python實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別經(jīng)典算法(一) 特征臉法
近來想要做一做人臉識(shí)別相關(guān)的內(nèi)容,主要是想集成一個(gè)系統(tǒng),看到opencv已經(jīng)集成了三種性能較好的算法,但是還是想自己動(dòng)手試一下,畢竟算法都比較初級(jí)。
操作環(huán)境:python2.7
第三方庫(kù):opencv for python、numpy
第一種比較經(jīng)典的算法就是特征臉法,本質(zhì)上其實(shí)就是PCA降維,這種算法的基本思路是,把二維的圖像先灰度化,轉(zhuǎn)化為一通道的圖像,之后再把它首尾相接轉(zhuǎn)化為一個(gè)列向量,假設(shè)圖像大小是20*20的,那么這個(gè)向量就是400維,理論上講組織成一個(gè)向量,就可以應(yīng)用任何機(jī)器學(xué)習(xí)算法了,但是維度太高算法復(fù)雜度也會(huì)隨之升高,所以需要使用PCA算法降維,然后使用簡(jiǎn)單排序或者KNN都可以。
只當(dāng)搬運(yùn)工,送上鏈接。
PCA ,這篇博客講得非常好了,從原理到實(shí)現(xiàn)基本看這個(gè)就能搞出來了:PCA的數(shù)學(xué)原理
特征臉法:PCA應(yīng)用在人臉識(shí)別當(dāng)中:人臉識(shí)別經(jīng)典算法一:特征臉方法(Eigenface) ,這里與PCA有不同的操作就是特征值分解的時(shí)候,由于圖像組成的列向量維度太高,直接按照PCA算法求解會(huì)很慢,所以這里有一種特殊的處理方法。
數(shù)據(jù)組織形式為若干樣本圖片分類放入對(duì)應(yīng)文件夾中,然后在統(tǒng)一存放入face文件夾下,測(cè)試圖像單獨(dú)一張圖像即可。
另外,由于PCA中維度是一個(gè)很麻煩的事情,所以在程序中,我打印了很多維度信息,有助于我們理解PCA的工作過程和調(diào)試。
代碼如下:
#encoding=utf-8
import numpy as np
import cv2
import os
class EigenFace(object):
def __init__(self,threshold,dimNum,dsize):
self.threshold = threshold # 閾值暫未使用
self.dimNum = dimNum
self.dsize = dsize
def loadImg(self,fileName,dsize):
'''''
載入圖像,灰度化處理,統(tǒng)一尺寸,直方圖均衡化
:param fileName: 圖像文件名
:param dsize: 統(tǒng)一尺寸大小。元組形式
:return: 圖像矩陣
'''
img = cv2.imread(fileName)
retImg = cv2.resize(img,dsize)
retImg = cv2.cvtColor(retImg,cv2.COLOR_RGB2GRAY)
retImg = cv2.equalizeHist(retImg)
# cv2.imshow('img',retImg)
# cv2.waitKey()
return retImg
def createImgMat(self,dirName):
'''''
生成圖像樣本矩陣,組織形式為行為屬性,列為樣本
:param dirName: 包含訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的圖像文件夾路徑
:return: 樣本矩陣,標(biāo)簽矩陣
'''
dataMat = np.zeros((10,1))
label = []
for parent,dirnames,filenames in os.walk(dirName):
# print parent
# print dirnames
# print filenames
index = 0
for dirname in dirnames:
for subParent,subDirName,subFilenames in os.walk(parent+'/'+dirname):
for filename in subFilenames:
img = self.loadImg(subParent+'/'+filename,self.dsize)
tempImg = np.reshape(img,(-1,1))
if index == 0 :
dataMat = tempImg
else:
dataMat = np.column_stack((dataMat,tempImg))
label.append(subParent+'/'+filename)
index += 1
return dataMat,label
def PCA(self,dataMat,dimNum):
'''''
PCA函數(shù),用于數(shù)據(jù)降維
:param dataMat: 樣本矩陣
:param dimNum: 降維后的目標(biāo)維度
:return: 降維后的樣本矩陣和變換矩陣
'''
# 均值化矩陣
meanMat = np.mat(np.mean(dataMat,1)).T
print '平均值矩陣維度',meanMat.shape
diffMat = dataMat-meanMat
# 求協(xié)方差矩陣,由于樣本維度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樣本數(shù)目,所以不直接求協(xié)方差矩陣,采用下面的方法
covMat = (diffMat.T*diffMat)/float(diffMat.shape[1]) # 歸一化
#covMat2 = np.cov(dataMat,bias=True)
#print '基本方法計(jì)算協(xié)方差矩陣為',covMat2
print '協(xié)方差矩陣維度',covMat.shape
eigVals, eigVects = np.linalg.eig(np.mat(covMat))
print '特征向量維度',eigVects.shape
print '特征值',eigVals
eigVects = diffMat*eigVects
eigValInd = np.argsort(eigVals)
eigValInd = eigValInd[::-1]
eigValInd = eigValInd[:dimNum] # 取出指定個(gè)數(shù)的前n大的特征值
print '選取的特征值',eigValInd
eigVects = eigVects/np.linalg.norm(eigVects,axis=0) #歸一化特征向量
redEigVects = eigVects[:,eigValInd]
print '選取的特征向量',redEigVects.shape
print '均值矩陣維度',diffMat.shape
lowMat = redEigVects.T*diffMat
print '低維矩陣維度',lowMat.shape
return lowMat,redEigVects
def compare(self,dataMat,testImg,label):
'''''
比較函數(shù),這里只是用了最簡(jiǎn)單的歐氏距離比較,還可以使用KNN等方法,如需修改修改此處即可
:param dataMat: 樣本矩陣
:param testImg: 測(cè)試圖像矩陣,最原始形式
:param label: 標(biāo)簽矩陣
:return: 與測(cè)試圖片最相近的圖像文件名
'''
testImg = cv2.resize(testImg,self.dsize)
testImg = cv2.cvtColor(testImg,cv2.COLOR_RGB2GRAY)
testImg = np.reshape(testImg,(-1,1))
lowMat,redVects = self.PCA(dataMat,self.dimNum)
testImg = redVects.T*testImg
print '檢測(cè)樣本變換后的維度',testImg.shape
disList = []
testVec = np.reshape(testImg,(1,-1))
for sample in lowMat.T:
disList.append(np.linalg.norm(testVec-sample))
print disList
sortIndex = np.argsort(disList)
return label[sortIndex[0]]
def predict(self,dirName,testFileName):
'''''
預(yù)測(cè)函數(shù)
:param dirName: 包含訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的文件夾路徑
:param testFileName: 測(cè)試圖像文件名
:return: 預(yù)測(cè)結(jié)果
'''
testImg = cv2.imread(testFileName)
dataMat,label = self.createImgMat(dirName)
print '加載圖片標(biāo)簽',label
ans = self.compare(dataMat,testImg,label)
return ans
if __name__ == '__main__':
eigenface = EigenFace(20,50,(50,50))
print eigenface.predict('d:/face','D:/face_test/1.bmp')
以上就是本文的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
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