李顏瑞

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系 山西 長(zhǎng)治 046011）

1 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，利用人的生物特征作為識(shí)別依據(jù)，在信息安全領(lǐng)域已經(jīng)成為一個(gè)非常重要的研究課題。目前已經(jīng)研究的生物識(shí)別有指紋[1]、虹膜[2]、掌紋[3]、人臉[4]和眉毛[5]等識(shí)別技術(shù)。主成分分析方法即PCA已經(jīng)用在了眉毛識(shí)別研究當(dāng)中，與獨(dú)立分量分析方法即ICA相比較發(fā)現(xiàn)，二者有很多相似的地方。但是獨(dú)立分量分析方法更具優(yōu)越性。因?yàn)楠?dú)立分量分析方法不僅考慮了圖像或者音頻信息的二階統(tǒng)計(jì)信息，而且也考慮了圖像或者音頻信息的高階統(tǒng)計(jì)信息，生成的特征信息具有獨(dú)立性。所以，ICA方法同時(shí)考慮了二階和高階信息，并且特征相互獨(dú)立，這樣提取特征比用PCA提取特征更有利于進(jìn)行識(shí)別。所以，本文使用獨(dú)立分量分析方法即ICA方法進(jìn)行眉毛識(shí)別的研究。

2 ICA理論

ICA也稱為獨(dú)立分量分析方法[6]，是一種基于統(tǒng)計(jì)信息的特征提取方法，發(fā)源于盲源分離技術(shù)，屬于線性變換的一種，它是將音頻或者圖像等信息，通過自己設(shè)置的特定函數(shù)，生成相應(yīng)獨(dú)立分量并且由這些獨(dú)立分量組成線性組合，這樣更有利于提取特征并且能夠保持更好的特征向量。

3 基于ICA的眉毛識(shí)別方法

3.1 眉毛信息預(yù)處理[7]

預(yù)處理是生物特征驗(yàn)證和生物特征識(shí)別過程中的一個(gè)非常重要的步驟，對(duì)下面特征提取的好壞有直接的影響。因此，為了提高眉毛的識(shí)別率，減小眉毛圖像的尺寸等外在因素的影響，應(yīng)該在特征提取之前進(jìn)行眉毛圖像的預(yù)處理。本文決定采用李玉鑑教授提供的原始眉毛庫(kù)，作為本文的原始眉毛庫(kù)（圖1），并且采用左眉毛作為研究對(duì)象，同時(shí)圈取出眉毛部分并進(jìn)行保存（圖2）。利用公式

進(jìn)行灰度化處理（圖3），用零階插值算法對(duì)圖像進(jìn)行歸一化處理，大小為40*200（圖4）。

圖1

圖2

圖3

圖4

3.2 眉毛特征提取

用于特征提取的圖像必須是經(jīng)過預(yù)處理后的圖像，否則將會(huì)很大程度上影響特征提取的結(jié)果，所以必須在預(yù)處理的基礎(chǔ)上再進(jìn)行特征提取。

3.3 眉毛識(shí)別

近鄰法[8]則是一種根據(jù)樣本提供的信息，繞開概率的估計(jì)而直接決策的技術(shù)，所以它也屬于非參數(shù)判別方法的一種。在特征提取的基礎(chǔ)上，研究采用K-近鄰方法進(jìn)行識(shí)別。

（1）將訓(xùn)練集眉毛圖像的特征向量，都存儲(chǔ)起來共同構(gòu)成訓(xùn)練集眉毛圖像的特征庫(kù)。

（2）計(jì)算訓(xùn)練集眉毛圖像特征庫(kù)中特征間的最大歐式距離的一半，即眉毛間的最大許可距離記：dmax。

（3）計(jì)算測(cè)試眉毛特征與訓(xùn)練集中的眉毛特征之間的距離，記為為眉毛庫(kù)中特征個(gè)數(shù)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)是建立在50人的眉毛庫(kù)上，每人提供6張眉毛組成眉毛庫(kù)，則眉毛庫(kù)共有300張眉毛圖片。實(shí)驗(yàn)中，每人選取三張作為訓(xùn)練眉毛，剩下三張作為測(cè)試眉毛，則訓(xùn)練眉毛有150張，測(cè)試眉毛有150張。共進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

4.1 不同的眉毛庫(kù)對(duì)識(shí)別率的影響

見表1所示。

表1 不同的訓(xùn)練庫(kù)

4.2 比較近鄰法則與k近鄰法則對(duì)識(shí)別率的影響

見表2所示。

表2 近鄰與k近鄰

5 結(jié)語(yǔ)

本次研究采用基于ICA的眉毛識(shí)別方法在50人的眉毛庫(kù)上取得了較好的識(shí)別效果，再一次證明了使用眉毛這一生物特征用于識(shí)別是完全可行的。但是本次研究仍有一些不足之處和需要加強(qiáng)改進(jìn)的地方。例如預(yù)處理階段仍然采用人工的方式進(jìn)行提取眉毛區(qū)域，沒能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在眉毛識(shí)別的研究推廣應(yīng)用上，就存在一定的障礙和阻力；眉毛庫(kù)的數(shù)量還是比較有限，而目前僅僅是在實(shí)驗(yàn)室中完成的，如果是在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，估計(jì)還有其他問題出現(xiàn)；所以今后的研究重點(diǎn)應(yīng)該是眉毛區(qū)域的自動(dòng)提取方法和建立大規(guī)模且合格的眉毛數(shù)據(jù)庫(kù)。