人脸识别课程设计论文(完美版)

I摘要生物特征识别技术使用了人体本身所固有的生物特征，与传统的身份识别方法完全不同，具有更高的安全性、可靠性、和有效性，越来越受到人们的重视。人脸识别技术作为生物特征识别技术的重要组成部分，在近三十年里得到了广泛的关注和研究，已经成为计算机视觉、模式识别领域的研究热点。人脸识别在公共安全、证件验证、门禁系统、视频监视等领域中都有着广泛的应用前景。本文是在人脸数据库的基础上做人脸特征提取和识别研究，主要内容如下：（1）对人脸识别研究的内容、相关技术、主要实现方法及发展历程作了详细介绍。（2）介绍主成分分析法(PCA)、K-L变换，并利用特征脸方法实现了人脸识别。关键词:人脸识别，特征脸，主成分分析作者：张帆指导老师：王震宇IIAbstractBiometics,becauseofusingtheproperlivingcreaturecharacteristicofhumanbody,isthetotallybrandnewtechniquedifferentfromtraditionalpersonalideniificationmethodandithasthebettersafety,dependablewiththeusefulness,anditwaspayedgreatattention.Facerecongnitionisanimportantcomponentofbiometricsandinallkindsofmethods,itisalsooneofthemostactiveandchallengingtasksforcomputervisionandpatternrecognitioninrecent30years.Facerecognitionhasawiderangeofpotentialapp1icationsintheareasofpublicsecurity，identificationofcertificate，entrancecontrolandvideosurveillanee.Thispapermainlystudiestheapproachestothefeaturesextractionandrecognitioninthefacedatabase.Themaincontentsareasfollows:(1)Giveafullintroducetothecontentsoffacerecongnition,relatedtechonology,themainimplementmethodsanditsdevelopmenthistory.(2)GiveaintroducetothePrincepleComponentsAnalysis(PCA),K-Ltranslation,andrealizeditviaeigenfacemethod.KeyWords:FaceRecongnition，Eigenface,PrincipleComponentAnalysisIII目录摘要……………………………………………………………………ⅠABSTRACT……………………………………………………………………Ⅱ前言…………………………………………………………………………1第1章人脸识别技术概述…………………………………………………31.1生物特征识别技术和人脸识别技术……………………………31.2人脸识别技术股国内外发展概况………………………………41.3现阶段人脸识别应用举例………………………………………51.4人脸识别的难点…………………………………………………7第2章人脸识别的常用算法与分类绍…………………………………82.1人脸识别常用算法……………………………………………82.2分类器介绍……………………………………………………10第3章基于pca的人脸识别系统的设计和实现……………………123.1人脸识别流程………………………………………………123.2kl变换和pca分析……………………………………………143.2.1简介………………………………………………143.2.2K-L变换………………………………………………153.2.3pca分析…………………………………………………163.3人脸识别pca方法的步骤和流程……………………………193.3.1pca方法人脸识别步骤…………………………………193.3.2计算特征脸………………………………………………193.3.3使用特征连脸进行人脸识别……………………………213.4pca人脸识别系统的优缺点…………………………………21第4章影响人脸识别的几个因素及常用人脸数据库介绍……………224.1影响人脸识别的因素…………………………………………224.2常用人脸数据库介绍…………………………………………23第5章总结与展望………………………………………………………255.1总结……………………………………………………………255.2展望……………………………………………………………25IV参考文献……………………………………………………………………26附录……………………………………………………………………27致谢……………………………………………………………………30华北电力大学本科毕业设计（论文）1前言在人类社会的发展进入到21世纪的今天，安全问题已经成为困扰人们日常生活的重要问题之一。社会的发展促进了人的流动性，进而也增加了社会的不稳定性，使得安全方面的需求成为21世纪引起广泛关注的问题。不论是享受各项服务如网上冲浪、还是居家、办公等都涉及到安全，以往这些行为基本上是通过符号密码来进行安全保护，但是随着服务数量的不断增加，密码越来越多以致无法全部记住，而且密码有时也会被他人所窃取，各种密码被破解的概率越来越高，因为通常由于记忆的原因，人们经常会选用自己或亲人的生日、家庭地址、电话号码等作为密码并长期使用，这些很容易被一些不法分子获取。可见在现代社会中，身份识别已经成为人们日常生活中经常遇到的一个基本问题。人们乎时时刻刻都需要鉴别别人的身份和证明自己的身份，以获得对特定资源的使用权或者制权，同时防止这些权限被他人随意的取得。传统的身份识别方法主要基于身份标识物(如证件、卡片)和身份标识知识(如用户名、密码)来识别身份，这在很长一段时期是非常可靠和方便的识别方法，得到了广泛的应用。但是，随着网络、通信、交通等技的飞速发展，人们活动的现实空间和虚拟空间不断扩大，需要身份认证的场合也变得无不在。人们需要携带的身份标识物品越来越多，身份标识知识也变得越来越复杂和冗长在这种情况下，传统身份识别方式的弊端日益彰显。身份标识物品容易被丢失和伪造，份标识知识容易被遗忘、窃取和破解，而身份标识的重要性又使得一旦失去了身份标识会给标识的所有者甚至整个社会带来重大的甚至难以弥补的损失。在美国，每年约有上百万的福利款被人以假冒的身份领取;每年发生的信用卡、ATM、移动电话和冒领支票等成的损失达数百亿美元[2]。面临着这样的状况，人们对身份识别的安全性、可靠性、准确和实用性提出了更高的要求，必须寻求身份识别的新途径。于是，近年来人类生物特征越来越广泛地用于身份识别，而且生物特征可以更好的进行安全控制，世界各国政府都在大力推进生物识别技术的发展及应用。与原有的人类身分识别技术(如:个人密码、磁卡、智能卡等)相比，基于人类生物特征的识别技术具有安全可靠、特征唯一、不易伪造、不可窃取等优点。人类本身具有很多相对独特的特征，如DNA、指纹、虹膜、语音、人脸等。基于这些相对独特的人类特征，结合计算机技术，发展起众多的基于人类生物特征的人类身份识别技术，如DNA识别技术、指纹识别技术、虹膜识别技术、语音识别技术、人脸识别技术。人脸识别和其他的生物识别比起来有以下几个优点:1、其他的生物特征识别方法都需要一些人为的行为配合，而人脸识别不需要。2、人脸识别可应用在远距离监控中。3、针一对现在的第一、二代身份证，每个身份证都有人脸的正面照片，也就是人脸库将是最完善的，包括人最多的，我们可以利用这个库来更直观、更方便的核查该人的身份。4、相对于其他基于生物特征识别技术，人脸识别技术具有特征录入方一便，信息丰富，使用面广等优点，同时人脸识别系统更加直接友好。人脸识别技术作为生物识别技术的华北电力大学本科毕业设计（论文）2一种，以其特有的稳足性、方便性、唯一性等特点被愈来愈多地应用于除安全问题外的各种身份识别领域。人脸识别技术可应用于以下方面：1.在安全防范领域中的应用社会上有许多重要的部门，如军事、金融、保密等部门都需要对出入人员进行身份识别，以防止信息泄漏和不法现象的发生。使用该技术可以方便地进行身份识别，而不使被识别者感到不舒服。2.在犯罪刑侦领域中的应用在刑侦工作中，对罪犯的抓捕是至关重要的一环。应用人脸识别技术可以依据犯罪嫌疑人的人脸图像对机场、车站、港口等重要交通场所进行监控，从而大大促进了罪犯抓捕工作的开展。3.在公共事业领域中的应用在现代社会，许多领域都需要对人进行身份验证。如银行、保险、交通等公共事业部门。采用传统的密码、IC卡等手段和技术对人进行身份验证具有安全性差、易遗失、易伪造等缺点。而采用人脸识别技术进行身份验证则能够很好地克服传统身份验证手段和技术的缺点。华北电力大学本科毕业设计（论文）3第一章人脸识别概述1.1生物特征识别技术和人脸识别技术生物特征识别技术是通过计算机利用人体所固有的生理特征或行为特征来进行个人身份鉴定。生理特征与生俱来多为先天性的;行为特征则是习惯使然，多是后天性的。我们将生理和行为特征统称为生物特征。常用的生物特征包括:指纹、掌纹、虹膜、视网膜、脸像、声音、笔迹等。那么，生物特征识别技术是如何进行个人特征识别的呢?生物鉴别的过程分成三个步骤:生物特征数据采样，生物特征提取和特征匹配。数据采样过程是通过各种传感器对生物特征进行原始数据采集的过程，生物特征提取过程则从传感器采集的数据中抽取出反映个体特性的信息(通常是某种数学上的编码过程)，匹配阶段则是计算生物特征之间的相似性并进行排序和一致性判断的过程。生物特征识别技术主要有人脸识别、指纹识别、语音识别、虹膜识别等。生物识别技术在上个世纪己经有了一定的发展，其中指纹识别技术己经趋近成熟，但人脸识别技术的研究目前还处于起步阶段。指纹、虹膜、掌纹等识别技术都需要被识别者的配合，有的识别技术还需要添置复杂昂贵的设备。人脸识别则可以用已有的照片或是摄像头远距离捕捉图像，无须特殊的采集设备，系统的成本低。并且自动人脸识别可以在当事人毫无察觉的情况下即完成身份确认识别工作，这对反恐怖活动等有非常重大的意义。由于人脸识别技术具有如此之多的优势，因此它的应用前景非常广阔，已成为最具潜力的生物特征识别技术之一。所谓人脸识别，是指对输入的人脸图像或者视频，判断其中是否存在人脸，如果存在人脸，则进一步给出每张人脸的位置、大小和各个面部主要器官的位置信息，并且依据这些信息，进一步提取每张人脸蕴含的身份特征，并将其与已知人脸库中的人脸进行对比，从而识别每张人脸的身份。其研究内容包括以下五个方面：（1）人脸检测从不同的背景中检测是否存在人脸，并确定其位置、大小、形状、姿态等信息的过程。它关系到后续识别工作能否正确进行，并保障最终识别结果的可靠性。（2）人脸表征确定表示检测出的人脸和数据库中的已知人脸的描述方式。通常的表示方式包括几何特征（如欧氏距离、曲率、角度等）、代数特征（如矩阵的特征矢量）和固定特征模板等。（3）人脸鉴别即狭义的人脸识别，就是通常所指的将待识别的人脸与数据库中的华北电力大学本科毕业设计（论文）4已知人脸进行比较，得出相关信息。这一过程的核心是选择适当的人脸表示方式和匹配策略，系统地构造与人脸的表征方式密切相关。（4）表情/姿态分析即对待识别人脸的表情或姿态进行分析，并对其加以归类。（5）生理分类对待识别人脸的物理特征进行分类，得出其年龄、性别、种族等相关信息，或从几幅相关