基于球面谐波基图像的任意光照下的人脸识别-先进人机通信技术联合.pdfVIP

基于球面谐波基图像的任意光照下的人脸识别 1) 2) 2) 1),2) 卿来云 山世光 陈熙霖 高文 1) ( 中国科学院研究生院, 北京 100039) 2)( 中国科学院计算技术研究所, 北京 100080) 摘 要 光照变化是影响人脸识别系统性能的一个重要因素。本文提出了一种基于球面谐波基图像的光照补偿算法，用以任意光照条件 下人脸识别。算法分两步进行：光照估计和光照补偿。基于人脸形状大致相同和每个人脸的反射率基本相等的假设，我们首先估计输 入人脸图像光照的9个低频谐波系数。根据光照估计的结果，本文提出了两种光照补偿方法：纹理图像和差图像。纹理图像为输入图 像与其光照辐照图之商，与输入图像的光照条件无关。差图像为输入图像与平均人脸在相同光照下的图像之差，通过减去平均人脸在 相同光照下的图像，减弱了光照的影响。在CMU-PIE人脸库和Yale B人脸库上的实验表明，通过光照补偿，不同光照下人脸图像识别 率有了很大提高。 关键词 人脸识别；光照变化；谐波基图像；光照估计；光照补偿 中图法分类号 TP393 对光照变化下的图像的分布进行建模。在对光照变化 1 引言 建模的工作中，一个非常重要的必威体育精装版进展是球面谐波 人脸识别技术应用背景广泛，可用于公安系统的 模型。该模型是由Barsi等[7]和Ramamoorthi[9]分别独 罪犯身份识别、驾驶执照及护照等与实际持证人的核 立地提出的。利用球面谐波函数和信号处理技术，他 对、银行及海关的监控系统及自动门禁系统等。另外 们解析地证明了任意光照下朗伯凸表面的图像可以 还有越来越多的领域也得益于人脸识别技术，如人机 用一个9D子空间来很好近似。该9D线性子空间由9 接口、电子商务等。相关研究在近些年中有了很大进 个球面谐波基图像张成。基于该模型，本文提出了一 展[1，2] 。 种对人脸图像进行光照估计和光照补偿的方法，从而 但是人脸识别仍是一个没有彻底解决的难题，光 对一般光照下的人脸图像进行准确识别。 照变化是其中关键问题之一，同一人脸在不同光照下 本文的其余部分是如下组织的。第二部分简单回 的图像变化往往比不同人脸在相同光照下的图像变 顾人脸识别系统中对光照变化处理的主要方法。第三 化更大[3]。对人脸识别系统的评测也进一步验证了 部分介绍基于球面谐波的人脸图像光照估计。第四部 这些结论。FERET测试[4]表明即使是最好的人脸识 分讨论光照补偿。文章的第五部分给出了实验结果， 别系统，其识别性能也随着人脸图像的光照条件变化 包括光照估计、光照补偿的效果及其人脸识别的性能 而急剧下降。最近的FRVT测试[5]对商用人脸识别系 比较情况。最后总结全文并讨论下一步工作。 统的测试也表明，虽然当今顶级的人脸识别系统对室 内光照的合理变化不再敏感，但其对室外人脸图像的 2 相关工作 识别率还很低。而室外人脸图像的特点之一就是光照 根据图像的成像公式，人脸图像不仅取决于人脸 变化复杂。 的内在本质特征，还与其外部成像条件有关。人脸的 人们已经通过实验[6]和理论 [7 ，8]证明：朗伯 本质特征主要包括人脸的形状和表面反射率，外部成 表面在光照变化下的图像在一个低维子空间内。基于 像条件则包括光照、视点和饰物遮挡等。根据对外在 这个结论，很多方法试图通过统计分析或解析的方法 成像参数的处理方