18.7.9 Dynamic Feature Learning for Partial Face Recognition 小感

最近读了一篇关于部分人脸识别的文章,来自于CVPR2018的。论文链接《Dynamic Feature Learning for Partial Face Recognition》。

部分人脸识别(Partial Face Recogntion)在很多的领域是个比较重要的工作。但是大部分的研究都不能实现一个任意尺寸的人脸图片的识别问题。本文主要采用全卷积网络(FCN)加上稀疏表示分类(SRC)的方法来实现部分人脸识别,称为动态特征匹配。值得一提的是本文还针对任意尺寸的人脸图片。再动态特征匹配的基础上,本文还提出了sliding loss,利用sliding loss来优化FCN(减小类内差)。

首先介绍一下,为什么需要部分人脸识别。主要有以下集中情况:
(1)人脸被物体遮挡,例如眼睛,帽子,面具或者围巾等等。
(2)人脸的姿态问题
(3)部分人脸在图片外,或者说是相机视野之外。

目前大部人的人脸识别方法都是基于深度的方法,这种方法带来的一个问题就是,所有的输入图片都需要固定的尺寸(例如在VGGFace中的输入图片大小为224×224)。为了解决输入图片的尺寸不对的问题,传统的方法则是直接re-scale,当然这种方法对结果肯定有很大的影响,所以为了解决这种问题,Multi-Scale Region-based Convolutional Neural Network(MR-CNN)可以用来解决尺寸的问题。这种方法旨在将人脸或者部分人脸分解成为几个子区域,然后利用CNN提取子区域的特征。这种方法在几个常见的部分人脸数据库上有着很不错的表现。但是带来了一个问题,这种方法的计算效率太低。所以为了提高效率,Sliding Window Matching(SWM)被提出来解决效率问题。虽然能提高计算的效率,但是总的来说效率还是太低。尽管MR-CNN和SWM都能解决部分人脸识别的问题,计算效率成为了计算部分人脸识别的一个主要的障碍。所以本文提出了一种动态特征匹配的方法,来高效地解决任意尺寸的人脸图片的部分人脸识别问题。

本文主要有三大贡献:
1. 提出了一种部分人脸识别的方法:Dynamic Feature Matching (DFM),动态特征匹配。这种方法是将FCN和SRC进行结合。
2. 提出的DFM不仅能解决整张脸,也能解决任意尺寸的部分人脸识别问题。
3. 提出了Sliding Loss,使得最终学习道德特征更加具有判别性。

本文所用的方法的主要框架如图所示:
18.7.9 Dynamic Feature Learning for Partial Face Recognition 小感_第1张图片
一、FCN,其网络结构如图所示
18.7.9 Dynamic Feature Learning for Partial Face Recognition 小感_第2张图片

二、DFM
对于一张任意大小的Probe而言,通过FCN得到的空间特征p的尺寸为w×h×d。
对于Gallery,考虑到其得到的特征Gc会比较大,所以采用滑窗的方法,将Gc划分为多个子特征图,即Gc={gc1,gc2,…,gck},其中滑窗的stride表示为s,每一个gci的大小为M=w×h×d。为了能够在使用face alignment的情况下进行特征匹配(加快计算效率),本文采用重构误差的方法,就是用Gc线性逼近p,其中Gc的系数表示为wc。重构的误差可以表示为:
这里写图片描述
当然仅仅考这个误差是不行的,因此作者提出了两个约束项:(1)稀疏约束:考虑到wc的稀疏性,所以Gc中只有部分被选用来重构误差,因为对wc进行L1-norm的约束。(2)相似引导约束:再划分的k个子特征图中,有部分可能与目标并没有太多的相似性,或者及其不相似,但是在重构误差的时候,加入这些极其不相似的特征图之后,最后的表现会比较好。但是这样做是不正确的,为了能够更有效的提高最后的准确率,在选用子特征图的时候,自动分辨出相似度很低的图片,剔除。拿如何计算相似度呢?作者认为将p和Gc利用L2-norm的方法进行归一化,即
这里写图片描述
那么最后的相似引导约束可以表示为
这里写图片描述
最终的可以表示为
这里写图片描述
为了能够在优化wc的时候更加方便,(2)的公式可以变为:
这里写图片描述
本文利用 feature-sign search的方法处理wc的优化,

三、sliding loss
sliding loss使用来学习系数wc和卷积的参数,最终可以定义为:
这里写图片描述
当p和Gc属于同一类的话,yc=1,反之为-1。
Sliding loss的伪代码为:
18.7.9 Dynamic Feature Learning for Partial Face Recognition 小感_第3张图片

后面就是大部分的实验了,作者主要在Partial-LFW,Partial-YTF和CASIA-NIR-Distance三个部分人脸数据库上进行了实验,试验结果后面就不放出来了。

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