种基于可变人脸库的快速人脸识别方法，使人脸识别技术适用于更多的行业。网络信息化时代的一大特征就是身份的数字化和隐性化,如何准确鉴定一个人的身份，保护信息安全是当今信息化时代必须解决的一个关键社会问题。正在悄然兴起的人脸识别技术正好可以解决这一问题。 关键词：模式识别，K-L 变换，人脸识别，图像处理，matlab,图像增强，边缘检测，图像预处理，灰度直方图，特征提取 1.1识别系统构成 自动人脸识别系统具有如图所示的一半框架并完成相应功能的任务。 （1）人脸图像的获取：一般来说，图像的获取都是通过摄像头摄取，氮摄取的图像可以是真人，也可以是人脸的图片或者为了相对简单，可以不考虑通过摄像头来摄取头像，而是直接给定要识别的图像。 （2）人脸的检测：人脸检测的任务是判断静态图像中是否存在人脸。若存在人脸，给出其在图像中的坐标位置，人脸区域大小等信息。而人脸跟踪需要进一步输出所检测到的人脸位置，大小等状态随时间的连续变化情况。 （3）特征提取通过人脸特征点的检测与标定可以确定人脸图像中显著特征点的位置（如眼睛，眉毛，鼻子，嘴巴等器官），同时还可以得到这些器官及其面部轮廓的形状信息的描述。 1.人脸特征提取的算法：K-L 变换是图像压缩中的一种最优正交变换，通过它可以把人脸样本从高维空间表示转换到低维空间表示，且由低维空恢复的人脸样本和原人脸样本具有最小的均方误差，从而可用人脸样本在低维空间的变换系数作为对人脸特征的描述。其中主元分析法（PCA ）就是基于K-L 变换的一种比较流行的算法，它是统计学中分析数据的一种有效的方法，其目的是在数据间中找到一组向量以尽可能地解释数据的方差，将数据从原来的R 维空间将维投影到M 维空间(R>>M)并保存数据的主要信息,从而使数据更易于处理.按照K-L 变换识别算法流程.从人脸样本中提取面部特征.是人脸识别中重要步骤.其实质是一个从高维图像空间到低维数字空间的转换过程,可表示为:Y=T{x} 式中:x 表示原始数据,Y 表示为特征信息,T 表示映射 人脸样本特征提取算法如下:首先计算该库中所有样本的平均值(平均脸): ∑==p i n f P f 1 1 式中；P 表示照片数.f 表示每张照片的线性表示然后构建协方差矩阵: T T i p i i A A f f P C ?==∑=)'('11 式中：f f f i -='表示每张照片与样本平均值的差。A 表示差值形成的矩阵 接着,进行特征的提取:由于此协方差矩阵进行求解特征值和特征向量比较困难的,因此采用奇异值分解的方法得到特征矩阵。 i T i f U Y '=
1.人脸识别流程 基本原理 基于YCbCr颜色空间的肤色模型进行肤色分割。在YCbCr色彩空间内对肤色进行了建模发现，肤色聚类区域在Cb—Cr子平面上的投影将缩减，与中心区域显著不同。采用这种方法的图像分割已经能够较为精确的将人脸和非人脸分割开来。 流程图 人脸识别流程图 读入原始图像 将图像转化为YCbCr颜色空 间 利用肤色模型二值化图像并 作形态学处理 选取出二值图像中的白色区 域，度量区域属性，筛选后 得到所有矩形块 否 筛选特定区域（高度和宽度的比率 在（0.6~2）之间，眼睛特征） 是 存储人脸的矩形区域 特殊区域根据其他信息筛 选，标记最终的人脸区域
2.人脸识别程序 （1）人脸和非人脸区域分割程序 function result = skin(Y,Cb,Cr) %SKIN Summary of this function goes here % Detailed explanation goes here a=; b=; ecx=; ecy=; sita=; cx=; cy=; xishu=[cos(sita) sin(sita);-sin(sita) cos(sita)]; %如果亮度大于230，则将长短轴同时扩大为原来的倍 if(Y>230) a=*a; b=*b; end %根据公式进行计算
Cb=double(Cb); Cr=double(Cr); t=[(Cb-cx);(Cr-cy)]; temp=xishu*t; value=(temp(1)-ecx)^2/a^2+(temp(2)-ecy)^2/b^2; %大于1则不是肤色，返回0；否则为肤色，返回1 if value>1 result=0; else result=1; end end （2）人脸的确认程序 function eye = findeye(bImage,x,y,w,h) %FINDEYE Summary of this function goes here % Detailed explanation goes here part=zeros(h,w); %二值化
%FaceRec.m %PCA人脸识别修订版，识别率88％ %calc xmean,sigma and its eigen decomposition allsamples=[];%所有训练图像 for i=1:40 for j=1:5 a=imread(strcat('e:\ORL\s',num2str(i),'\',num2str(j),'.jpg')); %imshow(a); b=a(1:112*92);%b是行矢量1×N，其中N＝10304，提取顺序是先列后行，即从上 到下，从左到右 b=double(b); allsamples=[allsamples;b];%allsamples是一个M*N矩阵，allsamples中每一行数 据代表一张图片，其中M＝200 end end samplemean=mean(allsamples);%平均图片，1×N for i=1:200xmean(i,:)=allsamples(i,:)-samplemean;%xmean是一个M×N矩阵，xmean 每一行保存的数据是“每个图片数据-平均图片” end; %获取特征值及特征向量 sigma=xmean*xmean';%M*M阶矩阵 [v d]=eig(sigma); d1=diag(d); %按特征值大小以降序排列 dsort=flipud(d1); vsort=fliplr(v); %以下选择90%的能量 dsum=sum(dsort); dsum_extract=0; p=0; while(dsum_extract/dsum<0.9) p=p+1; dsum_extract=sum(dsort(1:p)); end i=1; %(训练阶段)计算特征脸形成的坐标系 base=xmean'*vsort(:,1:p)*diag(dsort(1:p).^(-1/2)); %base是N×p阶矩阵，除以dsort(i)^(1/2)是对人脸图像的标准化（使其方差为1） %详见《基于PCA的人脸识别算法研究》p31 %xmean'*vsort(:,i)是小矩阵的特征向量向大矩阵特征向量转换的过程 %while(i<=p&&dsort(i)>0) %base(:,i)=dsort(i)^(-1/2)*xmean'*vsort(:,i);%base是N×p阶矩阵，除以dsort(i)^(1/2)是对人脸图像的标准化（使其方差为1） %详见《基于PCA的人脸识别算法研究》p31 %i=i+1;%xmean'*vsort(:,i)是小矩阵的特征向量向大矩阵特 征向量转换的过程 %end %以下两行add by gongxun将训练样本对坐标系上进行投影,得到一个M*p阶矩阵allcoor allcoor=allsamples*base;%allcoor里面是每张训练人脸图片在M*p子空间中的一个点，即在子空间中的组合系数， accu=0;%下面的人脸识别过程中就是利用这些组合系数来进行识别
基于matlab的简单人脸识别实例 简介 人脸识别特指利用分析比较人脸视觉特征信息进行身份鉴别的计算机技术。人脸识别是一项热门的计算机技术研究领域，在生活中许多领域都有着重要应用。 内容 这里通过对人脸图像打上网格，对区域块图像做二值分析，通过像素比例来做处理。进而得到人脸区域。 代码 % Bylyqmath % DLUT School of Mathematical Sciences % BLOG：https://www.doczj.com/doc/7017361672.html,/lyqmath clc; clear all; close all; % 载入图像 Img = imread('face.jpg'); if ndims(Img) == 3 I=rgb2gray(Img); else I = Img; end BW = im2bw(I, graythresh(I)); % 二值化 figure; subplot(2, 2, 1); imshow(Img); title('原图像', 'FontWeight', 'Bold'); subplot(2, 2, 2); imshow(Img); title('网格标记图像', 'FontWeight', 'Bold'); hold on; [xt, yt] = meshgrid(round(linspace(1, size(I, 1), 10)), ... round(linspace(1, size(I, 2), 10))); mesh(yt, xt, zeros(size(xt)), 'FaceColor', ... 'None', 'LineWidth', 3, ... 'EdgeColor', 'r'); subplot(2, 2, 3); imshow(BW); title('二值图像', 'FontWeight', 'Bold'); [n1, n2] = size(BW); r = floor(n1/10); % 分成10块，行 c = floor(n2/10); % 分成10块，列 x1 = 1; x2 = r; % 对应行初始化 s = r*c; % 块面积 for i = 1:10
基于MATLA酌人脸识别源程序1?色彩空间转换function [r,g]=rgb_RGB(Ori_Face) R=0ri_Face(:,:,1); G=0ri_Face(:,:,2); B=Ori_Face(:,:,3); R1=im2double(R); % 将uint8 型转换成double型 G1=im2double(G); B1=im2double(B); RGB=R1+G1+B1; row=size(Ori_Face, 1); %行像素 column=size(Ori_Face,2); %列像素for i=1:row for j=1:column rr(i,j)=R1(i,j)/RGB(i,j); gg(i,j)=G1(i,j)/RGB(i,j); end
end rrr=mean(rr); r=mean(rrr); ggg=mean(gg); g=mean(ggg); 2?均值和协方差
皮肤库\2?jpg');[r2,g2]=rgb_RGB(t2); 皮肤库\3?jpg');[r3,g3]=rgb_RGB(t3); 皮肤库\4?jpg');[r4,g4]=rgb_RGB(t4); 皮肤库\5?jpg');[r5,g5]=rgb_RGB(t5); 皮肤库\6?jpg');[r6,g6]=rgb_RGB(t6); 皮肤库\7?jpg');[r7,g7]=rgb_RGB(t7); 皮肤库\8?jpg');[r8,g8]=rgb_RGB(t8); 皮肤库\9?jpg');[r9,g9]=rgb_RGB(t9); 皮肤库\10?jpg');[r10,g10]=rgb_RGB(t10); 皮肤库\11?jpg');[r11,g11]=rgb_RGB(t11); 皮肤库\12?jpg');[r12,g12]=rgb_RGB(t12); 皮肤库\13?jpg');[r13,g13]=rgb_RGB(t13); 皮肤库\14?jpg');[r14,g14]=rgb_RGB(t14); 皮肤库\15?jpg');[r15,g15]=rgb_RGB(t15); 皮肤库\16?jpg');[r16,g16]=rgb_RGB(t16); 皮肤库\17?jpg');[r17,g17]=rgb_RGB(t17); 皮肤库\18?jpg');[r18,g18]=rgb_RGB(t18); 皮肤库\19?jpg');[r19,g19]=rgb_RGB(t19); 皮肤库\20?jpg');[r20,g20]=rgb_RGB(t20); 皮肤库\21?jpg');[r21,g21]=rgb_RGB(t21);
基于matlab程序实现人脸识别 1 ?人脸识别流程 1.1.1基本原理 基于YCbCr颜色空间的肤色模型进行肤色分割。在YCbCr色彩空间内对肤色进行了建模发现，肤色聚类区域在Cb- Cr子平面上的投影将缩减，与中心区域显著不同。采用这种方法的图像分割已经能够较为精确的将人脸和非人脸分割开来。1.1.2流程图 人脸识别流程图 读入原始图像 将图像转化为YCbCr颜色空 间 选取岀二值图像中的白色区 域，度量区域属性，筛选后 得到所有矩形块 ■筛选特定区域（高度和宽度的比率 在（0.6-2之间，眼睛特征） 是 存储人睑的矩形区域 特殊区域根据其他信息筛 选，标记最终的人脸区域
2?人脸识别程序 (1) 人脸和非人脸区域分割程序function result = Skin(Y J Cb)Cr) %SKIN SUmmary Of this function goes here % DetaiIeCl explanation goes here a=25.39; b=14.03; ecx=1.60; ecy=2.41; Sita=2.53; CX=IO9.38; cy=152.02; XiShU=[cos(sita) Sirl(Sita);-Sin(Sita) COS(Sita)]; %如果亮度大于230，则将长短轴同时扩大为原来的1.1倍if (Y>230) a=1.1*a; b=1.1*b; end %根据公式进行计算Cb=doub∣Θ(Cb); Cr=double(Cr); t=[(Cb-cx);(Cr-Cy)]; temp=xishu*t; VaIUe=(temp(1)-ecx)A2^A2+(temp(2)-ecy)A2t)A2; %大于1则不是肤色，返回0；否则为肤色，返回1 if ValUe>1 result=O; else result=1; end end (2) 人脸的确认程序 function eye = findeye(blmage,x,y5w5h) %FINDEYE SUmmary Of this funCtiOn goes here % DetaileCl explanation goes here Part=Zeros(h,w); %二值化 for i=y:(y+h) for j=x:(x+w) if blmage(i,j)==O
人脸识别核心算法 在检测到人脸并定位面部关键特征点之后，主要的人脸区域就可以被裁剪出来，经过预处理之后，馈入后端的识别算法。识别算法要完成人脸特征的提取，并与库存的已知人脸进行比对，完成最终的分类。我们在这方面的主要工作包括： ?基于LGBP的人脸识别方法 问题： 统计学习目前已经成为人脸识别领域的主流方法，但实践表明，基于统计学习的方法往往会存在“推广能力弱”的问题，尤其在待识别图像“属性”未知的情况下，更难以确定采用什么样的训练图像来训练人脸模型。鉴于此，在对统计学习方法进行研究的同时，我们还考虑了非统计模式识别的一类方法。 思路： 对于给定的人脸图像，LGBP方法首先将其与多个不同尺度和方向的Gabor滤波器卷积(卷积结果称为Gabor特征图谱)获得多分辨率的变换图像。然后将每个Gabor特征图谱划分成若干互不相交的局部空间区域，对每个区域提取局部邻域像素的亮度变化模式，并在每个局部空间区域内提取这些变化模式的空间区域直方图，所有Gabor特征图谱的、所有区域的直方图串接为一高维特征直方图来编码人脸图像。并通过直方图之间的相似度匹配技术（如直方图交运算）来实现最终的人脸识别。在FERET四个人脸图像测试集合上与FERET97的结果对比情况见下表。由此可见，该方法具有良好的识别性能。而且LGBP方法具有计算速度快、无需大样本学习、推广能力强的优点。参见ICCV2005 表.LGBP方法与FERET'97最佳结果的对比情况 ?基于AdaBoost的Gabor特征选择及判别分析方法 问题： 人脸描述是人脸识别的核心问题之一，人脸识别的研究实践表明：在人脸三维形状信息难以准确获取的条件下，从图像数据中提取多方向、多尺度的Gabor特征是一种合适的选择。使用Gabor特征进行人脸识别的典型方法包括弹性图匹配方法（EGM）和Gabor特征判别分类法（GFC）。EGM在实用中需要解决关键特征点的定位问题，而且其速度也很难提高；而GFC则直接对下采样的Gabor特征用PCA降维并进行判别分析，尽管这避免了精确定位关键特征点的难题，但下采样的特征维数仍然偏高，而且简单的下采样策略很可能遗漏了非常多的有用特征。 摘要： 针对上述问题，我们考虑如何对Gabor特征进行有效降维，将目前受到极大关注的AdaBoost算法创新性的应用于Gabor 特征的选择上来，用于提取对识别最有利的特征（我们称这些选择出来的Gabor特征为AdaGabor特征），并最终通过对AdaGabor特征的判别分析实现识别（称该方法为AGFC识别方法）。在CAS-PEAL和FERET人脸图像库上的对比实验表明：AGFC方法不但可以大大降低Gabor特征的维数从而可以更加有效地避免“维数灾难问题”，降低了计算复杂度，同时识别精度也有了较大的提高。将AGFC与EGM，GFC进一步比较可以看出：无论是EGM还是GFC，均是主观的选择若干面部关键特征点提取人脸的特征表示，而我们提出的AGFC方法则是通过机器学习的方法自动的选择那些对区分不同人脸具有关键作用的Gabor特征。参见下图所示三者之间的区别与联系。参见FG04，AMFG05
基于matlab程序实现人脸识别 1.人脸识别流程 1.1.1基本原理 基于YCbCr颜色空间的肤色模型进行肤色分割。在YCbCr色彩空间内对肤色进行了建模发现，肤色聚类区域在Cb—Cr子平面上的投影将缩减，与中心区域显著不同。采用这种方法的图像分割已经能够较为精确的将人脸和非人脸分割开来。 1.1.2流程图 人脸识别流程图 读入原始图像 将图像转化为YCbCr颜色空 间 利用肤色模型二值化图像并 作形态学处理 选取出二值图像中的白色区 域，度量区域属性，筛选后 得到所有矩形块 否 筛选特定区域（高度和宽度的比率 在（0.6~2）之间，眼睛特征） 是 存储人脸的矩形区域 特殊区域根据其他信息筛 选，标记最终的人脸区域 2.人脸识别程序
（1）人脸和非人脸区域分割程序 function result = skin(Y,Cb,Cr) %SKIN Summary of this function goes here % Detailed explanation goes here a=25.39; b=14.03; ecx=1.60; ecy=2.41; sita=2.53; cx=109.38; cy=152.02; xishu=[cos(sita) sin(sita);-sin(sita) cos(sita)]; %如果亮度大于230，则将长短轴同时扩大为原来的1.1倍if(Y>230) a=1.1*a; b=1.1*b; end %根据公式进行计算 Cb=double(Cb); Cr=double(Cr); t=[(Cb-cx);(Cr-cy)]; temp=xishu*t; value=(temp(1)-ecx)^2/a^2+(temp(2)-ecy)^2/b^2; %大于1则不是肤色，返回0；否则为肤色，返回1 if value>1 result=0; else result=1; end end
人脸识别m a t l a b程序(总 6页) 本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
人脸识别 % FaceRec.m % PCA 人脸识别修订版，识别率88％ % calc xmean,sigma and its eigen decomposition allsamples=[];%所有训练图像 for i=1:40 for j=1:5 a=imread(strcat('e:\ORL\s',num2str(i),'\',num2str(j),'.jpg')); % imshow(a); b=a(1:112*92); % b 是行矢量1×N，其中N＝10304，提取顺序是先列后行，即从上 到下，从左到右 b=double(b); allsamples=[allsamples; b]; % allsamples 是一个M * N 矩阵，allsamples 中每一行数 据代表一张图片，其中M＝200 end end samplemean=mean(allsamples); % 平均图片，1 × N for i=1:200 xmean(i,:)=allsamples(i,:)-samplemean; % xmean 是一个M × N 矩阵，xmean 每一行保存的数据是“每个图片数据-平均图片” end; % 获取特征值及特征向量 sigma=xmean*xmean'; % M * M 阶矩阵 [v d]=eig(sigma); d1=diag(d); % 按特征值大小以降序排列 dsort = flipud(d1); vsort = fliplr(v); %以下选择90%的能量 dsum = sum(dsort); dsum_extract = 0; p = 0; while( dsum_extract/dsum < 0.9)
%一个修改后的PCA进行人脸识别的Matlab代码 % calc xmean,sigma and its eigen decomposition allsamples=[];%所有训练图像 for i=1:40 for j=1:5 a=imread(strcat('D:\rawdata\ORL\s',num2str(i),'\',num2str(j),'.pgm')); % imshow(a); b=a(1:112*92); % b是行矢量1×N，其中N＝10304，提取顺序是先列后行，即从上到下，从左到右 b=double(b); allsamples=[allsamples; b]; % allsamples 是一个M * N 矩阵，allsamples 中每一行数据代表一张图片，其中M＝200 end end samplemean=mean(allsamples); % 平均图片，1 × N for i=1:200 xmean(i,:)=allsamples(i,:)-samplemean; % xmean是一个M × N矩阵，xmean每一行保存的数据是“每个图片数据-平均图片” end; sigma=xmean*xmean'; % M * M 阶矩阵 [v d]=eig(sigma); d1=diag(d); [d2 index]=sort(d1); %以升序排序 cols=size(v,2);% 特征向量矩阵的列数 for i=1:cols vsort(:,i) = v(:, index(cols-i+1) ); % vsort 是一个M*col(注:col一般等于M)阶矩阵，保存的是按降序排列的特征向量,每一列构成一个特征向量dsort(i) = d1( index(cols-i+1) ); % dsort 保存的是按降序排列的特征值，是一维行向量 end %完成降序排列 %以下选择90%的能量 dsum = sum(dsort); dsum_extract = 0; p = 0; while( dsum_extract/dsum < 0.9) p = p + 1; dsum_extract = sum(dsort(1:p)); end i=1; % (训练阶段)计算特征脸形成的坐标系 while (i<=p && dsort(i)>0)
基于matlab 的简单人脸识别实例 简介 人脸识别特指利用分析比较人脸视觉特征信息进行身份鉴别的计算机技术。人脸识别是一项热门的计算机技术研究领域，在生活中许多领域都有着重要应用。 内容 这里通过对人脸图像打上网格，对区域块图像做二值分析，通过像素比例来做处理。进而得到人脸区域。 代码 % By lyqmath % DLUT School of Mathematical Sciences % BLOG：https://www.doczj.com/doc/7017361672.html,/lyqmath clc; clear all; close all; % 载入图像 Img = imread('face.jpg'); if ndims(Img) == 3 I=rgb2gray(Img); else I = Img; end BW = im2bw(I, graythresh(I)); % 二值化
figure; subplot(2, 2, 1); imshow(Img); title('原图像', 'FontWeight', 'Bold'); subplot(2, 2, 2); imshow(Img); title('网格标记图像', 'FontWeight', 'Bold'); hold on; [xt, yt] = meshgrid(round(linspace(1, size(I, 1), 10)), ... round(linspace(1, size(I, 2), 10))); mesh(yt, xt, zeros(size(xt)), 'FaceColor', ... 'None', 'LineWidth', 3, ... 'EdgeColor', 'r'); subplot(2, 2, 3); imshow(BW); title('二值图像', 'FontWeight', 'Bold'); [n1, n2] = size(BW); r = floor(n1/10); % 分成10块，行 c = floor(n2/10); % 分成10块，列 x1 = 1; x2 = r; % 对应行初始化 s = r*c; % 块面积 for i = 1:10 y1 = 1; y2 = c; % 对应列初始化 for j = 1:10 if (y2<=c || y2>=9*c) || (x1==1 || x2==r*10)
运行效果图：
%%%%% Reading of a RGB image i=imread('face9.jpg'); I=rgb2gray(i); BW=im2bw(I); figure,imshow(BW) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%% minimisation of background portion [n1 n2]=size(BW); r=floor(n1/10); c=floor(n2/10); x1=1;x2=r; s=r*c; for i=1:10 y1=1;y2=c; for j=1:10
if (y2<=c | y2>=9*c) | (x1==1 | x2==r*10) loc=find(BW(x1:x2, y1:y2)==0); [o p]=size(loc); pr=o*100/s; if pr<=100 BW(x1:x2, y1:y2)=0; r1=x1;r2=x2;s1=y1;s2=y2; pr1=0; end imshow(BW); end y1=y1+c; y2=y2+c; end x1=x1+r; x2=x2+r; end figure,imshow(BW) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%% detection of face object L = bwlabel(BW,8); BB = regionprops(L, 'BoundingBox'); BB1=struct2cell(BB); BB2=cell2mat(BB1); [s1 s2]=size(BB2); mx=0; for k=3:4:s2-1 p=BB2(1,k)*BB2(1,k+1); if p>mx & (BB2(1,k)/BB2(1,k+1))<1.8 mx=p; j=k; end end figure,imshow(I); hold on; rectangle('Position',[BB2(1,j-2),BB2(1,j-1),BB2(1,j),BB2(1,j+1)],'EdgeColor','r' )