人脸检测----Adaboost学习方法

　　有了haar特征，有了提升性能的积分图，是不是已经可以很好的解决人脸检测问题了？答案是：no. 因为，计算每一个特征值的时候速度都大幅提升了，但是，一个小小的24*24是人脸图像根据不同的位置，

以及不同的缩放，可以产生超过160,000个特征！这个数量太庞大了，所以肯定要舍弃大量的特征。那么，如何保证使用少量的特征，而又能得到精确的结果呢？

　　大神永远有解决方法，viola等人使用adaboost来进行分类。声明一下，adaboost并不是viola等人提出的，而是Freund和Schapire提出。但是viola的伟大正是因为他将这个模型首次用到了人脸识别中，这使得

人脸识别在嵌入式系统应用成为一个可能的事情。

　　什么是adaboost呢？

　　AdaBoost，是英文"Adaptive Boosting"（自适应增强）的缩写，是一种机器学习方法，由Yoav Freund和Robert Schapire提出。^[1]AdaBoost方法的自适应在于：前一个分类器分错的样本会被用来训练下一个分类器。

AdaBoost方法对于噪声数据和异常数据很敏感。但在一些问题中，AdaBoost方法相对于大多数其它学习算法而言，不会很容易出现过拟合现象。AdaBoost方法中使用的分类器可能很弱（比如出现很大错误率），但只

要它的分类效果比随机好一点（比如两类问题分类错误率略小于0.5），就能够改善最终得到的模型。而错误率高于随机分类器的弱分类器也是有用的，因为在最终得到的多个分类器的线性组合中，可以给它们赋予负

系数，同样也能提升分类效果。

　　AdaBoost方法是一种迭代算法，在每一轮中加入一个新的弱分类器，直到达到某个预定的足够小的错误率。每一个训练样本都被赋予一个权重，表明它被某个分类器选入训练集的概率。如果某个样本点已经被准确

地分类，那么在构造下一个训练集中，它被选中的概率就被降低；相反，如果某个样本点没有被准确地分类，那么它的权重就得到提高。通过这样的方式，AdaBoost方法能“聚焦于”那些较难分（更富信息）的样本上。

在具体实现上，最初令每个样本的权重都相等，对于第k次迭代操作，我们就根据这些权重来选取样本点，进而训练分类器C_k。然后就根据这个分类器，来提高被它分错的的样本的权重，并降低被正确分类的样本权重。

然后，权重更新过的样本集被用于训练下一个分类器C_k^[2]。整个训练过程如此迭代地进行下去。

　　人脸检测使用adaboost的流程是什么呢？

　　首先是要把级联的概念搞清楚。所有伟大的东西，其思想都是很简单的。

        级联结构：

　　将多个强分类器连接在一起进行操作。每一个强分类器都由若干个弱分类器加权组成。例如，一个级联用的强分类器包含20个左右的弱分类器，然后在将10个强分类器级联起来，就构成了一个级联强分类器，

这个级联强分类器中总共包括200个（20*10）分类器。因为每一个强分类器对负样本的判别准确度非常高，所以一旦发现检测到的目标位负样本，就不在继续调用下面的强分类器，减少了很多的检测时间。因为一幅

图像中待检测的区域很多都是负样本，这样由级联分类器在分类器的初期就抛弃了很多负样本的复杂检测，所以级联分类器的速度是非常快的；只有正样本才会送到下一个强分类器进行再次检验，这样就保证了最后

输出的正样本的伪正(false positive)的可能性非常低。

　　最优弱分类器：

寻找合适的阈值，使该分类器对所有样本的判断误差最小。对于每个特征f，计算所有训练样本的特征值并排序：

遍历排序后的特征值，对于序列中的每个元素，计算以下值：

 

     1.全部人脸样本的权重和t1

 

     2.全部非人脸样本的权重和t0

 

     3.在此元素之前的人脸样本的权重和s1

 

     4.在此元素之前的非人脸样本的权重和s0

 

     5.此元素的分类误差：r=min{[s1+(t0-s0)],[s0+(t1-s1)]}

 找出r值最小的元素作为最优阈值，最优分类器就产生了。

　　强分类器：

For T轮迭代：

 

     1.重新统一权重

 

     2.训练出本轮的最优弱分类器(详见上一P)

 

     3.根据本轮迭代中的分类结果重新分配样本权重(增加错误分配样本的权重)

     这样，T轮之后将产生T个最优弱分类器

组合T个最优弱分类器得到强分类器：

　　相当于让所有弱分类器投票，再对投票结果按照弱分类器的错误率加权求和，将投票加权求和的结果与平均投票结果比较得出最终的结果。

 

　　级联分类器的训练过程：

 

　参考文档：

1 https://wizardforcel.gitbooks.io/dm-algo-top10/content/adaboost.html 

2 https://zh.wikipedia.org/wiki/AdaBoost  

3 https://blog.csdn.net/cyh_24/article/details/39755661