基于RBF網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯分類器融合的人臉識別方法

　　不同的特征塊對應(yīng)的貝葉斯分類器對最終判別結(jié)果貢獻(xiàn)是不相同的，本文采取的是基于子分類器分類準(zhǔn)確率分配權(quán)值的方法：將各子分類器重新放回其訓(xùn)練集，計(jì)算其在訓(xùn)練集上的識別率，利用這些識別率，采用下式計(jì)算第b個(gè)子分類器的權(quán)值：

圖1人臉圖像的預(yù)處理

圖2  RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

　　RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖2。徑向基函數(shù)的實(shí)質(zhì) [9]，即尋求一個(gè)基于→的映射函數(shù)（s?r），其中r 是輸入空間的維數(shù)，s是輸出空間的維數(shù)，u是隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)。

　　假定∈（1≤j≤r）為輸入層神經(jīng)元，為隱層第 i個(gè)神經(jīng)元的中心，則第j個(gè)神經(jīng)元在第i個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)的輸出為： , i =1,2,…,u，式中||||表示歐氏范數(shù)。當(dāng)RBF選用高斯核函數(shù)時(shí)，其輸出為：

　　式中為隱層第 i 個(gè)神經(jīng)元的寬度。輸出層第 k 個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出值  為： ，式中為隱層節(jié)點(diǎn) k 到第 j 個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的連接權(quán)值。

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和初始化

　　RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱層聚類的初始化過程如下[10]：

　　（1）隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)u=s。假設(shè)每個(gè)類收斂于一個(gè)聚類中心，再根據(jù)情況具體調(diào)整。

　?。?）隱層第 k 個(gè)神經(jīng)元的中心為 k 類特征矢量的均值。，k=1,2,…,u，   

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

　?。?）計(jì)算各個(gè)j聚類中心到k聚類中心的距離，j=1,2,…,s, j≠k

　　　　a）若，則類k與其他類無重疊。

　　　　b）若，則類k與其他類有重疊，需進(jìn)一步考慮：

　　（5） 包含規(guī)則：若且，則類k包含于類中，類應(yīng)被

　　細(xì)分為兩個(gè)聚類。若類k包含許多其他類的數(shù)據(jù)，需將類k細(xì)分為兩個(gè)聚類。

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法

　　網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)就是通過調(diào)整連接權(quán) 、隱層中心和寬度，以減小輸出誤差。

　　1、連接權(quán)值的調(diào)整

　　定義誤差函數(shù)為：，，其中是第個(gè)訓(xùn)練樣本的實(shí)際輸出值和理想輸出值。通過線性最小二乘法求解最佳權(quán)值。

　　2、隱層中心及寬度調(diào)整

　　W固定，采用梯度下降法，經(jīng)推導(dǎo)可得和的迭代計(jì)算公式為：

　　其中，分別為隱層中心寬度的學(xué)習(xí)速率，m為迭代次數(shù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　利用Yale人臉庫中的人臉圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)人臉識別實(shí)驗(yàn)研究，將人臉圖像分塊加權(quán)重構(gòu)的奇異值向量X1，X2，…，Xl（其l中為訓(xùn)練樣本的數(shù)目）矩陣依次輸入RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，當(dāng)滿足誤差容限或訓(xùn)練次數(shù)，停止訓(xùn)練。在測試過程中，依據(jù)競爭選擇的辦法做出識別判斷。
本文重點(diǎn)研究人臉圖像的32子塊權(quán)值選取情況如下：

表1  人臉圖像劃分不同子塊數(shù)的識別結(jié)果

表2  賦予人臉圖像32子塊不同權(quán)值的識別結(jié)果

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于人臉面部骨骼特征、以及眼睛分布、鼻子形狀等結(jié)構(gòu)特征，是鑒別人臉的主要依據(jù)。通過子塊權(quán)值的合理分布，突出人臉骨骼特征，而對嘴部和皮膚折皺等表情變化部分特征給予弱化或剔除，這與人類識別人臉時(shí)的模式相近，識別效果較好。對人臉圖像進(jìn)行分塊，在樣本數(shù)量很大、維數(shù)很高的情況下，有效地減小了計(jì)算量。但是，子塊不宜過多，否則增加RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算負(fù)擔(dān)，識別率也會有所下降。

結(jié)論

　　本文提出了基于圖像分塊奇異值壓縮，融合RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯分類器的人臉識別方法，模擬人類識別人臉時(shí)剔除同一人臉變化部位的差異能力，采用不同子塊單獨(dú)進(jìn)行人臉識別，根據(jù)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別效果進(jìn)行權(quán)值分配，通過實(shí)驗(yàn)證明，本文方法在降維和識別率方面均取得良好的效果，在正面人臉部位（尤其是下顎部）變化較大時(shí)，具有良好的識別精度和識別速度。

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