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SVM과 PCA를 이용한 국부 외형 기반 얼굴 인식 방법
Local Appearance-based Face Recognition Using SVM and PCA 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. SP, 신호처리, v.47 no.3=no.333, 2010년, pp.54 - 60  

박승환 (아주대학교 전자공학과) ,  곽노준 (아주대학교 전자공학과)

초록
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얼굴 인식 방법 중에 한 얼굴 영상을 분할하여 분할한 각 부분마다 통계적 방법을 적용해 특징추출을 수행한 다음 각 부분마다 분류를 수행하고 이러한 분류결과를 모아서 voting등의 방법으로 얼굴 인식을 수행 하는 방법을 국부 외형 기반 방법(local appearance-based method) 이라고 한다. 기존에 제안된 국부 외형 기반 얼굴 인식은 얼굴 영상을 일정한 크기로 단순분할하고, 그 부분들을 모두 인식에 사용한다. 본고에서는 인식에 상대적으로 중요한 부분만을 사용하여 얼굴 인식을 수행하는 새로운 국부 외형 기반 얼굴 인식 방법을 제안한다. 본고에서는 단순 분할 방법 대신에 눈, 코, 입 등 인물 간의 차이가 잘 나타나는 얼굴 부분들을 support vector machine (SVM) 을 이용하여 검출한 후, 검출한 각 부분에 주성분 분석 (PCA) 을 적용하고 이를 통합하여 얼굴 인식을 수행하였다. 실험을 통해 제안한 방법과 기존 방법의 성능을 비교한 결과, 제안한 방법이 기존의 국부 외형 기반 방법의 장점을 지니는 동시에 성능을 개선시킴을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The local appearance-based method is one of the face recognition methods that divides face image into small areas and extracts features from each area of face image using statistical analysis. It collects classification results of each area and decides identity of a face image using a voting scheme ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 물론이런 점을 개선하기 위해 분류 시 상대적으로 중요한부분에는 보다 큰 가중치를 주는 방식도 있다. 그렇지만 본고에서는 인식에 중요하지 않는 부분, 즉 인물 간 차이가 별로 나타나지 않는 부분은 인식 과정에서 배제하고, 인물 별로 차이가 많이 나는 부분, 즉 눈, 코 같은부분만을 인식에 사용하면 성능이 개선할 수 있을 것이라는 점에서 착안하였다.
  • 따라서 단순 분할하는 방법은 일정하게 정렬된 얼굴 부분별 영상을 얻기가 어려운 점이 생긴다. 그리고 본고에서 기존의 국부 외형 기반 방법과는 달리 인식에 중요하지않는 부분을 배제하고, 인식에 상대적으로 중요한 부분만을 사용하고자 한다. 이러한 조건을 만족하기 위해서는 얼굴의 각 부분을 정확하게 분할해야 인식에 있어상대적으로 덜 중요한 부분이 중요한 부분에 섞이는 것을 방지할 수 있다.
  • 첫째, 얼굴 인식 시 중요한 부분만을 이용하여 방법을 기존의 방법들과 성능을 비교하여 본고에서 제안한방법이 얼굴 인식에 있어 유효한 방법인지를 실험적으로 증명하고자 하였다. 둘째, 본고에서 제안한 방법이기존의 국부 외형 기반 방법의 장점 중 하나인 적은 학습샘플 수에서 더 나은 인식성능을 동일하게 지니고 있음을 실험적으로 증명하고자 하였다. 마지막으로 제안한 방법이 얼굴 영상들이 서로 어긋난 정렬을 갖는, 이른바 불량 정렬의 저주 문제에 대해 기존의 방법들에비해 더 유리함을 실험을 통해 증명하고자 하였다.
  • 세 번째 실험은 본고에서 제안한 방법이 일정하게 정렬이 되지 않은 얼굴 영상의 경우 기존의 방법과 비교해 어떤 성능이 내는지 알아보기 위해 수행하였다. 첫번째와 두 번째 실험은 얼굴 검출 과정에서 얼굴 정렬이 일정하게 되어 있다는 가정을 하고 실험을 수행하였지만, 이번 실험에서는 얼굴 검출 과정에서 얼굴 영상이 일정한 정렬이 되지 않았다라고 가정을 하고, 정렬이 어긋난 얼굴 영상들을 실험에 사용하였다.
  • 마지막으로 제안한 방법이 얼굴 영상들이 서로 어긋난 정렬을 갖는, 이른바 불량 정렬의 저주 문제에 대해 기존의 방법들에비해 더 유리함을 실험을 통해 증명하고자 하였다. 번째 실험은 인식에서 상대적으로 중요한 부분만을 이용하는 것이 유효한 방법인지 증명하기 위해 수행하였다. 첫 번째 실험에서 사용한 얼굴 데이터베이스는 FRGC (face recognition great challenge)® 이다.
  • 수행하였다. 첫째, 얼굴 인식 시 중요한 부분만을 이용하여 방법을 기존의 방법들과 성능을 비교하여 본고에서 제안한방법이 얼굴 인식에 있어 유효한 방법인지를 실험적으로 증명하고자 하였다. 둘째, 본고에서 제안한 방법이기존의 국부 외형 기반 방법의 장점 중 하나인 적은 학습샘플 수에서 더 나은 인식성능을 동일하게 지니고 있음을 실험적으로 증명하고자 하였다.

가설 설정

  • 첫번째와 두 번째 실험은 얼굴 검출 과정에서 얼굴 정렬이 일정하게 되어 있다는 가정을 하고 실험을 수행하였지만, 이번 실험에서는 얼굴 검출 과정에서 얼굴 영상이 일정한 정렬이 되지 않았다라고 가정을 하고, 정렬이 어긋난 얼굴 영상들을 실험에 사용하였다. 이번 실험에서는 그림 5처럼 기준이 되는 얼굴 영상에서 상하좌우 및 대각선의 여덟 방향으로 약 5%정도 정렬이 어긋나 있는 얼굴 영상을 만들어 실험을 수행하였다.
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참고문헌 (10)

  1. Stan Z. Li and Anli K. Jain, Handbook of face recognition, Springer, pp. 1-11, 2004. 

  2. Matthew Turk and Alex Pentland, "Eigenfaces for recognition," Journal of Cognitive Neuroscience, Vol. 3, no. 1, pp. 71-86, 1991. 

  3. Peter N. Belhumeur, Joao P. Hespanha, and David J. Kriegman, "Eigenfaces vs. Fisherfaces: Recognition using class specific linear projection," IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 19, no. 7,pp. 711-720, July 1997. 

  4. Kwang In Kim, Keechul Jung, and Hang Joon Kim, "Face recognition using kernel principal component analysis," IEEE Signal Processing Letters, Vol. 9, no. 9, pp. 40-42, February 2002. 

  5. Rajkiran Gottumukkal and Vijayan K. Asari, "An improved face recognition technique based on modular PCA approach," Pattern Recognition Letters 25, pp. 429-436, 2004. 

  6. Jian Huang, Pong C Yuen, Wen-Sheng Chen, and J. H. Lai, "Component-based LDA method for face recognition with one training sample," in Proceedings of the IEEE International Workshop on Analysis and Modelling of Faces and Gestures, 2003. 

  7. Paul Viola, and Michael J. Jones, "Robust real-time face detection," International Journal of Computer Vision 57(2), pp. 137-154, 2004. 

  8. Shiguang Shan, Yizheng Chang, Wen Gao, Bo Cao, and Peng Yang, "Curse of mis-alignment in face recognition: problem and a novel mis-alignment learning solution," in Proceedings of the Sixth IEEE International Conference on Automatic Face and Gesture Recognition, 2004. 

  9. Bernd Heisele, Purdy Ho, Jane Wu and Tomaso Poggio, "Face recognition: component-based versus global approaches,"computervision and image understanding 91, pp6-21, 2003. 

  10. P.J. Phillips et. al., "Overview of the Face Recognition Grand Challenge," IEEE Conf. Computer Vision and Pattern Recognition 2005. 

저자의 다른 논문 :

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