不同于机器学习模型的人脸识别,深度学习将人脸特征向量化,以及人脸向量分类结合到了一起,通过神经网络算法一步到位。
深度学习-人脸识别系统都包括:
- 人脸检测
- 人脸对其
- 人脸识别
人脸检测
深度学习在图像分类中的巨大成功后很快被用于人脸检测的问题,起初解决该问题的思路大多是基于CNN网络的尺度不变性,对图片进行不同尺度的缩放,然后进行推理并直接对类别和位置信息进行预测。另外,由于对feature
map中的每一个点直接进行位置回归,得到的人脸框精度比较低,因此有人提出了基于多阶段分类器由粗到细的检测策略检测人脸,例如主要方法有Cascade CNN、
DenseBox和MTCNN等等。
MTCNN是一个多任务的方法,第一次将人脸区域检测和人脸关键点检测放在了一起,与Cascade
CNN一样也是基于cascade的框架,但是整体思路更加的巧妙合理,MTCNN总体来说分为三个部分:PNet、RNet和ONet,网络结构如下图所示。
人脸识别
人脸识别问题本质是一个分类问题,即每一个人作为一类进行分类检测,但实际应用过程中会出现很多问题。第一,人脸类别很多,如果要识别一个城镇的所有人,那么分类类别就将近十万以上的类别,另外每一个人之间可获得的标注样本很少,会出现很多长尾数据。根据上述问题,要对传统的CNN分类网络进行修改。
我们知道深度卷积网络虽然作为一种黑盒模型,但是能够通过数据训练的方式去表征图片或者物体的特征。因此人脸识别算法可以通过卷积网络提取出大量的人脸特征向量,然后根据相似度判断与底库比较完成人脸的识别过程,因此算法网络能不能对不同的人脸生成不同的特征,对同一人脸生成相似的特征,将是这类embedding任务的重点,也就是怎么样能够最大化类间距离以及最小化类内距离。
Metric Larning
深度学习中最先应用metric
learning思想之一的便是DeepID2了。其中DeepID2最主要的改进是同一个网络同时训练verification和classification(有两个监督信号)。其中在verification
loss的特征层中引入了contrastive loss。
Contrastive
loss不仅考虑了相同类别的距离最小化,也同时考虑了不同类别的距离最大化,通过充分运用训练样本的label信息提升人脸识别的准确性。因此,该loss函数本质上使得同一个人的照片在特征空间距离足够近,不同人在特征空间里相距足够远直到超过某个阈值。(听起来和triplet
loss有点像)。