基于聚類算法人臉識別方法的研究

　　摘要：研究基于聚類算法進(jìn)行人臉識別的方法。通過學(xué)習(xí)過程訓(xùn)練RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值、隱含層中心和寬度等參數(shù)。通過仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析了人臉圖像子圖像的保留個(gè)數(shù)、每幅子圖像保留奇異值向量的個(gè)數(shù)以及聚類因數(shù)、因數(shù)的選取，為聚類算法人臉識別取得良好的應(yīng)用效果提供了量化的指導(dǎo)。

　　關(guān)鍵詞：聚類算法;人臉識別;RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);仿真實(shí)驗(yàn)

　　引言

　　在智能小區(qū)的安防系統(tǒng)中，人臉識別技術(shù)的應(yīng)用，提高了安防報(bào)警系統(tǒng)的安全可靠性。人臉識別技術(shù)因其具有非接觸性、特征提取方便、防偽性能高等優(yōu)勢得到廣泛的應(yīng)用。人臉識別技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)、通信、光學(xué)、電子、機(jī)械等多學(xué)科技術(shù)，在控制領(lǐng)域和智能建筑領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景 [1~8] 。本文研究了基于聚類算法判別人臉圖像的方法，達(dá)到應(yīng)用于智能小區(qū)門禁系統(tǒng)和樓宇門禁系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用要求，如圖1所示。

　　基于圖像分塊進(jìn)行人臉識別時(shí)，隨著分塊數(shù)目的增多，子圖像保留的奇異值個(gè)數(shù)、維數(shù)的控制，以及子圖像權(quán)重的賦值等問題，若只依靠主觀經(jīng)驗(yàn)來決定，則缺乏客觀依據(jù)[9~10]。徑向基函數(shù)(RBF-Radial Basis Function)網(wǎng)絡(luò)是一種性能良好的前饋型三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具有全局逼近性質(zhì)和最佳逼近性能，訓(xùn)練方法快速易行，RBF 函數(shù)還具有局部響應(yīng)的生物合理性。在隱含層中心確定的情況下，RBF網(wǎng)絡(luò)只需對隱含層至輸出層的單層權(quán)值學(xué)習(xí)修正，比多層感知器具有更快的收斂速度。利用 YALE人臉數(shù)據(jù)庫，通過RBF網(wǎng)絡(luò)對奇異值個(gè)數(shù)、子圖像數(shù)目、特征值數(shù)量、聚類因數(shù) 、聚類個(gè)數(shù)、 因數(shù)的測試結(jié)果，為人臉圖像的識別提供客觀地指導(dǎo)。

　　利用相關(guān)參數(shù)的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為進(jìn)一步研究子圖像賦值情況，提高人臉識別的速度和精確度提供了有效的幫助和參數(shù)支持。

　　聚類算法的初始化

　　RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可描述為：

　　式中為隱含層第i個(gè)節(jié)點(diǎn)與輸出層第k個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的連接權(quán)值。

　　隱含層聚類的初始化過程如下。

　　(1)在每個(gè)類別收斂于一個(gè)聚類中心的假設(shè)前提下，將隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)初始設(shè)定為輸出層的節(jié)點(diǎn)數(shù)，即u=s，再根據(jù)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練情況具體調(diào)整。

　　(2)隱含層第k個(gè)神經(jīng)元的中心Ck為 k 類特征矢量的均值。

　　(3)計(jì)算從均值Ck到屬于類別k的最遠(yuǎn)點(diǎn)kfarP的歐氏距離。

　　(4)計(jì)算各個(gè)j聚類中心到k聚類中心的距離。再根據(jù)dmin(k,l)和dk，dl的關(guān)系，對以下幾種情況進(jìn)行判斷。

　　情況(a)：若滿足的條件，則表明類別k與其他類別l無重疊。

　　情況(b)：若滿足的條件，則表明類別k與其他類別l有重疊，需要進(jìn)一步考慮以下情況 。

　　(i)當(dāng)滿足的條件時(shí)，則表明兩個(gè)類別雖有重疊，但是互相不包含。

　　(ii)當(dāng)滿足的條件時(shí)，則表明類別k包含于其他類別之中，可能導(dǎo)致RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類錯(cuò)誤。

　　(5)按照以下分離原則對每類樣本進(jìn)行判別并細(xì)分。

　　(i)包含規(guī)則：若滿足，則表明類別k包含于類別l之中，類別l應(yīng)被進(jìn)一步細(xì)分為兩個(gè)聚類。

　　(ii)正確歸類規(guī)則：若類別k包含許多其他類別l的數(shù)據(jù)，則需要將類別k進(jìn)一步細(xì)分為兩個(gè)聚類。

　　重復(fù)上述步驟，直至選定的全部人臉圖像的訓(xùn)練樣本都被處理為止，整個(gè)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)隨之確定。