人臉檢測級聯分類器

2021-09-04 04:34:56 字數 2657 閱讀 5595

對於人臉識別這種型別的應用來說,通常都會分為幾個步驟:

人臉檢測(face detection)。檢測到人臉所在的區域。並進行一系列的矯正。

人臉校準(face alignment)。人臉校準指的是在中尋找到鼻子、眼睛、嘴巴之類的位置。

如圖中,紅色的框是在進行檢測,白色的點是在進行校準。

資訊識別(info recognition)。進行性別、年齡等資訊的分析和識別。

這三個問題可以說每乙個都是乙個非常廣泛的研究領域,有很多值得做的工作。本文只做一些簡單的介紹。

傳統的人臉檢測演算法是viola-jones演算法。在opencv中的人臉檢測功能也是使用的這種演算法。它有三個核心步驟:haar-like特徵、adaboost分類器和cascade級聯分類器。

所謂haar-like特徵其實很好理解。haar-like特徵類似於下圖:

而所謂的haar-like的特徵值就是圖中白色的畫素值求和,求和之後與黑色的畫素值做差得到的。即

feature=sum(white)-sum(black)
但是在一幅圖中這樣的特徵是非常多的。根據viola-jones的**,一幅24*24的圖中這樣的haar-like特徵就會達到18萬種之多(具體的計算方式我們以後再說)。所以我們可以引入積分圖(integral image)技術。積分圖是一張與原影象大小完全相同的,不同之處在於其每一點的畫素值是其左上角所有畫素值的和。如圖

在這樣一幅圖中,我們記某一點的畫素值為ii(x),則當我們想要計算d區域中所有畫素和時,使用ii(4)-ii(2)-ii(3)+ii(1)即可。這就可以大大減少計算時間,提公升效率。

有了特徵,想要得到區分函式是非常容易的。常見的svm方法和knn方法都是可以做到的。但儘管本身的計算並不複雜,但haar特徵還是太多了。尤其現在解析度動輒成千上萬。從這些特徵中選取合適的特徵就非常重要。從工程中得到的實踐結果是,我們可以通過結合很多個弱分類器從而組合成乙個強分類器。這就是adaboost方法。用數學的方式就可以表示為:

f(x) =σαf(x)
其中f為強分類器,f為弱分類器。x是特徵向量,α為權重。adaboost是一種序列化的方式,需要經過很多步。舉個例子來看。

在上圖中,每個資料點都有乙個類別的標籤,不妨設紅色為1,綠色為-1。每個資料點也有乙個權重wt。初始權重均為1。

我們不妨先隨意分一下看看。

看上去錯誤的還挺多的。我們可以經過幾次平移選乙個相對比較好的。雖然看上去就和亂分差不多。

這是只有乙個線性劃分函式的情況下比較好的結果了,但是仍然有很多錯誤的結果,我們不妨把它們的權重加大。

這個時候就發現了乙個新的問題,類似地,我們把現在的權重情況下的資料點進行分類。

之後再加大劃分錯誤的點的權重,並再次進行劃分。

反覆數次後就可以在數個線性分類器(或者說弱分類器)的基礎上,構造乙個非線性的分類器(強分類器)。而且這個分類器還比較好地完成了分類的任務。

渣渣我還做了個gif展示效果。

adaboost

在vj方法中的第三個亮點就是使用了級聯分類器。簡單來說,就是先將幾個通過adaboost方法得到的強分類器進行排序,排序原則是簡單的放在前邊。因為通常來說人臉只佔一小部分,所以可以很放心地在前幾層分類器就拒絕掉大部分非人臉區域。只要前一級拒絕了,就不在進入下一級分類器,這可以大大提高速度。其本質是一顆退化決策樹。

cascade classifier

在viola和jones的**中,共建立了38層分類器來檢測正面的人臉。使用了4916張人工標記的人臉,並調整到了24*24的解析度。測試結果如下:

results

results-2

opencv之分類級聯器 人臉檢測

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