人体头像面部的二维主成分分析(2D PCA)

2024-05-30 05:58

本文主要是介绍人体头像面部的二维主成分分析(2D PCA),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

刚开始写博客,如果有什么不对的地方,请大家帮忙指出,谢谢!微笑

二维PCA介绍

在前一篇文章《PCA算法:从一组照片中获取特征脸(特征向量)》中,介绍了对人像进行一维PCA处理的过程及结果,并提取显示了特征脸。在后续应用中可以使用特征脸空间来表示人像,是数据从m*n(图片尺寸为m*n)的大小缩减到了p(p为选取的前p个特征脸)。再进行人脸识别、检测的时候只需要处理明显的特征,并且具有数据量大大减小,便于处理等好处。

PCA方法作为一种图像统计处理方法,平等地对待所有点,角度、光照、尺寸及表情的变化会导致识别率急剧下降。其次人脸在人脸空间的分布近似高斯分布,普通人脸靠近均值附近,难以识别。PCA具有好的表达能力,但是区分能力不足。其次,PCA将样本转化为一行,生成一个q行m*n列的矩阵(q为样本数),计算变得复杂。

近年来发展了很多对PCA的改进方法,2DPCA(2-dimensional principal component analysis)就是其中一种。

二维PCA基本思想

本节直接截取武汉理工大学齐兴敏硕士的论文《基于PCA的人脸识别技术的研究》(链接)的内容。


二维PCA实现过程

// PCA_2D.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
// by dhj555 572694157@qq.com
// ZJU University#include "stdafx.h"
#include <string>
#include <strstream>
#include <opencv2\opencv.hpp>
using namespace std;
using namespace cv;vector<Mat> loadImages();
double* matrix_mul(int* mat1, int m, int n, int* mat2, int k);
int* matrix_trans(int* mat, int m, int n);
double myDot(Mat mat1, Mat mat2);int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{//Mat mat = Mat(5, 5, CV_64FC1,0.0);//Mat lie = Mat(5, 1, CV_8UC1);//lie.at<uchar>(0) = 0;//lie.at<uchar>(1) = 1;//lie.at<uchar>(2) = 2;//lie.at<uchar>(3) = 3;//lie.at<uchar>(4) = 4;//mat.col(3) = lie;//Mat lie2 = mat.col(3);//cout << lie2.dot(lie);//cout << lie;//cout << mat;//1、定义变量int num_sample = 38;	//样本数量int num_eigen = 15;		//投影和重构使用的前num_eigen个特征向量int norm_row = 64, norm_col = 56;	//样本图像的尺寸vector<Mat> imgs = loadImages();	//所有样本图像Mat mean_face = Mat(norm_row, norm_col, CV_8UC1);	//平均脸vector<int> mean_face_total;mean_face_total.resize(norm_row * norm_col);//2、计算平均脸for (int n = 0; n < num_sample; n++){for (int i = 0; i < norm_row; i++){for (int j = 0; j < norm_col; j++){int index = i*norm_col + j;mean_face_total.at(index) += ((imgs.at(n))).at<uchar>(index);}}}for (int j = 0; j < norm_row * norm_col; j++){mean_face.at<uchar>(j) = (uchar)(mean_face_total.at(j) / num_sample);}//3、计算协方差矩阵Mat covar_matrix = Mat(norm_col, norm_col, CV_64FC1, 0.0);for (int n = 0; n < num_sample; n++){Mat img = Mat(norm_row, norm_col, CV_64FC1);for (int i = 0; i < norm_row*norm_col; i++)img.at<double>(i) = ((double)imgs.at(n).at<uchar>(i)) - ((double)mean_face.at<uchar>(i));covar_matrix = covar_matrix + (img.t()*img) / num_sample;}//4、计算特征值和特征向量Mat eValuesMat;		//特征值,从大大小排列Mat eVectorsMat;	//特征向量,按行排列,按照对应特征值的大小eigen(covar_matrix, eValuesMat, eVectorsMat);//5、投影到特征向量空间,并重构for (int n = 0; n < num_sample; n++){Mat origin_img_uchar = imgs.at(n);		//原图像Mat origin_img = Mat(norm_row, norm_col, CV_64FC1, 0.0);for (int index = 0; index < norm_row*norm_col; index++)origin_img.at<double>(index) = (double)origin_img_uchar.at<uchar>(index);Mat preject_mat = Mat(norm_row, num_eigen, CV_64FC1, 0.0);	//投影矩阵for (int i = 0; i < num_eigen; i++){for (int p = 0; p < norm_row; p++){Mat row1 = origin_img.row(p);Mat row2 = eVectorsMat.row(i);double res = row1.dot(row2);preject_mat.at<double>(p*num_eigen + i) = res;}//preject_mat.col(i) = origin_img*(eVectorsMat.row(i).t());}Mat recons_mat = Mat(norm_row, norm_col, CV_64FC1, 0.0);		//重构for (int j = 0; j < num_eigen; j++){recons_mat = recons_mat + (preject_mat.col(j))*(eVectorsMat.row(j));}float min = LLONG_MAX, max = LLONG_MIN, span = 0.0;for (int index = 0; index < norm_col*norm_row; index++){float d = recons_mat.at<double>(index);if (d>max)max = d;if (d < min)min = d;}span = max - min;Mat recon_face = Mat(norm_row, norm_col, CV_8UC1);for (int index = 0; index < norm_row*norm_col; index++){float d = recons_mat.at<double>(index);recon_face.at<uchar>(index) = (d - min) / span * 255.0;}Mat diff_face = Mat(norm_row, norm_col, CV_8UC1);//vector<float> diffs;//diffs.resize(norm_row*norm_col);for (int index = 0; index < norm_row*norm_col; index++){double origin_d = origin_img.at<double>(index);double recon_d = recons_mat.at<double>(index);//diffs.at(index) = origin_d - recon_d;diff_face.at<uchar>(index) = origin_d + 127 - recon_d;}char buffer[128];sprintf_s(buffer, "C:/Users/dhj555/Desktop/YelaFaces/PCA2D/1/1-000%dorgin.jpg", n);string orgin_ImgPath(buffer);sprintf_s(buffer, "C:/Users/dhj555/Desktop/YelaFaces/PCA2D/1/1-000%drecon.jpg", n);string recon_ImgPath(buffer);sprintf_s(buffer, "C:/Users/dhj555/Desktop/YelaFaces/PCA2D/1/1-000%ddiff.jpg", n);string diff_ImgPath(buffer);printf("%d st:\t%f\n", n, eValuesMat.at<double>(n));imwrite(orgin_ImgPath, origin_img);imwrite(recon_ImgPath, recons_mat);imwrite(diff_ImgPath, diff_face);}cout << "\n" << eVectorsMat;waitKey(0);return 0;
}vector<Mat> loadImages()
{vector<Mat> all_imgs;for (int i = 0; i < 38; i++){char buffer[128];sprintf_s(buffer, "C:/Users/dhj555/Desktop/YelaFaces/%d/%d-0001.jpg", i + 1, i + 1);string imgPath(buffer);Mat origin_img = imread(imgPath, CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE);Mat img = Mat(64, 56, CV_8UC1);resize(origin_img, img, Size(56, 64));all_imgs.push_back(img);}return all_imgs;
}double myDot(Mat mat1, Mat mat2)
{double res = 0.0;if (mat1.cols == 1 && mat2.cols == 1 && mat1.rows == mat2.rows){for (int i = 0; i < mat1.rows; i++)res += mat1.at<double>(i)*mat2.at<double>(i);return res;}if (mat1.rows == 1 && mat2.rows == 1 && mat1.cols == mat2.cols){for (int i = 0; i < mat1.cols; i++)res += mat1.at<double>(i)*mat2.at<double>(i);return res;}return res;
}

二维PCA图片重构实验结果

此处列举5组实验结果。

注:

<span style="white-space:pre">	</span>double origin_d = origin_img.at<double>(index);double recon_d = recons_mat.at<double>(index);diff_face.at<uchar>(index) = origin_d + 127 - recon_d;
<span style="white-space:pre">	</span>由于使用了uchar表示像素灰度,直接相减可能出现负值,但是uchar不能表示复数,所以加上了127。

原始图像重构图像差异图像
求得的特征值:

0 st:   2160549.032902
1 st:   452443.355672
2 st:   269018.469038
3 st:   165124.140552
4 st:   106610.785769
5 st:   89444.567562
6 st:   73015.552536
7 st:   63570.818226
8 st:   39627.906668
9 st:   38556.676027
10 st:  36000.282860
11 st:  33237.237388
12 st:  25777.377389
13 st:  25500.496538
14 st:  22803.806736
15 st:  21003.406909
16 st:  19098.320455
17 st:  17029.164552
18 st:  15863.203747
19 st:  13805.013111
20 st:  13136.374819
21 st:  12094.863309
22 st:  10604.307490
23 st:  9949.116257
24 st:  8720.810884
25 st:  8338.006774
26 st:  7937.054498
27 st:  7164.202648
28 st:  6632.291813
29 st:  6019.611097
30 st:  5137.939391
31 st:  4889.753865
32 st:  4727.662225
33 st:  4287.633124
34 st:  3985.294864
35 st:  3955.256511
36 st:  3638.502077
37 st:  3460.752888

这篇关于人体头像面部的二维主成分分析(2D PCA)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1015754

相关文章

Nginx分布式部署流程分析

《Nginx分布式部署流程分析》文章介绍Nginx在分布式部署中的反向代理和负载均衡作用,用于分发请求、减轻服务器压力及解决session共享问题,涵盖配置方法、策略及Java项目应用,并提及分布式事... 目录分布式部署NginxJava中的代理代理分为正向代理和反向代理正向代理反向代理Nginx应用场景

Redis中的有序集合zset从使用到原理分析

《Redis中的有序集合zset从使用到原理分析》Redis有序集合(zset)是字符串与分值的有序映射,通过跳跃表和哈希表结合实现高效有序性管理,适用于排行榜、延迟队列等场景,其时间复杂度低,内存占... 目录开篇:排行榜背后的秘密一、zset的基本使用1.1 常用命令1.2 Java客户端示例二、zse

Redis中的AOF原理及分析

《Redis中的AOF原理及分析》Redis的AOF通过记录所有写操作命令实现持久化,支持always/everysec/no三种同步策略,重写机制优化文件体积,与RDB结合可平衡数据安全与恢复效率... 目录开篇:从日记本到AOF一、AOF的基本执行流程1. 命令执行与记录2. AOF重写机制二、AOF的

MyBatis Plus大数据量查询慢原因分析及解决

《MyBatisPlus大数据量查询慢原因分析及解决》大数据量查询慢常因全表扫描、分页不当、索引缺失、内存占用高及ORM开销,优化措施包括分页查询、流式读取、SQL优化、批处理、多数据源、结果集二次... 目录大数据量查询慢的常见原因优化方案高级方案配置调优监控与诊断总结大数据量查询慢的常见原因MyBAT

分析 Java Stream 的 peek使用实践与副作用处理方案

《分析JavaStream的peek使用实践与副作用处理方案》StreamAPI的peek操作是中间操作,用于观察元素但不终止流,其副作用风险包括线程安全、顺序混乱及性能问题,合理使用场景有限... 目录一、peek 操作的本质:有状态的中间操作二、副作用的定义与风险场景1. 并行流下的线程安全问题2. 顺

MyBatis/MyBatis-Plus同事务循环调用存储过程获取主键重复问题分析及解决

《MyBatis/MyBatis-Plus同事务循环调用存储过程获取主键重复问题分析及解决》MyBatis默认开启一级缓存,同一事务中循环调用查询方法时会重复使用缓存数据,导致获取的序列主键值均为1,... 目录问题原因解决办法如果是存储过程总结问题myBATis有如下代码获取序列作为主键IdMappe

Java中最全最基础的IO流概述和简介案例分析

《Java中最全最基础的IO流概述和简介案例分析》JavaIO流用于程序与外部设备的数据交互,分为字节流(InputStream/OutputStream)和字符流(Reader/Writer),处理... 目录IO流简介IO是什么应用场景IO流的分类流的超类类型字节文件流应用简介核心API文件输出流应用文

Android 缓存日志Logcat导出与分析最佳实践

《Android缓存日志Logcat导出与分析最佳实践》本文全面介绍AndroidLogcat缓存日志的导出与分析方法,涵盖按进程、缓冲区类型及日志级别过滤,自动化工具使用,常见问题解决方案和最佳实... 目录android 缓存日志(Logcat)导出与分析全攻略为什么要导出缓存日志?按需过滤导出1. 按

Linux中的HTTPS协议原理分析

《Linux中的HTTPS协议原理分析》文章解释了HTTPS的必要性:HTTP明文传输易被篡改和劫持,HTTPS通过非对称加密协商对称密钥、CA证书认证和混合加密机制,有效防范中间人攻击,保障通信安全... 目录一、什么是加密和解密?二、为什么需要加密?三、常见的加密方式3.1 对称加密3.2非对称加密四、

MySQL中读写分离方案对比分析与选型建议

《MySQL中读写分离方案对比分析与选型建议》MySQL读写分离是提升数据库可用性和性能的常见手段,本文将围绕现实生产环境中常见的几种读写分离模式进行系统对比,希望对大家有所帮助... 目录一、问题背景介绍二、多种解决方案对比2.1 原生mysql主从复制2.2 Proxy层中间件:ProxySQL2.3