基于分块自适应加权梯度方向直方图特征的人脸识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及人脸识别技术领域，特别是涉及一种基于分块自适应加权梯度方向直 方图特征的人脸识别方法。
【背景技术】
[0002] 近些年来，随着人脸自动识别技术的不断发展，理想条件下的识别率已经达到了 令人满意的水平，但在实际应用中，由于光照、姿态、表情等因素的影响，人脸识别仍然面临 着巨大的挑战。在人脸识别中，一个关键的问题是找到人脸图像的有效描述特征，由于梯度 直方图HOG特征对光照、旋转、方向的因素具有较强的鲁棒性，因此成为了人脸特征的主流 描述算子。
[0003] HOG 特征首次出现在 Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision and Pattern Recognition 杂志上Dalai 发表的Histograms oforiented gradients for human detection文章中，其首次提出用于行人检测。其主要思想是基于 网格作为采样窗将人脸图像划分为均匀的相邻块单元上进行计算，利用梯度方向归一化技 术并统计得到的一种边缘和结构特征的描述算子。随后，HOG特征逐渐被应用于人脸识别 中，并取得了较好的识别效果，有效证明了 HOG特征对光照、姿态、表情的鲁棒性。但是这些 算法只是将HOG特征简单的用于人脸全局特征提取中，并没有完全考虑人脸的全局和局部 信息。经过对现有技术的文献检索发现，郭金鑫等人在《计算机科学》2013年第40卷第10 期279~283页上发表的基于HOG多特征融合与随机森林的人脸识别文章中融合了人脸的 全局特征以及局部特征形成最后的分类特征，但是其只是将全局和局部特征进行简单的级 联，一方面大大的增加了分类特征的维数，同时并没有充分考虑到人脸不同子块对识别的 贡献度不一致等因素，因而对识别率有一定的影响。此外，对已有技术的相关专利检索发 现，HOG特征相关专利主要应用于目标检索，并未检索到其用于人脸识别的专利。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于分块自适应加权梯度方向直方图特 征的人脸识别方法，能够有效降低分类特征的维数。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于分块自适应加权梯度 方向直方图特征的人脸识别方法，包括以下步骤：
[0006] (1)对人脸图像进行预处理，得到低频人脸图像；
[0007] (2)将提取的低频人脸图像分割成大小统一的均匀子块；
[0008] (3)对人脸库训练集以及测试集中的所有人脸图像都进行步骤（1)-⑵的处理， 并将图像的相同位置的子块图像构成新的训练集和测试集；
[0009] (4)提取子块图像的HOG特征；
[0010] (5)利用各子块的HOG特征进行分类识别，得到此位置子块的识别率；
[0011] (6)根据各子块所得到的识别率计算得出各子块的权值；
[0012] (7)融合各子块HOG特征以及相对应权值最终得到分类AW-HOG特征；
[0013] (8)对M-HOG特征进行PCA算法降维；
[0014] (9)采用支持向量机SVM方法进行分类识别。
[0015] 所述步骤（4)具体包括：确定一个KXK大小的滑动采样窗口 block，并将其分为
,大小的单元，在每个单元上跟据
计算每个 像素点的梯度方向，根携
计算 每个像素点的幅值，其中，I(x，y)是人脸图像上像素点（x，y)的灰度值；接着将梯度方向均 匀分9个有符号方向，并将同一单元上所有点相同梯度方向的幅值按高斯权重累加，得到 该单元上的9维梯度直方图，进而得到一个block上的36维梯度直方图，并进行标准化得 到一个block上的HOG特征，最终级联所有block的HOG特征形成整副图像的HOG特征。
[0016] 所述步骤（6)中根据
汁算得出各子块的权值，其中，S i为此 位置子块的识别率。
[0017] 所述步骤（1)包括以下子步骤：
[0018] (11)根据两眼距离对人脸图像进行旋转、裁剪缩放成统一大小像素的图像；
[0019] (12)对缩放裁剪过后的图像进行二级二维小波分解并提取低频图像。
[0020] 有益效果
[0021] 由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效 果：本发明充分考虑了人脸各子块对识别的贡献不同，从而分配了相应的权重，并且定义了 子块识别率与相应权重之间的对应关系，在同时考虑到全局以及局部特征的条件下，有效 的降低了分类特征的维数。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明的流程图；
[0023] 图2A是二级小波分解示意图；图2B是二级小波分解效果图；
[0024] 图3人脸图像分块构成新子集的示意图；
[0025] 图4是梯度方向直方图（HOG)特征提取示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0027] 本发明的实施方式涉及一种基于分块自适应加权的HOG特征人脸识别方法，如 图1所示，首先采用小波分解提取低频图像以消除冗余、随机信息，其次将人脸图像分成均 匀子块，并利用各子块对识别的贡献率不同而赋予不同的权重，进而提取人脸的AW-HOG特 征，最后采用PCA算法对提取的特征进行降维形成最终分类特征，再采用支持向量机（SVM) 方法对其进行分类识别，其具体实施步骤如下：
[0028] 1)对人脸图像根据两眼距离进行旋转、裁剪缩放成统一大小像素的图像；
[0029] 2)对缩放裁剪过后的图像Ajm，η)进行二级二维小波分解并提取低频图像；
[0030] 小波分解其定义如下：
[0032] 其中，g()为高通滤波器，h()为低通滤波器，j为分辨率也称为尺度。即：一副0 尺度的原图像A(j(m，n)可以分解为j+Ι尺度的低频图像A j+1(m，n)以及p尺度的高频图像 Hp (m，n)，Vp (m，n)，Dp (m，η)。其中，p = (1，2,. . . j，j+1)，Hp保持水平边缘细节，V p保持垂直 边缘细节，Dp保持斜边缘细节。
[0033] 图像经过一次二维离散小波分解可以分解为四个分量。二级小波分解即