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用于人脸识别的产生式模型和判别式模型中若干问题的研究

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摘要

ABSTRACT

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第1章 引言

1.1.定义

1.2.产生式模型应用

1.2.1.样本分布的线性子空间模型:PCA和ICA

1.2.2.样本分布的非线性模型:流形(Manifold)

1.2.3.两维可变形模型:EBGM、Pictorial Structure和ASM/AAM

1.2.4.三维可变形人脸模型

1.3.判别式模型应用

1.3.1.基于Fisher判别准则的LDA及其变种

1.3.2.最近邻分类器及判别式距离度量学习

1.3.3.神经网络(Neuro-Net)和支撑向量机(SVM)

1.3.4.Adaboost

1.4.现有产生式和判别式模型中的若干问题

1.5.论文的研究目标和创新点

1.6.论文的结构安排

第2章 产生式模型:基于非线性流形分布模型的识别

2.1.流形概述

2.2.流形学习(非线性降维)算法

2.2.1.Isomap

2.2.2.Local Linear Embedding\(LLE\)

2.2.3.Laplacian Eigenmala

2.2.4.其它流形学习算法

2.3.通过学习扩展到新样本

2.4.实验和结果

2.4.1.合成数据

2.4.2.人脸流形可视化

2.4.3.人脸识别

2.5.小结

第3章 产生式模型:基于三维可变形模型的识别

3.1.识别框架概述

3.2.三维可变形人脸模型

3.3.隐变量的推断:三维人脸重建

3.3.1.三维模型的两维投影

3.3.2.三维人脸形状重建

3.3.3.纹理映射

3.4.实验和结果

3.4.1.CMU-PIE库

3.4.2.大规模中国人脸库

3.5.小结

第4章 判别式模型:基于动态最近中心互斥准则的识别

4.1.LDA在多类判别中的次优问题

4.2.动态最近中心互斥(DNCR)准则

4.2.1.算法

4.2.2.确定性退火

4.2.3.统一LDA、aPAC和DNCR的理论框架

4.3.放松样本分布的参数模型假设

4.3.1.核化的动态最近中心互斥(KDNCR)

4.3.2.非参数的动态最近邻分析(DNNA)

4.4.实验和结果

4.4.1.合成数据

4.4.2.人脸识别

4.5.小结

第5章 判别式模型:利用编码理论将两类问题扩展至多类

5.1.处理两类问题的判别式方法及其至多类问题的扩展

5.2.相关工作

5.3.数据辅助的输出编码(DAOC)

5.3.1.编码

5.3.2.解码

5.4.实验和结果

5.4.1.机器学习数据库

5.4.2.人脸识别

5.5.小结

第6章 利用产生式模型SOM~2提高判别式模型LDA的泛化能力

6.1.LDA判别空间的泛化问题

6.2.SOM~2网络的结构与算法

6.3.用代表类提高LDA泛化能力

6.3.1.代表类的学习

6.3.2.代表类数的估计

6.4.实验和结果

6.4.1.合成数据

6.4.2.虚拟人脸图像

6.4.3.人脸识别

6.5.小结

第7章 结论和展望

7.1.全文研究工作总结

7.2.未来研究展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢

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摘要

基于图像的自动人脸识别技术是模式识别和机器学习等领域的热点问题,在实际中也有着广泛的应用前景。本文主要研究了统计学习中的两种主要方法——产生式模型和判别式模型——应用在人脸识别中的若干问题。对于一般的分类问题,产生式模型着力对各类数据的内在分布进行建模,而判别式模型着力对各类间的分界面进行建模。针对现有模型在人脸识别应用中的问题,我们对以下几个方面进行了研究:1)对于产生式的流形分布模型,我们提出一种基于神经网络的扩展学习方法,解决了一般的流形学习算法不能扩展到测试集新样本的问题。2)对于产生式的三维可变形人脸模型,我们提出了一个两阶段的多姿态人脸识别方案并改进了模型匹配的精度和速度。3)对于判别式的线性子空间方法,我们提出了一种新的判别准则,它在子空间维度较小的情况下能够避免Fisher准则的次优性问题。4)对于人脸识别这样的多类判别问题,我们提出了一种新的对类别进行编码的策略和基于概率的解码方法,从而更有效地利用了现有的两类判别算法。5)最后,为了融合产生式模型和判别式模型各自的优势,我们提出一种利用产生式SOM2神经网络学习代表类的方法,它有效地提高了LDA判别子空间的泛化能力。

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