Transcript 5. PCA-1

PCA – metoda Eigenfaces

Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Plan wykładu

Sprawy bieżące   projekty laboratorium – terminy po Świętach Idea PCA Ekstrakcja cech Szczegóły matematyczne Uproszczenie obliczeń Zastosowanie do detekcji Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Literatura

M.A.Turk, A.P.Pentland

Face Recognition Using Eigenfaces

Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Etapy rozpoznawania

Detekcja Normalizacja Porównywanie wektorów cech Ekstrakcja cech Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Przykład...

Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Wymiarowość

Przestrzeń próbki, a jej wymiarowość Zmiana orientacji układu współrzędnych Odrzucenie zbędnych wymiarów Błąd redukcji wymiarów PCA (Principal Components Analysis)  Analiza Składowych Głównych Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

PCA

Principal Components Analysis  Analiza Składowych Głównych Baza ortogonalna przestrzeni  jednoznaczna kombinacja liniowa Wymiary posortowane Maksymalizacja wariancji próbek Odrzucanie wymiarów Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Przestrzeń twarzy

Znormalizowany obraz  opisany przez wartości pikseli Obraz – punkt w przestrzeni Nadmiar informacji  zbyt wiele wymiarów Eliminacja zbędnych informacji Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

PCA a ekstrakcja cech

Próbka znormalizowanych obrazów (punkty w przestrzeni wejściowej) PCA:   baza ortogonalna nowej przestrzeni możliwa redukcja wymiarów Ekstrakcja cech = punkt w przestrzeni twarzy Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

PCA od środka

Macierz kowariancji dla próbki wejściowej Wartości własne oraz wektory własne Twarze własne (eigenfaces) Położenie obrazu twarzy w nowej przestrzeni (ekstrakcja cech) Trening i ekstrakcja cech Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Trening

Dane wejściowe: 

u

1

,...,

u – wektor N wymiarowy

u M

 M – liczba wektorów w próbce Wektor średni:   1

M i M

  1

u i

Macierz kowariancji:

C

i M

  1 (

u i

  )(

u i

    lub

C

A

A T

Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Przykład...

Próbka treningowa (M=4, N=3): [1, 0, 2] [0, 3, 1] [4, 1, 2] [3, 0, -1] Wektor średni, macierz kowariancji...

Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Wektory własne

Równanie charakterystyczne Wartości własne Wektory własne:

C

v

  

v

Metoda Jacobiego dla macierzy symetrycznych Biblioteka OpenCV Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Twarze własne

Wektory własne znormalizowane do zakresu wartości pikseli Eigenfaces – nazwa metody Wybór liczby wymiarów doświadczalnie (przykład) Nowa przestrzeń twarzy, znacznie mniej wymiarów Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Trening – podsumowanie

C 00 ...

...

...

C 0n ...

C n0 ...

C nn Obrazy znormalizowane Macierz kowariancji Twarze własne (eigenfaces) Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Rzutowanie

Dane wejściowe:  zbiór wektorów własnych  znormalizowany obraz Rzutowanie:  

x

'  

T

x

- macierz złożona z wektorów własnych   x – wektor wejściowy po odjęciu wektora średniego x’ – wektor po rzutowaniu Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Przykład...

Przestrzeń dwuwymiarowa:  wektory własne: [ 2 2 ; 2 ] [  2 2 ; 2 2 ]  [3; 1], [-2; -2], [10, 9] Projekcja i jej błąd Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Ekstrakcja cech

Obcięcie macierzy  i wektora x’   ’  ’’ Element klucza - iloczyn skalarny obrazu i wektora:

w i

v i T

x W

  '

T

x

Wyniki iloczynów = wektor cech Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Ekstrakcja cech

K1 K2 K3 ...

...

Mnożenie wektora obrazu przez wektory własne Wektor cech Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Podsumowanie

Eigenfaces – popularna metoda rozpoznawania twarzy Trening i ekstrakcja cech Metoda holistyczna Wysoka szybkość Przeciętna skuteczność Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006

Dziękuję za uwagę!

Za tydzień – ulepszenia metody Eigenfaces i jej pochodne...

Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2005/2006