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一種基于KPCA與LDA的人臉識別改進算法

來源：電子技術應用2013年第12期

郝靜靜1，李莉2

1. 開封大學信息工程學院，河南開封 475004； 2. 河南工程學院計算機科學與工程系，河南鄭州 450007

摘要： 提出一種核主元分析和線性判別分析相結合的人臉特征識別改進算法。采用核主元分析法對人臉特征信息數據進行主分量提取，以消除數據特征間的相關性和壓縮特征向量的維數。通過引入成對加權Fisher準則和正則化規則對線性判別分析法進行改進，進而實現人臉的自動識別。基于ORL人臉庫進行的實驗表明，此改進算法能夠有效識別庫中的人臉，識別率達91.7%，與K近鄰法和主元分析法相比有較高的識別率。

關鍵詞： 軟件核主元分析線性判別分析人臉識別特征提取

中圖分類號： TP391.4
文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2013)12-0132-03

An improved face recognition algorithm based on KPCA and LDA

Hao Jingjing1, Li Li2

1. College of Information Engineering, Kaifeng University, Kaifeng 475004, China; 2. College of Computer Science and Technology, Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 450007, China

Abstract： Put forward a kind of the face feature recognition method combining kernel principal component analysis and linear discriminant analysis. According to the characteristics of human face information, first use kernel principal component analysis method to principal component extraction of data, eliminate the correlation between data characteristics and compression feature vector dimensions, and then improve the linear discriminant analysis method by introducing Weighted Pairwise Fisher Criterion(WPFC) and regularization rules, thus realize face automatic identification. The experiment based on ORL face database shows that this method can effectively identify faces in libraries and recognition rate reaches 91.7%. Application of this method has higher recognition rate compared with neighboring method and PCA.

Key words : KPCA; LDA; face recognition; feature extraction; dimension disaster

人臉識別是一種重要的生物特征識別技術，在公共安全、信息安全、金融等領域具有廣闊的應用前景[1]。近年來隨著檢測技術、信號處理技術和模式識別技術的長足發展，國內外學者對人臉識別技術進行了更加深入的研究[2]。國外學者DABBAGHCHIANA S采用離散余弦變換DCT(Discrete Cosine Transform)對ORL人臉庫的圖像進行特征提取，用鑒別能力分析DPA(Discrimination Power Analysis)對其進行識別[3]；國內李勇周等人采用核嶺回歸的鄰域保持最大間隔分析法,在標準人臉庫中進行實驗，取得很好的識別性能[4]；甘俊英采用非線性Radon變換對ORL人臉庫中圖像進行特征提取與識別,識別率為90.5%[5]。在眾多已有的人臉識別方法中,主成分分析PCA(Principal Component Analysis)和線性判別分析LDA(Linear Discriminant Analysis)具有運算少、描述能力強和可分性好等特點[6]。PCA是一種線性數據降維算法，但不能取出數據中非線性的結構。針對人臉識別過程中數據非線性的特點,采用核主元分析法KPCA(Kernel Principal Component Analysis)能夠很好地保留數據的非線性結構，從而更好地保留原數據信息量[7-8]。線性判別分析法(LDA)是用于判斷樣本所屬類型的一種統計分析方法，廣泛應用于不同領域。在人臉識別中，LDA分類器的準確率優于前面提到的那些復雜的判別方法，同時還具有易于實現和訓練更迅速等優點[9-10]。實驗證明采用LDA分類器對ORL人臉數據庫進行模式識別正確率高，達到91.7%以上，且魯棒性好。

1 核主元分析法在人臉識別中的應用
采用核主元分析(KPCA)來解決有監督情況下的非線性數據的降維問題。KPCA的核心思想是采用非線性變換將輸入數據空間映射到高維空間，使非線性問題轉換為

當多項式核指數參數為0.7時，識別率最高達到91.7%。表1所示為K近鄰、PCA+LDA和KPCA+改進LDA 三種識別方法對ORL人臉庫進行實驗的實驗結果。

    從表1可得,使用KPCA+改進LDA方法的人臉識別率達91.7%，特征維數為14維。與K近鄰法和PCA+LDA法相比KPCA+改進LDA方法不僅識別率更高，且更能有效地提取ORL人臉庫中圖像數據特征。
   針對人臉識別過程中樣本數據的非線性、高維數和小樣本等特點，提出了一種KPCA和改進LDA相結合的人臉識別新方法。由實驗可得，應用KPCA不僅能夠很好地對ORL人臉數據庫中的數據進行降維，降低數據間的冗余度，而且能夠抽取數據中的非線性結構，有效地保留非線性數據。應用LDA改進算法對降維后的數據進行分類識別，識別率達91.7%，與K近鄰和PCA相比，該算法識別率較高，而且算法簡單，運算量小，魯棒性好。
參考文獻
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[5] 鄒修國, 李林, 陸靜霞. 基于DSP的人臉Hu矩識別研究[J]. 電子技術應用,2012,38(11):150-152.
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[8] 劉昶,周激流,郎方年,等.基于加權判別局部多線性嵌入的人臉識別[J]. 儀器儀表學報, 2011,32(10):2248-2255.
[9] 鄒建法,王國胤,龔勛.基于增強Gabor特征和直接分步線性判別分析的人臉識別術[J].模式識別與人工智能,2010,23(04):477-482.
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