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人脸识别:人脑认知与计算机算法(二)?

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来源:https://zhuanlan.zhihu.com/p/21799161?refer=HicRhodushicsalta

本篇主题:外在特征与内在特征

在上一篇《人脸识别:人脑认知与计算机算法(一)中我们提到了外在特征与内在特征的概念,简单的说,外在特征(external features)指的是头发(颜色、发型)、脸部轮廓、脸颊等,内在特征(internal features)指的是眼睛、鼻子和嘴巴以及它们之间的内在关系 [1]。

Fig. 全脸(中)、外在特征(左下)与内在特征(右下),源于[1]

人类视野的分辨率从视野中央往外侧快速下降,因此需要不断的调整注视方向来获取高精度图像,也就是注意力点的变化。同时,人眼运动控制的相当部分是直接由脑干区域的神经核团支配的,也就是说,不受大脑皮层的控制,因此眼动在大部分情况下不进入意识层面,其运动控制表现出对注意力控制的被支配性。通过观测注视(眼动)的变化,可以获知人的注意力的重点 [2],也就是信息获取的关键,眼动因此成为了人类意识的一个易于观测的外显参数 [3]。在我们人类发育的早期,观察人脸首先是注意外在特征多,然后逐步发展的更注意内在特征[4]。当然,这也可能与一岁以下的婴儿的视觉感知情况与更年长者有别有关,两个月以下的婴儿,他/她们的视觉处在一个快速发展的时期——由不清晰到清晰,同时色彩的感知也发生快速的变化[5-7]。

在成人的人脸识别过程总,内在特征与外在特征所扮演的角色各不相同,一般地,我们认为在识别陌生人脸的过程中,外部特征占有比较重要的作用(或者同等重要),当人脸变得熟悉时,外部特征在人脸识别中的重要性逐渐下降,而内部特种的重要性逐渐升高的主导地位 [8]。通过一些量化参数,我们可以大致的描述内在特征和外在特总在人脑的人脸识别任务中的地位[9, 10]:

Fig. 人脑人脸识别任务中内部特征与外部特征各自的重要性

当然地,一般认为,人脑人脸识别中,内在特征和外在特征是作为一个整体在大脑皮层的相关区域 (Fusiform Face Area, FFA; Occipital Face Area, OFA; Superior Temporal Sulcus, STS)处理,而不是分开的 [11]。

在计算机人脸识别领域,特别是在深度学习出现以前的使用模型的时代,算法研究一直将重心放在内在特征上 [12],这跟计算机人脸识别的应用场景,以及投入到训练算法中的图像训练集有一定的关系。训练集里的同一个人经常有不同时期不同发型、妆容的图像,易于理解的,算法关注外在特征会降低算法的识别率并增加误识率,这对算法的性能是不利的 [13]。

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