网络工程 基于人脸识别的动态识别签到系统设计与实现.doc
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1、本科毕业设计(论文)基于人脸识别的动态识别签到系统设计与实现Design and Implementation of Dynamic Recognition Check-in System Based on Face Recognition院 (系)计算机科学与技术系专 业网络工程班 级1学 号16210220123学生姓名林海锋指导教师赵元成提交日期毕业设计(论文)原创性声明本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文),是本人在指导老师的指导下,独立进行的设计(研究)工作及取得的成果,论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人已经发表或撰写的
2、作品及成果。对本文的研究作出贡献的个人和集体,均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业论文作者(签字): 签字日期: 年 月 日成绩评定成绩项论文成绩(百分制)折合比例实得成绩(折合分)指导教师成绩30%评阅教师成绩20%答辩成绩50%总评成绩内容摘要目标检测(Object Detection)是近年来计算机科学的研究重点,他可以通过识别目标的几何特征,将复杂的场景分割并针对特定的目标进行识别,关键点在于准确度以及实时性 。人脸识别(Face recognition)则是目标检测中,让人最为看重的一个子类。一旦我们的人脸识别技术足够成熟,意味着我们不再需要其他
3、物理的钥匙或者是数码的密钥,而是用一张脸,就可以满足日常生活中的一切。世界上可能有很多相似的人脸,但是绝对没有完全相同的两个人。当人脸识别技术足够成熟,我们完全可以将人脸识别作为身份分类的一个重要指标。在深度学习的刺激下,人脸识别有了巨大突破,机器也变得会“思考”。这意味着人脸识别的安全等级将会提高,可以适用于更多安全要求更高的场景,同时人脸识别的研究也可以推动更多神经网络、图像处理等的领域发展。关键词: 目标检测 人脸识别 深度学习AbstractObject detection is the research focus of Computer Science in recent year
4、s. It can recognize the geometric characteristics of the target, segment the complex scene and recognize the specific target. The key point is the accuracy and real-time. Face recognition is one of the most important sub categories in target detection. Once our face recognition technology is mature
5、enough, it means that we no longer need other physical keys or digital keys, but with a face, we can meet everything in our daily life. There may be many similar faces in the world, but there are absolutely no two identical people. When face recognition technology is mature enough, we can take face
6、recognition as an important index of identity classification.Under the stimulation of deep learning, face recognition has made a great breakthrough, and machines have become thinking. This means that the security level of face recognition will be improved, which can be applied to more scenes with hi
7、gher security requirements. At the same time, the research of face recognition can also promote the development of more neural networks, image processing and other fields.Key words: object detection face recognition recognition speed 目录第一章:绪 论11.1研究背景及意义11.2人脸识别6种实现方式11.2.1几何特征的人脸识别方法21.2.2基于特征脸(PCA
8、)的人脸识别方法21.2.3神经网络的人脸识别方法21.2.4弹性图匹配的人脸识别方法21.2.5线段Hausdorff 距离(LHD) 的人脸识别方法21.2.6支持向量机(SVM) 的人脸识别方法21.3本文的主要工作3第二章:人脸识别的新特性-深度学习32.1 深度学习32.2 深度学习与人脸识别的二次结合42.2.1 VGG模型52.2.2 优图祖母模型62.3本章总结7第三章 :动态人脸识别签到系统实现83.1实现思路83.2算法实现8321 环境依赖83.2.2 实现普通的人脸识别93.3完善动态人脸识别签到系统123.3.1 从视频流中取帧进行识别123.3.2 实现上传素材、导
9、出签到表153.3.3 使用演示163.4本章小结17第四章:总结与展望184.1论文总结184.2展望18参 考 文 献20致谢21广东东软学院本科生毕业设计(论文)第一章:绪 论1.1研究背景及意义传统的目标检测技术主要是通过几何特征对图像进行切割,进而对切割出的素材进行几何分析,根据特征将其分类。但是实际使用中,各种物品杂乱无章重叠摆放,部分物品特征会被覆盖导致目标检测准确率较低,实用型并不高。而人工智能的到来,为我们展示了不一样的世界。目前,各种人工智能设备早已被大众所接受,各种IOT设备也已经被量产。物联网完全可以凭借AI这杆利刃,更上一层楼。人工智能所带来的不仅仅是全新的人机交互体
10、验,同时他也带来了更多技术工种的就业机会,人工智能可以跨越多行业相结合,也就意味着需要更多的人才去进行智能训练,人工智能就如同当初的自动化革命一般为我们的社会注入新的血液。人脸识别技术早在几十年前的科幻电影中就已经出现,跟着机器学习的脚步,它也走出电影来到了我们的生活中。传统的物理密钥、密码都存在被盗取的风险,而人脸不一样,就算是双胞胎之间也不存在一摸一样的五官角度,因此人脸识别是我们进行身份管理最安全的一项技术。当人脸识别技术越来越普及,我们的数据集会越来越丰富,通过更多的训练,可以让机器更加的智能,更好的适应我们的生活所需。在机器学习研究前期,机器算法都比较简单。在处理较为单一的场景下,有
11、很优秀的表现。但当涉及到较为复杂的数据衍变时,简单的算法结构的输出结果准确率极低。例如处理自然信号。在1980年,深度学习出现了。它的概念是在对人工神经网络的过程中所提出的,它的设计出发点在于建立一个机器人脑,通过模拟人体大脑的工作过程,来研发出一整套神经网络来处理和解析获取的复杂数据,例如影、视、音等。深度学习是通过对输入信号分解并组合低层次的特征,然后用来表示目标的特征或者是类别,并将特征输出。由于各种外界因素的影响,人脸识别的准度和精度还是不能满足所有场景的需求。人脸识别在二维上的发展可能比较完善,但是我们还可以通过三维图像综合识别,也可以通过引入时间概念,通过对不同时间段的识别来确定识
12、别对象的身份。因此,人脸识别的道路,还有很长。1.2如何实现人脸识别1.2.1基于几何特征的人脸识别几何特征主要为五官的模型差距以及五官之间的距离以及几何关系。该算法在理论上容易理解,识别的速度快,原理简单,所占用的内存相对较少,遗憾的是识别率较低,不够准确。1.2.2 基于特征脸(PCA)的人脸识别方法特征脸方法是基于K-LT所提出的人脸识别方法,K-LT全称是Karhunen-Love translation,他是一个最优正交变换,此前用于压缩图像文件。通过对N维图像进行K-LT变换,获取到一组低次分量。在其中选取重要的分量,然后扩张为线性空间并进行投影,所投影出来空间的即为我们判定是否为
13、相同人脸的一个特征量。特征脸方法的缺点在于它需要大量的训练样本,才能保证识别精度的一个准确性,并且完全是通过图像灰度对特征进行统计的。特征脸方法也有许多不同的版本,适应在不同要求的场景下,但大体上原理都是一致的。1.2.3神经网络的人脸识别方法神经网络的特点在于输入变量类型更多,他会根据输入值的不同,通过不同的智能算法进行分析,不同于传统的识别方法一般都需要完整的人脸,但是神经网络可以通过部分人脸进行分析,并得出结论。当然,结论可能无法直接利用,却可以筛选掉一些不符合的人,从而减少我们投入的人工。同时,缺点也十分明显,需要较多的训练样本来对神经网络进行适应性学习,训练样本的数量跟识别的精准度是
14、成正比的。1.2.4弹性图匹配的人脸识别方法弹性图匹配的思路是从生物学的角度出发,定义基本脸型,通过二维拓扑表现出来。同时,该拓扑上图像所有顶点都作为该脸图的特征量,可以用来表示该点周围的线性关系。其中弹性二字的意思是,允许图像对比时具有一定的弹性变法,这样可以克服微表情变化所带来的识别障碍。通过几何因素与灰度化特征相结合,弹性图匹配被广泛应用在流式处理的在线识别产品上。更重要的是,它并不需要大量的训练样品进行适应性训练。1.2.5 LHD的人脸识别方法LHD是一群心理学家所提出的识别方法,他们认为人类对于轮廓线条的识别精准度以及速度上并不差,因此他们提出了LHD。它从灰度化的人脸图中,提取其
15、中的轮廓线,用LDH来表示不同线条之间的距离关系。更重要的是,LDH没有建议两个线段之间的唯一对应关系,因此它可以从多个方面验证单一线段是否发生了某种可容忍的变化,用来表示对不同人脸之间的相似程度。从结果来看,LHD绕过了光照条件以及姿态变化,因此在这方面他显示了较良好的识别性能,但是由于轮廓无法体现人脸表情,因此它在表情处理方面识别效果并不如人所意。1.2.6 SVM的人脸识别方法SVM中文名是支持向量机,在近几年,他也进入了智能识别领域的研究者眼中。通过支持向量机,用学习机的泛化能力换取更高的计算性能。SVM在识别过程中可以帮助我们将识别人脸分解为多个特征变量,进而根据特征变量来对人脸特征
16、进行比对得出人脸识别的结果。通过SVM可以提高人脸识别的识别率,但同大多数识别方法一样,SVM需要大量的训练样本,而在实际应用中训练样本数量往往不足。并且SVM的训练过程耗时长,算法种类也有各有千秋,因此该方法并没有一个统一的定论。1.3本文的主要工作本文从目标检测出发,针对人脸识别进行研究,讲述了人脸识别的研究意义以及发展方向。着重介绍了深度学习对于人脸识别研究的巨大帮助,深度学习让人脸识别能够更加智能的识别,增加识别的速度以及精度。人脸识别目前已经广泛应用在企业打卡签到以及部分智能家居产品上了,但部分特殊的场景还是没有采用人脸识别,而是利用更精密的识别手段诸如瞳孔或者物理密钥这种形式。这主
17、要是由于人脸识别的缺点比较显而易见,它存在被欺骗的可能性。同时,针对脸部丰富的表情变化以及外界环境光照等不可预见的因素,人脸识别可能会受到影响、或许是识别速度过慢或者是无法正常识别等问题。本文简单地实现了一个动态人脸识别的签到系统,识别流程大抵是先对素材库中的人脸预处理,以包含人脸特征的二维数组这种形式缓存下来,在打开摄像头进行识别的时候提取关键帧的人脸并处理为测试数据,将其与缓存中的素材集进行对比,根据相对应的阈值找到素材库中对应的人名,保存在签到名单中。当摄像头关闭时将签到名单保存为TXT在项目根目录中。对于预处理素材库中的素材这一步,被处理过的素材会缓存在内存中,因此当素材过多时对内存资
18、源要求较高。本文一共分为四个章节:第一章:绪论,针对人脸识别与深度学习的结合,人脸识别焕发了活力,介绍了人脸识别的多种方式及其效率以及人脸识别对科技生活的巨大帮助。第二章:拥有深度学习新特性的人脸识别与传统的人脸识别相比的优势所在。第三章:通过face_ recognition实现了一个动态的人脸识别签到系统,拥有在线添加素材、实时人脸识别、导出签到人员表等功能。第四章:如何突破现在人脸识别效率与准确率无法并取的现状。第五章:结论与展望。第二章:人脸识别的新特性-深度学习2.1 深度学习我们将深度学习分为“深度”“学习”两个过程来理解:学习的词义解释是指通过阅读、听讲、思考、研究、实践等途径获
19、得知识或技能的过程。在深度学习中,其实也差不多,只是我们的输入值不再是通过听讲、思考等动作,而是换成了机器能够读取的一个个数据集。而深度的意思是,从输入值到输出值这个过程中,所要经历的各个计算过程,它们各自联系,由浅入深,最终输出我们想要的数据。而这个计算过程,有好有坏,有的效率高输出值缺不准确;有的效率低,输出值却准确。因此,我们可以形象的称这个过程为“学习策略”,好的学习策略虽然需要花费大量时间去规划,但是他的结果是足够准确的;不好的学习策略会导致错误,会让学习过程走更多的弯路。学术界尝试模拟人脑,完成一套计算机能够理解的学习策略,他被称之为“神经网络”。在人的大脑皮层中,是由一个一个神经
20、元所组成的一个大的神经网,所以神经网络也是模仿这个概念去设计。如图中的输入值,x1、x2、x3,在经过包括输入层的四层结构之后,输出了我们所期望看到的结果,这就是一个简单的神经网络。其中L1跟l4分别是输入层和输出层,l2、l3则是隐藏的处理层,越是复杂的运算,所需要的处理层就越多,同时每个处理层所包含的参数也就越多,因此也就导致整个神经网络的规模呈现一个非线性的扩大。总结一下,深度学习就是是通过多层次的计算以及分析,通过由浅入深,获取所需要的输出值的过程。而神经网络,则是我们通过分析整个运算,所规划的由各种参数与处理层所组成的一个大型的计算网络,我们可以通过这个计算网络实现输入值到输出值的一
21、个转变。2.2 深度学习与人脸识别的二次结合传统的人脸识别模型一般为图2-2,通过对比提取到的cnn特征作为判断的依据,而当深度学习与人脸识别二次结合,人脸识别走出了另一条全新的道路。深度学习可以在通过多次训练后,训练出一种类人脑的一种思维方式,只要样本数足够多的,理论上可以像大脑一般准确分析思考。他会根据多个数据集的结果,微调每个数据对于最后结果的判定占比。如图2-2-2,图像之间的数值就是欧式空间中的距离,该数据越低,证明两张照片为同个人的可能性越高,训练的样本数越高,照片之间的距离参数也会改变,趋近于真相。图2-2-1图2-2-22.2.1 VGG模型最初VGG并不是用作为图像分类识别训
22、练的神经网络,它是由牛津大学科学工程系发布,用来探究图像分类过程中网络深度是如何影响识别的准确率以及精度的。最初的VGG-16(VGG-Very-Deep-16 CNN),从全称中我们也可以看出发布者对于VGG-16的研究深度标准之高,VGG不同于传统的卷积网络模型,他的卷积层与池化层并不是一一对应的关系,规定整个模型中有5个池化层,他们分别与一部分卷积层相关联,可以从图2-2-3中看到池化层的分配关系。VGG按卷积层的数量划分命名,最少的由3个全连接层+8个卷积层组成,命名为VGG11;最多则由3个全连接层+16个卷积层组成,命名为VGG19。图2-2-3当然,作为一个曾在ImageNet上
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- 关 键 词:
- 网络工程 基于人脸识别的动态识别签到系统设计与实现 基于 识别 动态 签到 系统 设计 实现
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