基于全局和局部特征集成的人臉識(shí)別技術(shù)分析

全宏達(dá)

（河南理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南 焦作 454000）

1 人臉識(shí)別技術(shù)提出的背景

要想運(yùn)用人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行高效的現(xiàn)代化工作，就先要保證人臉識(shí)別技術(shù)的有效性和科學(xué)性。采用全局特征和局部特征集成的方式進(jìn)行人臉識(shí)別具有一定的先進(jìn)性，是一種利用串行和并行相結(jié)合的方式進(jìn)行面部特征識(shí)別和收集的技術(shù)。在當(dāng)今人口爆炸、人口流動(dòng)迅速的時(shí)代，很多社會(huì)運(yùn)行的新因素正在進(jìn)入人們的視野，將人臉識(shí)別技術(shù)作為社會(huì)運(yùn)行的輔助手段具有重要意義，因此，有必要對(duì)全局特征和局部特征集成的人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行相對(duì)深入的研究和分析，以促進(jìn)我國(guó)的人臉識(shí)別技術(shù)發(fā)揮更大作用。

2 基于全局特征和局部特征的人類面部識(shí)別技術(shù)概況介紹

想要充分了解這一面部識(shí)別技術(shù)，就需要對(duì)其進(jìn)行多方面的介紹和分析。

2.1 基于全局特征和局部特征的人類面部識(shí)別技術(shù)的發(fā)展

自動(dòng)化的人臉識(shí)別相關(guān)技術(shù)是近年來科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，主要是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)進(jìn)行人類面部圖像的分析和對(duì)比，通過專業(yè)技術(shù)的應(yīng)用和專業(yè)化操作可以將人類面部圖像中的有效信息進(jìn)行記錄，近年來已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于人類的身份識(shí)別方面，成為一種重要的信息收集和辨別方式。

早在20世紀(jì)中期，就已經(jīng)有很多科學(xué)家進(jìn)行了相關(guān)方面的探索，只是近年來才隨著科學(xué)技術(shù)的突破性進(jìn)展而成為一個(gè)十分受關(guān)注的熱點(diǎn)話題[1]?；谌痔卣骱途植刻卣鞯娜祟惷娌孔R(shí)別技術(shù)具有重要的研究意義和實(shí)踐價(jià)值，不僅可以促進(jìn)多個(gè)相關(guān)學(xué)科的進(jìn)一步深入發(fā)展，而且有利于促進(jìn)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的運(yùn)行，具有十分廣闊的現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)用前景。

2.2 基于全局特征和局部特征的人類面部識(shí)別技術(shù)的操作程序分析

基于全局特征和局部特征的人類面部識(shí)別技術(shù)的運(yùn)行方式是有一定先后次序的，先是對(duì)人類面部器官掃描得到的全局特征進(jìn)行分析和粗略的匹配，這一過程會(huì)運(yùn)用到相關(guān)的人臉識(shí)別專業(yè)儀器，之后由操作人員將采集到的人臉全局結(jié)果和采集對(duì)象的局部特征進(jìn)行更加精細(xì)化的對(duì)比和集成，以達(dá)到精細(xì)化確認(rèn)的目的。在這一整體過程中，全局提取和局部提取會(huì)運(yùn)用到不同的方法，為了提升研究的精確度，促進(jìn)研究達(dá)到良好的效果，可以依據(jù)相應(yīng)的大規(guī)模數(shù)據(jù)庫進(jìn)行樣本采集[2]。

以上措施不僅可以提升基于全局特征和局部特征集成的人臉識(shí)別系統(tǒng)的高效性，而且可以有效提升系統(tǒng)運(yùn)行工作的速度。

2.3 基于全局特征和局部特征的人類面部識(shí)別技術(shù)的現(xiàn)狀概述

隨著研究的深入發(fā)展和進(jìn)一步突破，這一信息收集和識(shí)別技術(shù)已經(jīng)獲得了關(guān)鍵性的進(jìn)展，而關(guān)鍵的一個(gè)步驟就是對(duì)人類面部圖像特征的提取。人類面部特征的變化是有區(qū)分的，分為內(nèi)在變化和外在變化兩個(gè)方面。

前者的變化是人類個(gè)體的差異所導(dǎo)致的，屬于人類自有的特殊本質(zhì)。而后者則不然，多是因?yàn)槭艿蕉喾N因素的不斷影響而發(fā)生的改變，影響因素會(huì)有很多，例如，人類的年齡、心情、表情以及生活環(huán)境等。

要想實(shí)現(xiàn)基于全局特征和局部特征的人類面部識(shí)別技術(shù)的高效應(yīng)用，就需要對(duì)前者的變化進(jìn)行準(zhǔn)確記錄和識(shí)別，識(shí)別技術(shù)和識(shí)別結(jié)果才是科學(xué)并且準(zhǔn)確的。當(dāng)前的創(chuàng)造性突破就體現(xiàn)在對(duì)于內(nèi)在變化的收集，將使得人臉識(shí)別技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用成為可能[3]。

2.4 基于全局特征和局部特征的人類面部識(shí)別技術(shù)的分類分析

依據(jù)現(xiàn)在人類面部識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，可以將人類面部的特征描述分為兩大類，分別是對(duì)全局特征的采集描述和對(duì)局部特征的采集描述。其中，全局特征的采集描述是指在采集的結(jié)果中，采集所得特征向量的每一維都會(huì)涵蓋人類面部的所有相關(guān)信息，會(huì)對(duì)人類面部進(jìn)行整體性的反映。而與之相對(duì)應(yīng)的，人類的局部面部特征就是指采集的每一維都會(huì)對(duì)人類面部的一部分區(qū)域進(jìn)行反映和記錄，更加注重提取人類面部一切局域性的、細(xì)節(jié)方面的特征。

在現(xiàn)實(shí)中，這兩者都已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，因?yàn)閮烧邥?huì)因?yàn)楸旧淼奶攸c(diǎn)在不同的領(lǐng)域、不同的行業(yè)得到應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)和特征。

近年來，人類面部識(shí)別技術(shù)的進(jìn)一步研究表明，這兩類技術(shù)都是十分重要的。

3 基于全局特征和局部特征的人類面部識(shí)別技術(shù)應(yīng)用概述

3.1 人類面部識(shí)別技術(shù)中全局特征和局部特征的不同作用

上文已經(jīng)對(duì)全局特征采集和面部特征采集的特征和側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行了介紹，接下來可以對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行概述?；谌痔卣髯饔梅治龅倪^程中，實(shí)驗(yàn)者會(huì)將面部器官完全相同的兩個(gè)人的信息進(jìn)行圖像輸入，這兩個(gè)人不同的地方也是顯而易見的，那就是發(fā)型以及臉型部分。

由于全局面部特征的采集針對(duì)的是人類整體性的特征，因此，系統(tǒng)在進(jìn)行分析和對(duì)比之后會(huì)最終得出兩個(gè)不同人的最終結(jié)論。相對(duì)應(yīng)地，針對(duì)圖像輸入結(jié)果進(jìn)行分析和對(duì)比，由于局部特征集成更加強(qiáng)調(diào)的是人類局部的、更加具有細(xì)節(jié)性的特征，因此，判別結(jié)果會(huì)針對(duì)圖像對(duì)比結(jié)果將二人判別成相同的人。兩種不同的集成分析方式得到的不同結(jié)果表明了對(duì)全局特征和局部特征進(jìn)行集成的必要性。

3.2 人類面部識(shí)別技術(shù)中全局特征的提取應(yīng)用概述

在對(duì)人類的面部全局進(jìn)行提取、分析的過程中，主要采用的是一種較為常用的頻譜分析方法，稱為傅里葉變換。在人臉全局特征的收集過程中，雖然變化的系數(shù)會(huì)包含圖像中的所有信息，但是全局性的信息主要會(huì)被保存在相對(duì)低頻的系數(shù)中。具有全局性的系數(shù)會(huì)被技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的串接，最終形成一個(gè)特征向量。全局特征的提取和分析是一個(gè)需要對(duì)人類面部的所有特征進(jìn)行采集的過程，包括人類的發(fā)型和臉型等。

選擇合適的技術(shù)，將信息放在合適的頻率內(nèi)具有重要的意義，這一頻譜分析方法的應(yīng)用是經(jīng)過試驗(yàn)檢驗(yàn)的，具有一定的科學(xué)性，可以進(jìn)行廣泛采集應(yīng)用。

3.3 人類面部識(shí)別技術(shù)中局部特征的提取應(yīng)用概述

在對(duì)人類面部局部特征進(jìn)行采集描述時(shí)，對(duì)細(xì)節(jié)的重視使得對(duì)相關(guān)技術(shù)的采取變得更加具有挑戰(zhàn)性，因此，研究者在研究過程中決定采用一種用高斯包絡(luò)函數(shù)進(jìn)行約束的平面波。這種技術(shù)方法最開始是應(yīng)用于對(duì)視覺皮層細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M的過程，近年來才被應(yīng)用于人類面部局部特征的描述，并且具有顯著的效果。

在使用這一方法和相關(guān)圖像進(jìn)行操作之后，研究者就可以得出不同位置的一組特征。同樣地，研究者會(huì)對(duì)這些特征進(jìn)行串接，并且最終形成相應(yīng)的特征向量。最后，實(shí)驗(yàn)者會(huì)采用一定的專業(yè)技術(shù)，如文檔主題生成模型（Latent Dirichlet Allocation，LDA）等對(duì)特征向量進(jìn)行專門的降維處理，最終得到關(guān)于人類面部的整體特征，為深入研究作準(zhǔn)備。

3.4 人類面部識(shí)別技術(shù)中整體特征和局部特征的串行集成策略分析

通過實(shí)驗(yàn)介紹已經(jīng)可以得知，全局特征的描述主要是對(duì)人臉?biāo)哂械恼w性特征進(jìn)行描述和分析，并且最終進(jìn)行相對(duì)整體但粗略的對(duì)比和匹配。而局部特征的描述則是對(duì)人類面部的細(xì)節(jié)變化進(jìn)行收集和描繪，并最終得到較為精細(xì)化的結(jié)果。

為了對(duì)比兩種收集方式的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)揮綜合性作用，實(shí)現(xiàn)人類面部識(shí)別技術(shù)中整體特征和局部特征的串行集成，研究者將會(huì)嘗試構(gòu)建出一個(gè)分類器，實(shí)現(xiàn)人類面部識(shí)別精確度和速度并存的最終結(jié)果。這一分類器的構(gòu)建主要有兩層，第一層主要發(fā)揮整體匹配的作用，第二層負(fù)責(zé)進(jìn)行更加精準(zhǔn)化的匹配和對(duì)比，人類面部識(shí)別中兩個(gè)不同的問題，即人臉識(shí)別和確認(rèn)，就都可以得到有效的解決，從而為人類面部識(shí)別技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

基于全局特征和局部特征的人類面部識(shí)別技術(shù)，對(duì)于現(xiàn)代的多學(xué)科深入研究和現(xiàn)代化信息社會(huì)發(fā)展都具有重要的意義，是一個(gè)具有時(shí)代特征的新型信息收集和識(shí)別技術(shù)。要想發(fā)揮人類面部識(shí)別技術(shù)中整體特征和局部特征的集成化效果，就需要了解局部特征和全局特征各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，并且選取合適的方法對(duì)這兩種技術(shù)進(jìn)行采集和對(duì)比。為了實(shí)現(xiàn)集成后的綜合優(yōu)勢(shì)，可以嘗試采用分類器的方式，進(jìn)行多次信息匹配，同時(shí)發(fā)揮兩種采集分析方式的優(yōu)勢(shì)。人臉識(shí)別技術(shù)是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的產(chǎn)物，也將促進(jìn)現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展。