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针对局部二值模式采样不充分和对随机噪声及非一致性光照敏感的问题, 提出一种改进梯度局部二值模式(IGLBP)的人脸描述方法。利用多半径和多方向的采样方式获取两组3 pixel×3 pixel的子邻域, 其由2个半径8个方向的16个像素点组成;再将其用梯度局部二值模式提取特征, 并将两组特征进行编码融合产生IGLBP值;将得到的IGLBP特征进行分块和统计直方图得到人脸的特征向量, 并进行人脸的分类识别。在CAS-PEAL和AR人脸数据库的实验结果表明, 该方法能够有效地提取特征信息, 对人脸识别中的光照、表情、部分遮挡变化以及噪声等具有较好的稳健性。
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激光与光电子学进展
中国激光
杂志社
基于改进梯度局部二值模式的人脸识别
杨 恢 先
,
陈 永
,
张 翡
,
周 彤 彤
湘潭大学物理与光电工程学院
湖南 湘潭
湖南应用技术学院机电工程学院
湖南 常德
摘要
针对局部二值模式采样不充分和对随机噪声及非一致性光照敏感的问题
提出 一 种改进 梯 度局部 二 值模式
的人脸描述方法
利用多半径和多方向的采样方式获 取 两组
的子 邻 域
其 由
个 半 径
个方向的
个像素点组成
再将其用梯度局部二值模式提取特 征
并将 两 组特征 进 行编码 融 合产生
值
将
得到的
特征 进 行分块 和 统计直 方 图得到 人 脸的特 征 向量
并进 行 人脸的 分 类识别
在
和
人脸数据库的实验结果表明
该方法能够有效地提 取 特 征 信 息
对 人 脸 识 别 中 的 光 照
表 情
部 分 遮 挡 变 化 以 及 噪
声等具有较好的稳健性
关键词
图像处理
人脸识别
改进梯度局部二值模式
直方图相交
算子
中图分类 号
文献标识 码
doi
:
/
FaceReco
g
nitionBasedonIm
p
rovedGradientLocalBinar
y
Pattern
Schoolo
f
Ph
y
sicsandO
p
toelectronics
Xian
g
tanUniversit
y
Xian
g
tan
Hunan
China
Colle
g
eo
f
MechanicalandElectricalEn
g
ineerin
g
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pp
liedTechnolo
gy
Universit
y
Chan
g
de
Hunan
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
收到修改 稿日期
基金项目
湖南省教育厅科学研究项目
作者简介
杨恢先
男
硕士
教授
主要从事嵌入式系统应用
图形图像处理
计算机辅助设计方面的研究
通信联系 人
引
言
随着科学技术的迅速发展
人脸 识别 的研 究者
越来越多
涌现的许多方法已广泛应用于生活中
如
个人身份认证
摄像监视系统
金融机构的门禁管理
以及公安侦察等
人脸识别主要包括特征信息提取
和分类器设计
作为其比较关键的一个环节
如何有
效获取人脸特征信息是人脸识别研究的重点
当
前
人脸特征 的 提 取 方 法 可 分 为 全 局 法 和 局 部 法
其中
全局人脸识别 方 法主要 有 基于主 成 分分析 法
激光与光电子学进展
和线性鉴别分析法
两种
经 典 局 部 人 脸 识 别 方 法 有 基 于 局 部 二 值 模 式
局部 方 向 模 式
和
小 波
变换
等
是 由
等
在
年 构 造
出的雏形
其能快速且 较 为准确 地 提取图 像 的纹理
特征
为了减少
数据维度
文献
对
进
行改进并提出中心对 称局 部二 值 模式
改
进后其特征维 度只有
的
虽 然
准 确
提取图像的特征信息 的 速度较 快
但其只 提 取邻域
上各个像素点与中心 像 素点之 间 的差值 信 息
使其
存在对非一致性光照和 随 机噪声 比 较敏感 的 缺点
针对此问题
等
提出了
利用
模
板与图像做卷积运算以获取邻域内
个方向局部边
界强度信息
其提取到的 相 对稳定 信 息能够 在 一定
程度上解决
对非一 致 性 光 照 和 随 机 噪 声 比 较
敏感的问题
但其通过 对
个方向 的 模板做 卷 积运
算提取的特征信息
存在着 算 法的执 行 速度较 慢 的
问题
每一种特征 提 取方式 都 有其优 缺 点
为了获
得更多的优点
文献
中把
滤波 和局部 二
值模式相 结 合 得 到 局 部
二 值 方 法
滤波是一种多尺度变换使图像样本得到了扩
充
能够在人 脸 识 别 上 取 得 不 错 的 效 果
但 其 是 以
变换得到大量的特征图
在 处 理 这 些 特 征 图
时比较耗时
针 对
对 随 机 噪 声 和 非 一 致 性 光
照比较敏感以及特征 信 息提取 不 够充分 的 缺点
本
文提出一种改进梯度 局 部二值 模 式
从多条 径 线进
行采样
利 用 梯 度 局 部 二 值 模 式
的 方 式 对
采样得到的两 个 尺 度 的 邻 域 进 行 计 算
将 其
编 码 值 进 行 融 合 得 到 改 进 梯 度 局 部 二 值 模 式
编码值
再将整 个 图像的 编 码值
特征图
进行一系列处理得到 特 征向量
最后对 特 征向量 用
分类器进行识别
基本原理
2.1
对
LBP
和
Sobel
梯度算子的分析
表示局 部 纹 理 特 征 的 具 体 描 述 是 在 一 个
半径为
R
的邻 域 内
选 取 圆 心 的 像 素 点
g
作 为 中
心像素点 和 圆 周 上 的
P
个 像 素 点 作 为 采 样 点
g
i
i
P
当 采 样 点 的 灰 度 值 大 于 等 于
中心像 素 点的灰 度 值时相 应 的编码 位 为
反之为
将所有采样 点 得 到 的
P
位 二 进 制 转 为 十 进 制
从而得到中心像素点
g
的
值
记作
C
存在非一致性光照和随机噪声不稳健的缺
陷
原因是当受到光照和噪声影响时
其计算的数据
可能发生质的变化
即数据的符号发生改变而导致二
进制编码发生质变
因而影响其提取的特征信息
而
梯度算子
是比较典型的一阶导数算子
其
在边缘检测方面应用广泛
由于
算子类 似 局
部平均的计算
因此对噪声和光照有着良好的平滑滤
波的效 果
可以很 好 地消除 噪 声和光照的影响
受
梯度算子启发提出了
算子
分别用
个
方向的
模板
图
与图像进行卷积运算
运算
结果
时相应的编码位为
反之为
因此得到四
位二进制
编码
记作
C
图
算子
水平方向
竖直方向
方向
方向
图
为
与
的 采 样 图 和 编 码 免 图
图
中符号函数
S
x
为
S
x
=
x
x
{
图
采样点
编码
编码
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