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2022-08-22
【计算机视觉40例】案例31:FisherFaces人脸识别
Fisherfaces采用LDA(Linear Discriminant Analysis,线性判别分析)实现人脸识别。线性判别识别最早由Fisher在1936年提出,是一种经典的线性学习方法,也被称为“Fisher判别分析法”。
线性判别分析在对特征降维的同时考虑类别信息。其思路是:在低维表示下,相同的类应该紧密地聚集在一起;不同的类别应该尽可能地分散开,并且它们之间的距离尽可能地远。简单地说,线性判别分析就是要尽力满足以下两个要求:
类别间的差别尽可能地大。类别内的差别尽可能地小。
做线性判别分析时,首先将训练样本集投影到一条直线A上,让投影后的点满足:
同类间的点尽可能地靠近。异类间的点尽可能地远离。
做完投影后,将待测样本投影到直线A上,根据投影点的位置判定样本的类别,就完成了识别。
例如,图1所示的是一组训练样本集。现在需要找到一条直线,让所有的训练样本满足:同类间的距离最近,异类间的距离最远。
图1 训练样本集
图2的左图和右图中分别有两条不同的投影线L1和L2,将图1中的样本分别投影到这两条线上,可以看到样本集在L2上的投影效果要好于在L1上的投影效果。
图2 投影示例
线性判别分析就是要找到一条最优的投影线。以图2中右图投影为例,要满足:
B组内的点之间尽可能地靠近C 的两个端点之间的距离(类间距离)尽可能地远
找到一条这样的直线后,如果要判断某个待测样本的分组,可以直接将该样本点向投影线投影,然后根据投影点的位置来判断其所属类别。
例如,在图3中,三角形样本点U向投影线投影后,其投影点落在圆点的投影范围内,则认为待测样本点U属于圆点所在的分类。
图3 判断样本点的分类
在OpenCV中,通过函数cv2.face.FisherFaceRecognizer_create()生成Fisherfaces识别器实例模型,然后应用函数cv2.face_FaceRecognizer.train()完成训练,用函数cv2.face_FaceRecognizer.predict()完成人脸识别。
在使用FisherFaces模块完成人脸识别时,其流程如图4所示。
图4 人脸识别流程
【例】使用FisherFaces完成一个简单的人脸识别程序。
本例中用于学习的4幅人脸图像如图5所示,它们的名称从左至右分别为f01.png、f02.png、f11.png、f12.png。
图5 用于训练的人脸图像
这4幅图像中,前两幅图像是同一个人,将其标签设定为“0”;后两幅图像是同一个人,将其标签设定为“1”。
待识别的人脸图像如图6所示,该图像的名称为fTest.png。
图6 待识别人脸图像
核心代码如下:
运行程序,识别结果为:
识别标签label= 0
置信度confidence= 92.5647623298737
从输出结果可以看到,fTest.png被识别为标签“0”所对应的人脸图像,即认为人脸图像fTest.png与图像f01.png、f02.png所表示的是同一个人。
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