基于matlab人脸识别技术开题报告

毕业设计（论文）开题报告

毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

基于matlab人脸识别技术的实现

文献综述

一、MATLAB概述

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。而在本文中主要用到的功能是图像处理功能。

二、BP神经网络概述

人工神经网络（Artificial Neural Net works，简写为ANNs）也简称为神经网络（NNs）或称作连接模型（Connectionist Model），它是一种模范动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。

人工神经网络发展的主要历程有:20世纪50年代末,Rosenblatt提出的感知器模型和Widrow提出的自适应线性元件,出现了简单的线性分类器;1986年,Rumelhart和Mcllelland 提出了层网络“误差反向传播算法(BP)”,使有导师学习多层感知器网络(ML PN)模式分类器走向实用化,在此基础上又派生出若干前向网络,如径向基函数网络( RBFN)和函数链网络等;1982年,美国加州工学院的物理学家Hopfield提出的一种用于联想记忆和优化计算的反馈网络模型,由于引进了“能量函数” 的概念,使网络走向具体电路有了保证;20世纪70年代,Watanabe 提出了使用模式子空间的概念来设计不同类别对应的子空间,由不同类别聚类的子空间实现模式识别; Kohonen提出的自组织特征映射网络模型等都为神经网络模式识别理论提供了进一步的根据。

构成人工神经网络的三个基本要素是:神经元、络拓扑结构和网络的训练(学习)方法。神经元(节点)的作用是把若干输入加权求和,并对这种加权和进行非线性处理后输出。神经元的选择一般有以下特点:每个神经元都具有多个输入、个输出,具有闭值,采用非线性函数。

1、神经元

神经元模型用公式描述为：

y=f(X) ⑴

X= )(1θ-∑n i i

x w ⑵

式中:θ为输出阈值 , i x 为输入信号,i w ( i = 1 ,2 , …, n) 为连接权值, f ( X) 称为激活 函数,一般可用阈值型、分段线性型和 S 型 ,在本文中选择 S 型函数

f ( X) =)ex p(1

kx b a -+ 实验取 a = b = 1 , k 为控制 S 型曲线部分的斜率且可调。

2、BP 网络模型

BP 网络模型结构如下：

BP 网络模型结构示意图

3、BP 神经网络训练 BP 神经网络进行训练的算法过程如下:

(1) 初始化神经网络的权值为(0 ,1)之间的随机数;

(2) 输入训练样本及期望输出;

(3) 逐层计算输出;

(4) 从输出层开始 ,调整权值 ,并反向调整误差;

(5) 若误差小于设定值 ,则结束;否则转(3) ,继续学习。网络训练完毕达到稳定状态后 ,保存网络的连接权值 ,用于后面的识别。

用BP 网络对人脸进行识别的算法可简单描述为:

(1) 加载待识别样本的特征向量到输入层节点;

(2) 计算隐含层和输出层的输出 ,根据输出层节点的输出判断识别结果。

BP 网络神经实现人脸识别过程：

人脸识别过程

三、SVM 算法概述

Vapnik 等人在多年研究统计学习理论基础上对线性分类器提出了另一种设计最佳准则。其原理也从线性可分说起，然后扩展到线性不可分的情况。甚至扩展到使用非线性函数中去，这种分类器被称为支持向量机(Support Vector Machine,简称SVM)。支持向量机的提出有很深的理论背景。 支持向量机方法是在近年来提出的一种新方法。

SVM 的主要思想可以概括为两点：

(1) 它是针对线性可分情况进行分析，对于线性不可分的情况，通过使用非线性映射算法将低维输入空间线性不可分的样本转化为高维特征空间使其线性可分，从而 使得高维特征空间采用线性算法对样本的非线性特征进行线性分析成为可能。

(2) 它基于结构风险最小化理论之上在特征空间中建构最优分割超平面，使得学习器得到全局最优化,并且在整个样本空间的期望风险以某个概率满足一定上界。 本文给出 “相似性” 的度量方法来构造 SVM 分类器。所谓“相似性” , 是指两幅人脸图像在特征脸空间中Ω值之差)(j i Ω-Ω=?Ω，如果?Ω各分量都保持在一个较小范围内, 有理由相信这是同一个人脸。

选定集合C={2122211211,,..,,,n n C C C C C C }，其中n 为人数，1i C 和2i C 分别为第i 个人不同的图像，在特征空间中的Ω值，将其按照如下方案分:n}1,2,3,....i ,C C |{2i i1211=∈∈-∈+C C C C C i i ，，j}i ,1,2,3,...n j ,1,2,3,...n i ,C C |{2j i1211≠==∈∈-∈-C C C C C j i ，，可以看出1+C 正是 “相似” 的人脸, 共有n 个; 而1-C 全部都是“非相似”人脸,共有 n* ( n- 1)个,因此,组成如下n*n 个训练样本集： )}1,)...(1,(),1,(),1,)...(1,(),1,{(2)1(1321122112122211211----------n n n n C C C C C C C C C C C C 。 现假设在数据库共有 m 个已知人脸图像, 基于上述SVM 的设计原理, 构造如下的 m 个函数( 注意这些函数没有取符号sgn) :

))((),,(2

1****+Ω-Ω?=∑b x k y b x f k i i n i k αα，

式中：Ω为待识别人脸图像在特征脸空间中的值,k Ω为已知人脸图像在特征脸空间中的值,**b 和α是二次规划的最优解，核函数取高斯核函数:)/||)(||ex p())((δk i k i x x k Ω-Ω--=Ω-Ω? (通常δ取1)。考查这 m 个 SVM 分类函数的输出值,如果第 k 个输出值k f 为负数,则待识别人脸与第 k 个已知人脸肯定不相似; 如果输出值中只有第 r 个为正数, 则判定待识别人脸为第 r 个已知人脸; 如果输出值中有多个正数, 则取最大值所对应的已知人脸作为识别结果。

参考文献

1曹欢欢.基于人工神经网络的人脸识别方法[D].吉林大学.2008

2刘宏,董镭.基于人工神经网络的人脸识别分类器设计[J].鞍山科技大学学报，2007,（04). 3王敏, 段黎明,朱国涛,李文辉.基于MATLAB7.0的人脸识别仿真系统研究[J].科学技术与工程,2009,(20).

4唐述敏,方景龙.基于支持向量机的人脸识别[J].计算机与数字工程,2005,(07).

5崔国勤，李锦涛，高文，焦锋.基于支持向量机的人脸识别方法[J].计算机科学,2003,(04) 6曾阳艳，叶柏龙.基于支持向量机的人脸识别系统的研究[J].计算机工程与应用,2008,(15). 7魏冬冬,谌海新，詹颖,翟红芳.静态人脸识别技术探讨[J].现代计算机,2006,(07).

8何东风,凌捷.人脸识别技术综述[J].微机发展,2003,(12).

9吴玲.人脸识别中的图像处理技术[J].科技信息,2010,(04).

毕业设计（论文）开题报告

２．开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；

三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施

开题报告

一、课题的目的与意义

随着科技的飞速发展,传统身份识别(如口令、身份卡等)容易遗失、易被破解等问题逐渐暴露,已不能满足各种安全需要。人们期望有一种更加可靠的技术来进行身份鉴别。生物特征识别技术给这一切带来了可能。由于人的面部特征难以复制和假冒,从而被应用到最现代化的小区门禁管理系统中。人脸识别门禁技术是利用计算机分析人脸,从中提取出有效识别信息,通过与数据库的人脸进行比较来管理和控制门禁的技术,与以往的身份识别系统相比提高了安全防范的可靠性。

二、课题发展现状和前景展望

人脸检测问题最初来源于人脸识别，人脸自动识别技术经过几十年的曲折发展已经有了一些较为成功的方法，目前正日趋成熟。一个完整的人脸自动识别系统包括人脸检测、特征提取以及匹配识别三大基本过程。其中人脸检测各方面的问题越来越受重视，引起了专家极大的研究兴趣。目前，国外对人脸检测问题的研究很多，比较著名的有美国麻省理工大学的媒体实验室和人工智能实验室、卡内基梅隆大学的机器人研究所等；国内的清华大学、北京工业大学、上海交通大学、中国科学院计算技术研究所等都有从事人脸检测方面的相关研究。此外，每年在国际国内的相关期刊和会议上都有大量的关于人脸检测的论文，如Moghaddam等人基于人脸特征的、Rowley等人基于神经网络的和Yullie等人基于弹性模板等的人脸检测方法，Turk等人的特征脸方法（基于PCA技术）。近年来，建立在统计学理论(SLT)基础上的SVM（Support Vector Machine）方法脱颖而出由于其具有良好的概括能力，因而被应用于包括人脸识别在内的诸多领域。

人脸识别技术中还存在以下诸多需要完善的地方:人脸识别的复杂性使得单独使用一种现有的方法不可能取得很好的识别效果, 利用先验知识, 多种方法综合使用是今

后研究的必然趋势; 不同人脸描述方式有不同的特点, 多特征融合方法也是改善识别

性能的一个手段; 在一些高级信息安全的应用中, 需要研究人脸与指纹、虹膜、语音等识别技术的融合方法, 如何与基于其他生物特征的鉴别系统结合也是一个有意义的研究方向;三维图像比二维图像更能提供完整而真实的内容, 如何对三维人脸参数进行建模, 如何有效利用三维信息进行识别, 将是今后一个具有挑战性的研究课题。

总之, 随着图像处理、模式识别、人工智能等研究的进展, 人脸识别技术将会不断完善, 获得更大的发展, 人脸识别系统的性能将会更加精确高效。

三、要内容和要求

1．分析当前人脸识别系统的主要技术、进展和应用；

2．寻找适当的人脸特征值提取的方法与特征比较方法；

3．建立适当的人脸图像识别系统模型（基于神经网络算法等）；

4．实现基于MATLAB的人脸识别系统及其分析。

四、研究方法、步骤和措施

主要研究方法：

1.文献调研；

2.搜集整理人脸检测的算法并对其进行分析比较；

3.针对典型的人脸检测算法进行实验处理，分析其效果。

课题研究的步骤和措施：

第1周~第2周课题讲解与分析，领会课题内涵，资料查阅与收集；

第3周～第4周阅读中英文资料、充实知识、撰写文献综述、撰写开题报告；

第5周～第7周毕业实习与调研、撰写实习报告；

第8周～第13周具体设计与实现；

第14周文档的生成与管理、老师指导修改；

第15周～第16周完成毕业设计论文、说明书、毕业答辩幻灯片制作、毕业答辩。