基于PCA的人脸识别Matlab程序

简介：
本简介介绍了一套基于主成分分析（PCA）算法实现人脸识别功能的MATLAB编程实践。通过降维技术提高人脸图像特征提取效率与准确度，为研究和教学提供实用工具。 ### 基于PCA的人脸识别Matlab程序详解 #### 一、引言 随着计算机视觉技术的发展，人脸识别成为了一个非常热门的研究领域。其中，主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）是一种常用的方法，用于从高维数据中提取低维特征，从而实现人脸识别功能。本段落将详细介绍一个基于PCA的人脸识别Matlab程序，并对其核心代码进行解析。 #### 二、PCA原理简介 PCA是一种统计方法，通过正交变换将一组可能相关的变量转换成一组线性不相关的变量，称为主成分。PCA的主要目标是通过降维来减少数据集的复杂度，同时尽可能保留原始数据的信息。在人脸识别应用中，PCA能够帮助我们从人脸图像中提取关键特征，构建一个特征脸的空间模型，进而用于人脸识别任务。 #### 三、程序架构概述 该Matlab程序主要包括以下几个部分： 1. **图像读取与预处理**：从指定文件夹读取图像并将其转换为适合处理的格式。 2. **计算平均图像**：计算训练集中所有图像的平均值，作为后续处理的基础。 3. **特征值与特征向量计算**：基于图像数据计算协方差矩阵，并求解其特征值和特征向量。 4. **选择主成分**：根据能量占比原则选取主成分。 5. **训练阶段**：计算特征脸形成的坐标系。 6. **测试阶段**：对新图像进行分类识别。 7. **结果评估**：计算识别准确率。 #### 四、详细步骤解析 ##### 1. 图像读取与预处理 ```matlab allsamples = []; % 初始化所有训练图像数组 for i = 1:40 % 循环遍历40个人 for j = 1:5 % 每个人5张图片 a = imread(strcat(e:ORLs, num2str(i), _, num2str(j), .jpg)); % 读取图像 b = a(1:112*92); % 将图像转换为行向量 b = double(b); % 转换为双精度浮点数 allsamples = [allsamples; b]; % 添加到数据集中 end end ``` 这段代码首先定义了一个空数组`allsamples`，用于存储所有训练图像的数据。接下来通过双重循环遍历40个人中的每个人5张图片，并将这些图像读入并转换为行向量形式后添加到`allsamples`数组中。 ##### 2. 计算平均图像 ```matlab samplemean = mean(allsamples); % 计算所有训练样本的平均值 for i = 1:200 xmean(i,:) = allsamples(i,:) - samplemean; % 将每个图像减去平均值，得到中心化后的图像数据。 end ``` 这里计算了所有图像的平均值，并将每个图像与该均值相减以获得中心化的结果。 ##### 3. 特征值和特征向量计算 ```matlab sigma = xmean * xmean; % 计算协方差矩阵 [v, d] = eig(sigma); % 求解协方差矩阵的特征值与特征向量。 ``` 此步骤中，程序首先通过中心化后的图像数据计算出协方差矩阵，并求得该矩阵的特征值和相应的特征向量。 ##### 4. 选择主成分 ```matlab d1 = diag(d); % 提取对角线上的特征值 dsort = sort(d1, descend); % 按照从大到小排序所有特征值。 vsort = fliplr(v(:, sortrows(diag(d), descend))); % 对应地重新排列特征向量。 ``` 这部分代码首先提取了协方差矩阵的对角线元素作为特征值，然后按照其大小进行降序排序，并相应地调整对应的特征向量。 ##### 5. 训练阶段 ```matlab p = 0; % 初始化主成分数量 dsum = sum(dsort); % 计算所有特征值之和。 dsum_extract = 0; while dsum_extract < 0.9 * dsum % 直到提取的能量达到总能量的90% p = p + 1; dsum_extract = sum(dsort(1:p)); end base = xmean * vsort(:, 1:p) * diag(dsort(1:p).^(-12)); % 计算特征脸坐标系。 ``` 这里选择了能够覆盖90%能量的主成分，然后构建了用于训练样本在其中表示的特征脸空间。 ##### 6. 测试阶段 ```matlab all