Camera相机人脸识别系列专题分析之一：人脸识别系列专题SOP及理论知识介绍
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上一篇我们讲了：内存泄漏和内存占用拆解系列专题
这一篇我们开始讲： Camera相机人脸识别系列专题分析之一：人脸识别系列专题SOP及理论知识介绍
目录
一、人脸识别系列专题SOP
SOP构思初步计划:
二、：人脸识别
2.1：人脸识别概念
2.2 ：人脸识别概述
2.3 ：人脸识别概述历史
2.4 ：人脸识别技术
几何特征匹配
模板匹配
机器学习方法
深度学习在人脸识别中的应用
2.5 ：人脸识别算法
2.6 ：人脸识别算法分类
按维数分类
按机理分类
2.7 ：人脸识别算法难点
一、人脸识别系列专题SOP
SOP构思初步计划:
- 人脸识别系列专题分析之：人脸识别介绍
- 人脸识别系列专题分析之：人脸特征检测FFD介绍
- 人脸识别系列专题分析之：人脸属性检测介绍
- 人脸识别系列专题分析之：mtk平台预览人脸检测fdnode流程分析
- 人脸识别系列专题分析之：高通平台预览人脸检测fdnode流程分析
- 人脸识别系列专题分析之：MTK平台人脸检测ffd与fdnode调用流程分析：
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- 人脸识别系列专题分析之：mtk平台拍照人脸检测fdnode流程分析
- 人脸识别系列专题分析之：高通平台拍照人脸检测fdnode流程分析
- 人脸识别系列专题分析之：人脸检测ffd dump过程
人脸识别系列专题分析之：人脸检测ffd人脸点位信息介绍
人脸识别系列专题分析之：美颜功能实现
各种人脸识别，美颜，口红，人脸框等等问题分析方式
二、：人脸识别
2.1：人脸识别概念
人脸识别，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术生物识别技术生物识别技术。用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部识别的一系列相关技术，通常也叫做人像识别、面部识别。
2.2 ：人脸识别概述
人脸识别系统 是一种技术，它通过将人脸的数字图像或视频帧与已知人脸数据库进行比对，来识别个人身份。这种技术主要用于身份验证和用户身份确认服务，通过分析给定图像中的人脸特征来实现。
人脸识别系统的开发始于20世纪60年代，最初作为计算机应用的一种形式。自那以后，随着时间的推移，人脸识别系统在智能手机和其他技术形式（如机器人技术）中得到了更广泛的应用。由于计算机化的人脸识别涉及对人的生理特征进行测量，因此人脸识别系统被归类为生物识别技术。尽管作为生物识别技术，人脸识别系统的准确性低于虹膜识别、指纹图像采集、掌纹识别或语音识别，但由于其无接触的过程，它被广泛采用。人脸识别系统已被部署在高级人机交互、视频监控、执法、旅客筛查、就业和住房决策以及图像自动索引等领域。
2.3 ：人脸识别概述历史
人脸识别技术的历史可以追溯到20世纪60年代。当时，研究者开始尝试使用电磁脉冲对面征进行手动测量，并将这些数据存储在数据库中，以实现对新照片中人物的自动识别。这一早期的探索奠定了人脸识别技术的基础。进入70年代，研究人员进一步细化了面部特征的测量，增加了更多的测量点，包括嘴唇厚度和头发颜色等，以提高识别的准确性。这为后续的人脸识别技术的发展提供了重要的参考和依据。在80年代，随着计算机技术和光学成像技术的快速发展，人脸识别技术得到了进一步的提升。研究者开始使用线性代数等数学工具，对面部图像进行低维表示，从而更好地提取和识别面部特征。这一时期的研究为人脸识别技术的实际应用奠定了基础。到了90年代，人脸识别技术开始进入初级应用阶段。这一时期的研究重点逐渐从二维图像转向三维面部数据的采集和识别。虽然面临着获取三维数据成本高昂和传感器限制等挑战，但研究者仍然取得了一些基于模型匹配和投影算法的研究成果。进入21世纪，人脸识别技术取得了重大突破。随着计算机计算能力的提高和摄像头技术的进步，研究者提出了一系列更加精确和高效的特征提取算法，如主成分分析、线性判别分析、局部二值模式等。同时，结合支持向量机、人工神经网络等分类算法，人脸识别的准确率得到了显著提高。
近年来，随着人工智能和深度学习技术的快速发展，人脸识别技术得到了极大的推动。深度学习算法能够自动学习和提取面部特征，使得人脸识别技术更加精确和高效。这使得人脸识别技术在各个领域得到了广泛的应用，如安防监控、金融支付、手机解锁等。总的来说，人脸识别技术的发展经历了从早期的手动测量到后来的自动化识别和深度学习等多个阶段。随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，人脸识别技术将继续在未来发挥重要作用。
2.4 ：人脸识别技术
人脸识别技术是指利用分析比较的计算机技术识别人脸。人脸识别是一项热门的计算机技术研究领域，其中包括人脸追踪侦测，自动调整影像放大，夜间红外侦测，自动调整曝光强度等技术。
人脸识别技术主要依赖于多种算法和技术，旨在通过提取和分析面部特征来识别和验证个体的身份。以下是对人脸识别中使用的各种技术的详细介绍。
几何特征匹配
几何特征匹配 [4]是一种早期的人脸识别方法。它主要依赖于面部的几何特征，如眼睛、鼻子和嘴巴的形状、大小和位置关系，来进行识别。通过测量这些特征之间的距离、角度和比例，可以构建出一个描述人脸的特征向量。然后，通过比较不同人脸的特征向量，可以实现人脸的识别。这种方法简单易行，但受光照、表情和姿态变化的影响较大。
模板匹配
模板匹配 [2]是一种基于图像相似度的识别方法。它首先构建一个标准的人脸模板，然后将待识别的人脸图像与模板进行比对，通过计算两者之间的相似度来判断是否属于同一人。模板匹配方法对于光照和姿态变化较为敏感，但其实现简单，计算效率高。
机器学习方法
随着机器学习的发展，人脸识别技术得到了显著的提升。机器学习方法可以通过训练大量的人脸数据来自动学习面部特征，并构建出高效的分类模型。其中，支持向量机（SVM）和人工神经网络（ANN）是两种常用的机器学习方法。SVM通过寻找最优超平面来划分不同类别的人脸数据，而ANN则通过模拟人脑神经元的连接方式来学习和识别面部特征。这些机器学习方法能够处理更复杂的面部特征变化，提高识别的准确性和鲁棒性。
深度学习在人脸识别中的应用
近年来，深度学习在人脸识别中取得了显著的成果 。深度学习方法，特别是卷积神经网络（CNN），通过构建多层的神经网络结构来自动学习和提取面部特征。这些网络结构可以学习从低层次的像素特征到高层次的语义特征，从而更准确地描述人脸的复杂特征。
深度学习在人脸识别中的应用包括人脸检测、特征提取和识别等各个环节。通过训练大量的标注人脸数据，深度学习模型可以学习到人脸的深层次特征表示，并在识别过程中实现高精度的匹配。此外，深度学习还可以结合其他技术，如迁移学习、生成对抗网络（GAN）等，进一步提高人脸识别的性能。首先，人脸检测阶段的目标是在输入图像上的人脸区域。然后，继续进行面对齐，将检测到的面规范化为规范视图。最后，人脸表示法用于提取特征进行识别
2.5 ：人脸识别算法
人脸识别算法是指在检测到人脸并定位面部关键特征点之后，主要的人脸区域就可以被裁剪出来，经过预处理之后，馈入后端的识别算法。识别算法要完成人脸特征的提取，并与库存的已知人脸进行比对，完成最终的分类。
人脸识别算法的原理：系统输入一般是一张或者一系列含有未确定身份的人脸图像，以及人脸数据库中的若干已知身份的人脸图象或者相应的编码，而其输出则是一系列相似度得分，表明待识别的人脸的身份。
2.6 ：人脸识别算法分类
按维数分类
（一）二维
人脸识别法主要集中在二维图像方面，二维人脸识别主要利用分布在人脸上从低到高80个节点或标点，通过测量眼睛、颧骨、下巴等之间的间距来进行身份认证。人脸识别算法主要有：
1.基于模板匹配的方法：模板分为二维模板和三维模板，核心思想:利用人的脸部特征规律建立一个立体可调的模型框架，在定位出人的脸部位置后用模型框架定位和调整人的脸部特征部位，解决人脸识别过程中的观察角度、遮挡和表情变化等因素影响。
2.基于奇异值特征方法：人脸图像矩阵的奇异值特征反映了图像的本质属性，可以利用它来进行分类识别。
3.子空间分析法：因其具有描述性强、计算代价小、易实现及可分性好等特点，被广泛地应用于人脸特征提取，成为了当前人脸识别的主流方法之一。
4.局部保持投影(Locality Preserving Projections，LPP)是一种新的子空间分析方法，它是非线性方法Laplacian Eigen map的线性近似，既解决了PCA等传统线性方法难以保持原始数据非线性流形的缺点，又解决了非线性方法难以获得新样本点低维投影的缺点。
5.主成分分析(PCA)
PCA模式识别领域一种重要的方法，已被广泛地应用于人脸识别算法中，基于PCA人脸识别系统在应用中面临着一个重要障碍：增量学习问题。增量PCA算法由新增样本重构最为重要 PCS，但该方法随着样本的增加， 需要不断舍弃一些不重要PC，以维持子空间维数不变， 因而该方法精度稍差。
6.其他方法：弹性匹配方法、特征脸法(基于KL变换)、人工神经网络法、支持向量机法、基于积分图像特征法(adaboost学习)、基于概率模型法。
（二）三维
二维人脸识别方法的最大不足是在面临姿态、光照条件不同、表情变化以及脸部化妆等方面较为脆弱，识别的准确度受到很大限制，而这些都是人脸在自然状态下会随时表现出来的。三维人脸识别可以极大的提高识别精度，真正的三维人脸识别是利用深度图像进行研究，自90年代初期开始，已经有了一定的进展。三维人脸识别方法有：
1.基于图像特征的方法：采取了从3D结构中分离出姿态的算法。首先匹配人脸整体的尺寸轮廓和三维空间方向；然后，在保持姿态固定的情况下，去作脸部不同特征点(这些特征点是人工的鉴别出来)的局部匹配。
2.基于模型可变参数的方法：使用将通用人脸模型的3D变形和基于距离映射的矩阵迭代最小相结合，去恢复头部姿态和3D人脸。随着模型形变的关联关系的改变不断更新姿态参数，重复此过程直到最小化尺度达到要求。基于模型可变参数的方法与基于图像特征的方法的最大区别在于：后者在人脸姿态每变化一次后，需要重新搜索特征点的坐标，而前者只需调整3D变形模型的参数。
按机理分类
1.基于人脸特征点的识别算法（feature-based recognition algorithms）。
2.基于整幅人脸图像的识别算法（appearance-based recognition algorithms）。
3.基于模板的识别算法（template-based recognition algorithms）。
4.利用神经网络进行识别的算法（recognition algorithms using neural network）。
5.利用支持向量机进行识别的算法（recognition algorithms using SVM）。
2.7 ：人脸识别算法难点
人脸识别算法研究已久，在背景简单的情形下，大部分算法都能很好的处理。但是，人脸识别的应用范围颇广，仅是简单图像测试，是远远不能满足现实需求的。所以人脸识别算法还是存在很多的难点。
光照
光照问题是机器视觉中的老问题，在人脸识别中的表现尤为明显，算法未能达到使用的程度。
姿态
与光照问题类似，姿态问题也是人脸识别研究中需要解决的一个技术难点。针对姿态的研究相对比较少，多数的人脸识别算法主要是针对正面，或接近正面的人脸图像，当发生俯仰或者左右侧而比较厉害的情况下，人脸识别算法的识别率也将会急剧下降。
遮挡
对于非配合情况下的人脸图像采集，遮挡问题是一个非常严重的问题，特别是在监控环境下，往往被监控对象都会带着眼镜﹑帽子等饰物，使得被采集出来的人脸图像有可能不完整，从而影响了后面的特征提取与识别，甚至会导致人脸识别算法的失效。
年龄变化
随着年龄的变化，面部外观也在变化，特别是对于青少年，这种变化更加的明显。对于不同的年龄段，人脸识别算法的识别率也不同。
图像质量
人脸图像的来源可能多种多样，由于采集设备的不同，得到的人脸图像质量也不同，特别是对于那些低分辨率﹑噪声大﹑质量差的人脸图像如何进行有效的人脸识别是个需要关注的问题。同样的，对于高分辨图像，对人脸识别算法的影响也需要进一步研究。
样本缺乏
基于统计学习的人脸识别算法是人脸识别领域中的主流算法，但是统计学习方法需要大量的培训。由于人脸图像在高维空间中的分布是一个不规则的流行分布，能得到的样本只是对人脸图像空间中的一个极小部分的采样，如何解决小样本下的统计学习问题有待进一步的研究。
大量数据
传统人脸识别算法如PCA、LDA等在小规模数据中可以很容易进行训练学习。但是对于大量数据，这些方法其训练过程难以进行，甚至有可能崩溃。
大规模人脸识别
随着人脸数据库规模的增长，人脸算法的性能将呈现下降。
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