復(fù)雜光照條件下人臉識別關(guān)鍵算法研究

安洋帆 楊智智 吳濤 南通大學(xué)

關(guān)鍵字：復(fù)雜光照 人臉識別 關(guān)鍵算法 研究

引言

現(xiàn)階段，在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的支撐下，計(jì)算機(jī)人臉識別技術(shù)得以誕生和發(fā)展，并且隨著理論基礎(chǔ)的日益完善，人臉識別相關(guān)算法得到了進(jìn)一步的優(yōu)化和改良，使得識別效果大大提升。就目前而言，計(jì)算機(jī)人臉識別技術(shù)在諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用，其中包括電子商務(wù)、監(jiān)控及門禁系統(tǒng)等，一方面有效提升了管理水平，另一方面也大大確保了管理的安全性和可靠性。

1 人臉識別技術(shù)概述

第一，人臉檢測。對人臉圖像進(jìn)行檢測、定位和跟蹤，有效判斷人臉的形狀、位置和大小等特征信息；第二，圖像處理。在人臉檢測的基礎(chǔ)上進(jìn)行圖像的處理工作，包括圖像矯正、歸一化處理以及灰度均衡處理等，確保后續(xù)識別和判斷的準(zhǔn)確性；第三，特征提取。對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和識別，找出可以反映人臉本質(zhì)特征的信息，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)庫對比分析；第四，分類識別。在提取相關(guān)的人臉特征信息后，需要按照分類方法進(jìn)行歸類整理，同時(shí)確定相關(guān)的識別和判斷規(guī)則，確保身份識別的準(zhǔn)確性和有效性。

2 復(fù)雜光照條件下人臉識別關(guān)鍵算法

2.1 傳統(tǒng)圖像處理方法

2.1.1 直方圖均衡

在實(shí)際進(jìn)行圖像采集中會由于光照條件的影響（不均勻曝光），使得圖像一些關(guān)鍵信息被隱藏，此時(shí)需要通過圖像灰度和頻率關(guān)系進(jìn)行分析和判斷，即通過直方圖均衡重新分配圖像灰度級頻率，使得隱藏的信息得以表現(xiàn)出來。通常情況下，對于該方法的處理，需要按照以下幾步驟執(zhí)行算法，即統(tǒng)計(jì)和記錄圖像中每一個(gè)灰度級i的頻率，并且記作，接著結(jié)合總的灰度級數(shù)量L，得出灰度變換公式（1）。

然后根據(jù)公式（1）進(jìn)行圖像各個(gè)灰度值處理，詳細(xì)如公式（2）。

2.1.2 Gamma 變換

該方法的本質(zhì)原理是對人臉圖像的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過控制Gamma相關(guān)參數(shù)大小進(jìn)行圖像亮度的調(diào)節(jié)，使其在復(fù)雜光照條件與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境相似，提升計(jì)算機(jī)識別的準(zhǔn)確性。Gamma變換的算法執(zhí)行流程如下：第一，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下采集的圖像數(shù)據(jù)Io計(jì)算出Gamma參數(shù)，詳細(xì)見公式（3）。

第二，利用上述公式（3）得到的Gamma參數(shù)按照公式（4）計(jì)算求得處理后的每點(diǎn)亮度值。

2.2 基于光照建模的商圖像

通過假設(shè)圖像中人臉沒有自陰影，且所有人臉的3D形狀相同，得出人臉的商圖像只與表面反射率相關(guān)，而與光照信息無關(guān)。商圖像定義為兩幅圖像的反射率之比，人臉b對人臉a的商圖像表示為公式（5）。

由上述公式可見，商圖像與光照信息無關(guān)，只與人臉表面反射率如紋理等相關(guān)。如果獲得人臉a的任意三幅線性不相關(guān)的圖片以及商圖像，那么可以生成目標(biāo)y在任意光照條件下的人臉圖像，詳細(xì)見公式（6）。

2.3 光錐體法

該方法是復(fù)雜強(qiáng)光照射下人臉識別的有效方法，同時(shí)考慮了自身陰影和投影陰影，其主要運(yùn)用Yale B數(shù)據(jù)庫進(jìn)行人臉三維模型的建立，詳細(xì)如圖1所示。

圖1人臉識別三維模型構(gòu)建

光錐體法在非常劇烈的光照下，其人臉識別率不會下降，在Yale B數(shù)據(jù)庫上的測試結(jié)果曲線如圖2所示。

圖2光錐法在Yale B數(shù)據(jù)庫上的識別率測試結(jié)果

雖然該方法的可以達(dá)到很好的識別效果，但是每個(gè)人臉光錐至少需要7張圖片，這對于許多系統(tǒng)而言是難以滿足的，而且光錐法計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量極大，計(jì)算的實(shí)時(shí)性難以得到滿足，后續(xù)還需要加強(qiáng)研發(fā)。

結(jié)束語

綜上所述，人臉識別作為一種計(jì)算機(jī)技術(shù)支持的高端識別手段，在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在實(shí)際的應(yīng)用中，人臉識別會受到復(fù)雜光照條件的影響，導(dǎo)致識別準(zhǔn)確性受到影響，此時(shí)需要對人臉識別相關(guān)算法進(jìn)行優(yōu)化和改良，確保人臉識別在復(fù)雜光照條件下仍然適用，有效提升判斷和辨識的準(zhǔn)確性，為促進(jìn)人臉識別技術(shù)的成熟提供保障。