人臉畫像-照片的合成與識別方法研究.pdf

1、人臉畫像-照片識別是指以所提供的畫像為示例在照片庫中進(jìn)行檢索，確定待識別人的身份信息，在刑偵破案、反恐追逃和動漫設(shè)計中具有廣泛的應(yīng)用。在感興趣目標(biāo)照片缺失的情況下，該研究將為實現(xiàn)人臉識別提供有效的途徑。畫像是由畫家根據(jù)其主觀理解繪制而成，它利用線條的粗細(xì)、疏密來表達(dá)人臉的形狀和紋理信息，而照片是通過光學(xué)成像設(shè)備或其它傳感器獲得的客觀圖像，它記錄了圖像的灰度或顏色信息。不同的產(chǎn)生機(jī)理和信息表達(dá)方式使得兩者之間存在較大的形狀結(jié)構(gòu)及紋理灰度差

2、異，即使同一個人的畫像和照片具有相似的幾何形狀，但也一定有相差甚遠(yuǎn)的紋理信息。這使得現(xiàn)有的人臉識別算法很難在畫像-照片識別中得以直接推廣和應(yīng)用。因此，以最低代價實現(xiàn)高性能的畫像-照片轉(zhuǎn)換成為本文研究的重點；將其中一種媒體的表達(dá)模式轉(zhuǎn)化為另一種使其在同一特征模式空間實現(xiàn)相互識別，從而為跨媒體的信息檢索和模式識別探索新的途徑。
　　 本文針對畫像-照片識別的基本問題，探索畫像-照片不同信息表達(dá)模式之間的映射關(guān)系，在構(gòu)建該映射關(guān)系模型

3、的基礎(chǔ)上提出畫像-照片合成方法，從而將畫像-照片識別轉(zhuǎn)變?yōu)橥荒Ｊ较碌娜四樧R別，為提高畫像-照片識別性能提供必要的前提條件。與此同時，融合人臉圖像結(jié)構(gòu)和紋理信息，提出了用于轉(zhuǎn)換后特征空間的人臉識別方法。主要工作概括如下：
　　 1.提出了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的偽照片合成方法。本文對現(xiàn)有的偽照片/偽畫像合成方法進(jìn)行了綜合分析和實驗，在此基礎(chǔ)上，提出了基于嵌入式隱馬爾可夫模型和分塊策略的偽照片合成方法。該方法利用嵌入式隱馬爾可夫模型對訓(xùn)練畫

4、像-照片塊的映射關(guān)系建模，從而將畫像轉(zhuǎn)變到照片域表達(dá)模式下。通過理論分析和相關(guān)實驗，證明了該方法只需要較少的訓(xùn)練樣本就可以得到較精確的偽照片，克服了基于統(tǒng)計的方法無法用較少的訓(xùn)練樣本獲得偽照片的不足。
　　 2.確定了人臉照片/畫像合成中的分塊縫合策略。現(xiàn)有的基于局部策略的偽照片/偽畫像合成方法均通過平均化分塊重疊區(qū)域合并偽照片塊/偽畫像塊，導(dǎo)致生成的偽照片/偽畫像存在模糊和分塊效應(yīng)。針對這一問題，本文提出利用圖像縫合思想將合成

5、偽照片塊/偽畫像塊進(jìn)行拼接，該方法根據(jù)兩個分塊重疊區(qū)域中對應(yīng)像素的差異，在重疊區(qū)域上搜索最短路徑作為縫合線。實驗結(jié)果表明了基于分塊縫合策略的方法可以合成更高質(zhì)量的人臉偽照片/偽畫像，并給出了理論分析。
　　 3.探索了合成圖像的質(zhì)量評價方法?，F(xiàn)有的圖像質(zhì)量評價方法主要針對噪聲和人為因素造成的圖像降質(zhì)，鑒于合成偽照片和偽畫像必須與原始圖像具有相似的鑒別信息，我們闡述了一種新的圖像質(zhì)量評價測度，從圖像本身的質(zhì)量以及合成圖像與原始圖像

6、的相似程度兩方面來評估合成偽照片/偽畫像的質(zhì)量。同時，利用畫像-照片識別的性能分析了該圖像質(zhì)量評價測度的有效性。
　　 4.驗證了本文所提出的畫像-照片合成方法可以有效提高畫像-照片識別率。畫像-照片被轉(zhuǎn)換到同一特征空間后，利用主成分分析、獨立成分分析、核主成分分析、保局投影、張量子空間分析和離線張量分析等無監(jiān)督子空間學(xué)習(xí)算法在畫像域和照片圖像域進(jìn)行人臉識別。實驗結(jié)果表明，本文提出的畫像-照片合成方法可以有效地提高畫像-照片識別

7、的正確率。
　　 5.構(gòu)建了融合結(jié)構(gòu)和紋理信息的雙模人臉識別方法。本文主要研究的是不含有任何主觀因素的寫實素描畫，其中每個人的畫像和照片具有較為相似的形狀結(jié)構(gòu)信息和差異較大的紋理信息。通過兩種特征空間的相互轉(zhuǎn)換，在減弱其紋理信息差異的同時，保持了形狀結(jié)構(gòu)信息相似性，故而本文提出了融合人臉圖像紋理和結(jié)構(gòu)模型的雙模人臉識別方法，通過在識別過程中加強(qiáng)結(jié)構(gòu)模型相似性的比重進(jìn)一步減弱紋理模型差異對正確鑒別人物身份的影響。實驗結(jié)果表明，該識

8、別方法對于人臉圖像的光照、表情和尺度變化都具有較好的魯棒性，為后續(xù)實現(xiàn)多因素影響下的畫像-照片識別提供了有效的技術(shù)手段。同時，提出了兩種度量結(jié)構(gòu)模型相似性的圖編輯距離算法，這兩種算法獨立于代價函數(shù)定義，具有執(zhí)行效率高、對圖像聚類分類準(zhǔn)確率高、通用性強(qiáng)等優(yōu)點。
　　 6.建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的人臉照片-畫像數(shù)據(jù)庫和實驗測試平臺?，F(xiàn)有的照片-畫像庫中畫像的繪畫風(fēng)格單一，為了研究對不同繪畫風(fēng)格的畫像具有魯棒性的畫像-照片識別算法，并