模式识别-1课件

1、硕士研究生学位课程模式识别Pattern Recognition主讲教师：陶青川使用教材：孙即祥等编著，现代模式识别，长沙， 国防科技大学出版社，模式识别的基本定义 模式(pattern) - 存在于时间，空间中可观察 的事物，具有时间或空间分布的信息。 模式识别(Pattern Recognition) - 用计算机（机器系统）实现人对各种事物或现象的分析,描述,判断,识别。模式识别与图象识别，图象处理的关系模式识别是模拟人的某些功能 模拟人的视觉: 计算机+光学系统 模拟人的听觉: 计算机+声音传感器 模拟人的嗅觉和触觉: 计算机+传感器 基于统计方法的模式识别系统组成信息获取预处理特征提

2、取和选取分类器设计分类决策（1 ）、信息获取二维图象 如文字、指纹、地图、照片一维波形 如脑电图、心电图、机械震动波形物理参量和逻辑值通过测量、采样和量化，可以用矩阵或向量表示二维图象或一维波形（2）、预处理目的：去除噪声，加强有用信息，复原信息预处理：包括AD,二值化，图象的平滑，变换，增强，恢复，滤波等, 主要指图象处理。（3）、特征提取和选取特征提取和选择：对原始数据进行变换，得到最能反映分类本质的特征 测量空间：原始数据组成的空间 特征空间：分类识别赖以进行的空间 模式表示：维数较高的测量空间-维数较低的特征空间例如，一幅64x64的图象可以得到4096个数据，这种在测量空间的原始数据

3、通过变换获得在特征空间最能反映分类本质的特征。（4）、分类决策在特征空间中用统计方法把被识别对象归为某一类别基本做法：在样本训练集基础上确定某个判决规则，使得按这种规则对被识别对象进行分类时所造成的错误识别率最小或引起的损失最小当务之急模式识别与人工智能需要更多的数学知识。简单的写程序的工作，将逐渐变为软件工人的事情。信息科学面临来自数学家与物理学家的严重生存挑战补充数学也许是信息科学研究者的当务之急。尽管数学不是万能的，但是没有数学是万万不能的！作业：上机作业题考试：闭卷考试（70)+平时成绩（30）主要参考文献1边肇祺等，模式识别（第二版），北京，清华大学出版社，2000年1月.2杨光正等

4、，模式识别，合肥，中国科技大学出版社，2001年3 (美)Richard O.Duda Peter E.Hart Dovid G. Stork著 李宏东 姚天翔等译，模式分类（第二版）（attern Classification Second Edition）北京，机械工业出版、 中信出版社（中英两种版本） 2003.1973年 IEEE发起了第一次关于模式识别的国际会议“ICPR”，成立了国际模式识别协会-“IAPR”，每2年召开一次国际学术会议。1977年 IEEE的计算机学会成立了模式分析与机器智能（PAMI）委员会，每2年召开一次模式识别与图象处理学术会议。国内的组织有电子学会，通信学

5、会，自动化协会，中文信息学会.。CVPR: IEEE Conf on Comp Vision and Pattern Recognition (0.96)ICML: Intl Conf on Machine Learning (0.95)ICPR: Intl Conf on Pattern Recognition (0.76)关于模式识别的学术组织和重要会议课程主要内容一、引论 模式识别的基本概念；模式识别系统；模式识别理论与技术；模式识别的发展和应用；二、统计模式识别1聚类分析： 聚类分析的概念；模式相似性测度及聚类准则函数；谱系聚类算法；动态聚类算法；最小张树分类法；聚类有效性评价。2线性

6、判别函数 线性判别函数；Fisher线性判别；感知准则函数和梯度下降法；最小均方误差准则函数及算法；广义线性判别函数；二次判别函数；非线性分类器及分类方法。3统计决策 最小错误率的Bayes决策；最小风险的Bayes决策；正态分布时的统计决策；最小最大损失决策；N-P（Neyman-Pearson）决策；Fisher准则判别 4概率密度函数的估计 统计推断概述；参数估计；非参数估计；错误率测试；平均损失及最小误判概率的估计方法；经验风险设计；隐马尔可夫模型。5近邻法 最近邻法：K近邻法；剪辑近邻法；引入拒绝决策的近邻法；近邻法中最佳距离及其实际计算。一、智能科学人类的梦想 1. 1001夜的故

7、事：芝麻开门 2. 好莱坞大导演斯皮尔博格的大片：人工智能新版铁臂阿童木的故事 3. 1997年美国微软总裁比尔盖茨在清华大学演讲时播放的录相电脑识别人体语言 4. 2001年中国电子工业博览会（大连）：女机器人“温文雅”。 模式识别（Pattern Recognition）是20世纪60年代初迅速发展起来的、与高新技术研究开发密切相关的一门新兴学科。它所研究的理论与方法在很多科学和技术领域中得到了广泛应用，取得了一系列重大成果，为人类迈进智能时代奠定了基础。其研究方兴未艾，前景诱人！二、人工智能 1 .定义（人工智能）：使机器具有人类智能活动的学科推理、学习、规划、感知、识别、知识获取、知识

8、搜索、其它博奕定理证明模式识别专家系统机器人学人 工 智 能哲学与认知科学数学心理学计算机科学电子信息科学控制科学2. 分类 （1）专家系统：是使计算机具有某种专门知识或若干常识，并能综合运用这些知识，以便在某些特定领域内代替或帮助专家从事某项工作的知识系统。人机接口知识工程师和领域专家知 识 获 取 机 制推 理 机解 释 机 制用户知识库(动态库)(2)模式识别： 20世纪60年代开始，美国科学家G .Tauschek提出光学模板匹配：20世纪60年代：数学发展统计决策理论，计算机技术发展，模式识别；代表人物：(美)付京荪、黄煦涛20世纪80年代：中国模式识别开始（3）机器人：三、模式识别

9、技术 1. 模式：人类能用其感官直接或间接接收到的外界信息。可用本质属性（特征）或结构信息（基元）表示。 2. 模式识别：是研究人类识别机理和实现实别功能的科学。声信息模式信息光信息视觉能力图像识别与理解，景像分析与识别听觉能力语音识别与理解3. 模式识别技术过程 例1 指纹识别系统 指纹识别主要内容：指纹图象的获取指纹图象的增强指纹图象的特征提取指纹的特征比对指纹纹理特征螺形、拱形、箕形等指纹纹线方向特征指纹细节特征端点、分叉点、断点、桥点等指纹分类螺形、拱形、箕形等四川大学图像信息研究所指纹识别采集方式：墨水涂印法活体采集法1、光学。2、超声波。3、CMOS法4、热敏法。5、声波法。四川大

10、学图像信息研究所指纹识别系统：四川大学图像信息研究所RS232/485应用：重要场所人物监视检测，如银行、武器库、海关等进入/离开某个重要场所的人物、人数，如商场、车站、码头等身份认证，如门禁、公安侦破等主要方面：人脸检测人脸识别四川大学图像信息研究所例2 人脸人像识别 人脸人像识别人脸检测：16路界面四川大学图像信息研究所人脸人像识别人脸检测：实例四川大学图像信息研究所场景 人物进入场景 人脸检测 人脸检测定位1 人脸检测定位2 人脸检测定位3 人脸人像识别人脸识别：四川大学天思智能系统研究所主要流程 人脸人像识别人脸识别：四川大学天思智能系统研究所特征检测 灰度分布特征特征模板人脸人像识人

11、脸识别应用：四川大学通缉犯自动查询系统四川大学天思智能系统研究所例3 字符识别 例4 身份识别 例5 目标识别 模式识别系统组成框图实现：待识别模式数据采集预处理特征基元提取与选择决策识别输出结果设计：训练模式数据采集预处理特征基元提取与选择分类器设计4. 模式识别理论 （1）统计模式识别技术 定义：以统计决策理论为基础，通过对表征模式本质属性的特征提取，把模式表为n维特征向量，再通过变换降低特征维数，从而将模式表为特征空间的一个点，运用统计决策理论的各种方法，给出一个特征空间的划分，使每个区域对应一类模式，从而达到识别目的。这种方法也叫几何模式识别。（2）句法模式识别技术定义：将模式的结构信

12、息分解为基元及其关系（符号串、树或关系图），导出各类形式语言的模式文法，然后应用形式语言学理论对模式进行分类识别。这种方式又叫结构模式识别。（3）模糊模式识别技术 定义：以模糊数学为基础，把人类大脑的感觉、分析、推理、分类识别和理解的能力，用计算机来模拟实现。（4）智能模式识别技术定义：引入人工智能的理论与技术（主要是学习、知识表示、推理等技术），对模式进行分类识别与理解的方法叫智能模式识别。通常有两种方法：基于逻辑推理的智能模式识别基于人工神经网络的智能模式识别5. 模式识别技术应用 （1）人的身份识别 1990年日本人像识别机，1秒内从3500人中找出你要找的人 1997年 中国武汉市应用指纹识别系统成功破案 美国日本已建立上千万人指纹档案，世界上最快指 纹识别系统可在0.1秒查证一个人的资料。 人脸识别 声纹识别 步态识别（2）文字识别 模块字典库：印刷体文字，电脑可一目十行 手写体字识别：（3）图像与景物识别（4）语音识别 1997年IBM公司在中国开发了汉语语音识别系统，1998年又开发了上海话、四川话、广东话等地方口语的语音识别系统，具有65000词汇和纠错功能，平均识别率95% 清华大学语音识别系统，可识别普通话、四川话、识别率98.73% 电话语音识别，通过自动语音交互应答，自动识别用户的付费方式，美