收藏本站
我的资料
  购物车 (0)  
亲,您的购物车空空的哟~
去购物车结算
   
查看手机网站
其他帐号登录: 注册 登录
北京元亨信科技有限责任公司

咨询热线

010-51994498

追求品质,追求卓越

THE PURSUIT OF EXCELLENCE

商城分类
  • 语音识别
  • 语意识别
  • 人脸识别
    识别仪
    摄像头
    门禁
  • 图像识别
    摄像头
    存储管理
  • AI算法产品
  • 智能机器人成品
  • 智能设备
  • 综合
  • 智慧工厂
  • 智慧城市
  • 激光扫描
  • 移动推广
  • 大数据
    数据库
    服务器
    云计算
    云存储

人脸识别研究入门知识

来源:知乎 

一.人脸检测/跟踪

031b798e60b4ce6a654b19a81efe5a6a_hd.jpg


  人脸检测/跟踪的目的是在图像/视频中找到各个人脸所在的位置和大小;对于跟踪而言,还需要确定帧间不同人脸间的对应关系。


  1.Robust Real-time Object Detection. Paul Viola, Michael Jones. IJCV 2004.

  入选理由:
  Viola的人脸检测工作使得人脸检测真正变得实时可用。他们发表了一系列文章,这篇是引用率最高的一篇。


  2.Fast rotation invariant multi-view face detection based on real Adaboost. Bo Wu, Haizhou Ai, Chang Huang, Shihong Lao. AFGR 2004.

  人选理由:
  自viola之后,有很多改进文章,这篇文章只是其中之一。之所以选择这篇,是因为其贡献点相对比较多:一是因为这篇文章第一次将real adaboost应用于物体检测,二是其提出了一个比较成熟实用的多姿态人脸检测框架,三是其提出的nest结构对cascade结构的改进确实有不错的效果。


  3.Tracking in Low Frame Rate Video: A Cascade Particle Filter with Discriminative Observers of Different Life Spans. Yuan Li, Haizhou Ai, Yamashita T., Shihong Lao. CVPR 2007.

  入选理由:
  人脸跟踪是人脸识别中非常重要的模块。这篇文章是比较好的将人脸检测模型与跟踪进行结合,将离线模型和在线模型结合的工作,而且获得了CVPR 2007 Best Student Paper,是中国大陆学生第一次获此殊荣。

二.人脸特征点定位


  人脸特征点定位的目的是在人脸检测/跟踪获取的人脸区域的基础上,进一步,确定脸部特征点(眼睛、嘴巴中心点、眼睛、嘴巴轮廓特征点、器官轮廓特征点等)的位置。人脸特征点定位的基本思路,主要是将人脸局部器官的纹理特征和器官特征点之间的位置约束进行结合来进行处理。


  4.Active Shape Models-Their Training and Application. T. F. COOTES, C. J. TAYLOR, D. H. COOPER, AND J. GRAHA. COMPUTER VISION AND IMAGE UNDERSTANDING. 1995.

  入选理由:
  早期的人脸特征点定位,很多工作主要集中在定位眼球中心点和嘴巴中心点等两三个关键点上,但是,后来慢慢大家认为,引入更多的点,并加入相互约束会提高定位精度和稳定性。ASM是后来被大家所follow最多的将数十个脸部特征点的纹理和位置关系约束一起考虑来进行计算的模型,COOTES的这篇文章发表于1995年,绝对是开先河之作,绝对经典。


  5.Boosted Regression Active Shape Models. David Cristinacce and Tim Cootes. BMVC, 2007.

  入选理由:
  ASM相关改进的文章非常多,最值得一提的当然是AAM(也是cootes最早提出)模型,除此之外还有一个非常重要的思路,就是改进原文章基于边缘的纹理模型。个人认为,这篇文章中所给出的基于回归方式表示纹理模型的方式比基于分类表观模型的方法更有前途,因为是cootes的文章,自然就更应该被推荐。


  6.Face Alignment by Explicit Shape Regression. Xudong Cao, Yichen Wei, Fang Wen, Jian Sun. CVPR 2012.

  入选理由:
  这篇文章是上述提到的ASM相关改进的另外一个方向,就是对形状模型本身的改进。这篇文章没有用PCA去约束形状模型,而是基于训练样本的线性组合来约束形状。而且,其在alignment的效果(LFPW测试集)上是目前看到最好的,此外,这个方法的速度非常快。由于是MSRA孙剑组的文章,确实应该被关注更多。

三.人脸表示


  人脸表示是指根据人脸特征点的位置,对人脸进行几何校正并割取人脸区域(归一化到固定大小)之后,得到最具有鉴别(区分)能力的特征的过程。


  7.Eigenfaces for recognition. M. Turk and A. Pentland. Journal of Cognitive Neuroscience. 1991.

  入选理由:
  这需要理由吗?基于PCA的特征脸是人脸识别最经典的算法之一,虽然今天PCA在实际系统中更多的是用来降维,而不是用来分类,但是这么经典的方法还是要关注的。其实,基于LDA的方法也非常经典,不过,考虑到篇幅有限,就不再列举了。


  8.Local Gabor Binary Pattern Histogram Sequence (LGBPHS):
  A Novel Non-Statistical Model for Face Representation and Recognition

  入选理由:
  个人认为这可能是最接近于很多成熟商用系统思路的文章。在很多实际系统中,一个提取鉴别信息的框架就是PCA+LDA,用PDA进行降维避免LDA求解的矩阵奇异问题,用LDA提;同时,将各种原始特征进行鉴别特征提取后进行决策级融合,目前最常用的特征包括Gabor,LBP等。此外,对人脸进行分块然后ensemble融合也是非常重要的提高系统效果的思路。


  9.Blessing of Dimensionality: High-dimensional Feature and Its Efficient Compression for Face Verification. Dong Chen. Xudong Cao. Fang Wen. Jian Sun. CVPR 2013.

  入选理由:
  LFW是目前最接近实际数据的人脸识别库,虽然其测试协议有一些不尽合理的地方,但是如果能在LFW上面取得非常好的效果,说明方法还是比较好的。而这篇MSRA 孙剑组发表在CVPR2013的文章,在LFW上面取得了93%的准确率(未引入外部数据的情况下)。文章中的一个是采用精确定位点作为参考对人脸进行多尺度、多局部区域的表示思路很值得借鉴,可以和各种表示方法结合。
  10.?

  其实可以列在此处的论文非常多,有各种子空间方法的改进,有各种特征提取方法,有各种基于metric learning的方法,bunch graph(将gabor应用于人脸识别的经典工作),稀疏表示的方法,feature learning 的方法等等。但是,我都感觉不是特别满意。我总觉得,人脸表示方面的工作还做得远远不够,应该会有框架清晰简洁、易于实现、但效果绝佳的文章出现。现在的我会倾向于认为也许deep learning是一个方向。
  其实尝试将deep learning用在人脸识别上面的工作已经有一些,但是结果都不是很惊艳(百度的工作没有公开结果),我列上一篇不够好但是效果勉强接近非deep learning方法的一篇:
  Deep nonlinear metric learning with independent subspace analysis for face verification. X Cai, C Wang, B Xiao, X Chen, J Zhou. MM 2012.
  供参考。

    针对于移动端的神经网络结构,我觉得要关注的有两个方面,一个是设计表达能力较强的网络,另一个是模型压缩,关于模型压缩的内容可以参考我之前的文章,这里我想说的是网络结构。目前CNN主要分为卷积层和全连接层,而卷积层的计算量又很大,所以我们考虑的寻找表达能力强并且计算量小的卷积,学术界和工业界已经在这方面做了很多探索比如group convolution, depthwise separable convolution, point-wise convolution等等,具体可以参见网上资料或者是mobilenet和shufflenet,我觉得手机端的网络由于内存等限制可以选择10-20层的网络,并且不需要考虑ResNet之类的结构,如果能根据你的任务进一步修改是更好的。此外移动端还需要的是一个有效的前向传播框架诸如腾讯的NCNN和百度的MDL,我们也在其上做了进一步的优化,目前测试结果比NCNN快五倍左右。

     

最近做了点人脸方面的工作,把自己的一些感受记录在这里和大家分享下。

  我觉得人脸识别关键是为了得到泛化能力强的feature,而目前我比较关注的是移动端的人脸识别,所以我认为人脸识别需要关注的点主要包括三个部分:数据集,网络结构,损失函数。下面我分开来说说

  对于数据集来说我们一般认为是样本越多越好,其实这句话对也不对,因为我们收集的数据集可能存在噪声(有的类别中的样本明显不属于这个类)和分布不平衡(有的类别样本数很多,有的类别样本数很少)等情况,所以我们要做一些预处理,首先对于噪声而言我们需要滤掉错误的样本,我们可以选取用外部数据或者是该数据集中的部分数据来计算样本之间的样本相似性来滤掉错误的样本,需要注意的是要求样本是比较干净的。这里我们还可以保留一些预测错误但是其预测值比较高的样本,原因我会再接下来说明。还有一定程度的脏的数据对于训练是有益的,我觉得可以看做是为了提高泛化能力吧。

  其次对于分布不平衡来说,常见的方法是降采样和过采样以及给不同的类别加权重等,但是上述方法有一定的局限性,降采样和过采样会导致重复计算和加大过拟合的可能性,而加权重的话需要不断的人工调整,费时费力。我采用的方法是加入一定比例的的long tail 数据,这样对整个训练来说是有益,但是这个比例也需要人工去实验,[1]中针对分布不平衡问题在损失函数做了改进,认为long tail data中类内距离最远的样本为hard sample,通过约束hard sample来处理分布不平衡的问题。

  我认为数据平衡重要,但我们更应该去关注数据中的hard sample,所以这里不同类别加权中也需要仔细考虑了。我们用softmax训一个人脸模型,发现前期训练收敛很快,但是到后期的时候大量样本的准确率都在0.99以上,这时回传的梯度就很小了,无法再指挥网络训练了,这时候我们就需要更为hard的样本来提高模型的泛化能力。加入hard sample之后训练的精度可能不会上升,但是泛化的能力会增强,所以训练的时候不能只关注损失函数下降了多少。此外trplet loss, contrastive loss等损失函数也包含了hard sample的含义,我会在之后的文章中解释。

人脸识别在未来的一些可能方向:


  1.深度学习在人脸方面的应用,目前已经看到deep learning在人脸表示和人脸特征点定位方面的工作,相信后续会有更多更好的工作出现;
  2.大规模人脸搜索相关的应用近来开始被大家关注(比如最近百度上线的人脸搜索),这些应用中除了需要传统的人脸表示,还需要关注如何能够快速准确地在大规模人脸数据库中搜索到相似人脸,当然这部分工作可以借鉴其他视觉搜索中的方法,但人脸可能也会有自己的特殊性;
  3.基于3D模型和具有深度信息的人脸识别的方法,在允许使用特殊设备的实际应用中,可以考虑用3D模型和深度信息来提高系统的稳定性;
  4.在做人脸识别实际系统时,可以更关注姿态、遮挡、表情变化对于识别效果的影响,对于人脸光照问题,虽然之前学术界关注很多,但是对于实际数据(非实验室采集的光照模拟数据),可能基于大规模训练数据和feature learning就可以比较好的解决,反而是由于目前的人脸表示框架,对于大的姿态变化,遮挡以及表情变化引起的表观改变,很多情况下表现并不好,可能需要重新改变目前的人脸表示方式,比如采用类似推荐论文9中的方式,采用多个局部模型而不是一个整体模型来进行表示,还可以考虑一些人脸姿态/表情矫正方法;

  5.学术界的朋友,鉴于目前LFW上面已经做到准确率95%(引入外部训练数据且无约束训练协议),可以考虑创建一个更大的人脸库(如果能达到真正意义上的大规模数据就更赞了),设计一个更加合理全面的评测协议,这必将成为一个非常有影响力的工作;


会员登录
登录
其他帐号登录:
我的资料
我的收藏
购物车
0
留言
回到顶部