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基于变异系数的人脸特征提取方法[J]. 计算机科学技术学报, 2007, 22(4): 626-632.
引用本文: 基于变异系数的人脸特征提取方法[J]. 计算机科学技术学报, 2007, 22(4): 626-632.
Feng-Xi Song, David Zhang, Cai-Kou Chen, Jing-Yu Yang. Facial Feature Extraction Method Based on Coefficients of Variances[J]. Journal of Computer Science and Technology, 2007, 22(4): 626-632.
Citation: Feng-Xi Song, David Zhang, Cai-Kou Chen, Jing-Yu Yang. Facial Feature Extraction Method Based on Coefficients of Variances[J]. Journal of Computer Science and Technology, 2007, 22(4): 626-632.

基于变异系数的人脸特征提取方法

Facial Feature Extraction Method Based on Coefficients of Variances

  • 摘要: 人脸特征提取方法在计算机视觉、用户身份认证、多媒体数据挖掘等领域有着十分广泛的应用前景。根据不同的标准,我们可以将特征提取方法区分为:线性和非线性,鉴别和非鉴别,小样本和普通。人脸特征提取方法属于小样本线性鉴别特征提取方法。特征提取的过程是一个依据某个鉴别准则将高维输入空间压缩为低维特征空间的过程。基于不同的鉴别准则,人们可以得到不同的特征提取方法。大多数鉴别特征提取方法来源于Fisher线性鉴别准则,其基本思想是构造一个高维输入空间到低维特征空间的线性变换,使得变换后的训练样本同类相互集中、异类彼此分离。但是,Fisher鉴别准则是基于大样本的,当应用于人脸识别等小样本问题时将面临奇异性困难。为此,人们在Fisher鉴别分析基础上提出许多小样本线性鉴别特征提取方法。在这些线性鉴别特征提取方法中,基于零空间的特征提取方法对于人脸识别问题十分有效。该方法通过在类内散布矩阵的零空间中寻找最大化类间散度的鉴别矩阵,使得变换后的同类训练样本集中到同一个点的同时,异类样本之间的散度达到最大。与其他主流人脸特征提取方法一样,基于零空间的人脸特征提取方法仅适应于静态数据。比如设想一下这种情况,一个带有拒识策略的在线分类系统最初是根据某l类训练样本进行训练的,它将随后到来的测试样本判别为这l类中的某一类,或“其他”类。随着时间的推移,“其他”类中的样本越来越多,其中某些具有相同特性的样本可以构成新类别的训练样本,即第 l+1类的样本。这时,用包零空间法在内的传统特征抽取方法提取特征时,除了要增加能包含新类别信息的鉴别向量,还需要重新计算以往所有的鉴别向量。本文提出的基于变异系数的人脸特征提取方法将零空间法的基本思想同统计学中反映数据散布程度的变异系数概念和线性代数的Gram-Schmidt正交化过程有机地结合起来,比较理想地解决了小样本数据的在线训练和分类问题。基于变异系数的人脸特征提取方法的具体计算过程如下:1.在各类样本的总体散布矩阵的零空间中寻找该类最小变异系数方向;2.运用Gram-Schmidt正交化过程消除各类最小变异系数方向之间的线性相关性。如果运用本文的特征提取方法进行在线分类,当需要根据新近积累的第 l+1类的样本构造新的投影轴时,只需首先计算第 l+1类的最小变异系数方向,然后消除该方法与其他鉴别方向的线性相关性,而无须重新计算所有的鉴别方法,从而极大地提高了在线分类效率。

     

    Abstract: Principal Component Analysis (PCA) and Linear Discriminant Analysis(LDA) are two popular feature extraction techniques in statisticalpattern recognition field. Due to small sample size problem LDA cannotbe directly applied to appearance-based face recognition tasks. As aconsequence, a lot of LDA-based facial feature extraction techniques areproposed to deal with the problem one after the other. Nullspace Methodis one of the most effective methods among them. The Nullspace Methodtries to find a set of discriminant vectors which maximize thebetween-class scatter in the null space of the within-class scattermatrix. The calculation of its discriminant vectors will involveperforming singular value decomposition on a high-dimensional matrix. Itis generally memory- and time-consuming.Borrowing the key idea in Nullspace method and the concept ofcoefficient of variance in statistical analysis we present a novelfacial feature extraction method, i.e., Discriminant based onCoefficient of Variance (DCV) in this paper. Experimental resultsperformed on the FERET and AR face image databases demonstrate that DCVis a promising technique in comparison with Eigenfaces, NullspaceMethod, and other state-of-the-art facial feature extraction methods.

     

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