基于yolov2深度学习网络的人脸检测matlab仿真,图像来自UMass数据集

1.算法运行效果图预览

2.算法运行软件版本

matlab2022a

3.算法理论概述

        YOLOv2是由Joseph Redmon等人在2016年提出的实时目标检测算法，其核心理念是在单个神经网络中一次性完成对整幅图像的预测。对于人脸检测任务，YOLOv2通过端到端的学习，能够在整个图像上直接预测出人脸的位置和大小。

3.1 网络架构与特征提取

       YOLOv2基于Darknet-19卷积神经网络进行特征提取，该网络包含19层卷积操作，用于从输入图像中提取丰富的特征信息。每个卷积层后可能跟随批量归一化层（Batch Normalization）、Leaky ReLU激活函数等组件以提升网络性能。

3.2 输出表示

        YOLOv2将图像划分为S×S 的网格（例如7×77×7）。对于每个网格单元，网络预测多个边界框（BoundingBox, BBox），每个BBox由以下五部分组成：

其中，

x,y 是相对于网格单元左上角的预测框中心的偏移量。

ℎw,h 是预测框的宽度和高度（相对于整幅图像的比例）。

c 是置信度得分，表示预测框内包含人脸的概率以及预测框与真实框的IOU（Intersection over Union）。

此外，对于每一个预测框，还会预测一个额外的变量集合，代表人脸类别的条件概率：

即在给定框内存在目标的情况下，是人脸的概率。

3.3损失函数设计

YOLOv2使用多任务损失函数，包括定位误差、置信度误差和分类误差三部分：

定位误差：采用平方误差来计算预测框位置与实际框位置之间的差距。

3.4预测阶段

        在推理阶段，首先根据阈值筛选掉置信度较低的预测框，并对剩余框进行非极大抑制（Non-Maximum Suppression, NMS）处理，去除冗余预测，最终得到图像中的人脸检测结果。

4.部分核心程序

load yolov2.mat% 加载训练好的目标检测器
img_size= [224,224];
imgPath = 'test/';        % 图像库路径
imgDir  = dir([imgPath '*.jpg']); % 遍历所有jpg格式文件
cnt     = 0;
for i = 1:8          % 遍历结构体就可以一一处理图片了
    i
    if mod(i,1)==0
       figure
    end
    cnt     = cnt+1;
    subplot(1,1,cnt); 
    img = imread([imgPath imgDir(i).name]); %读取每张图片 
    I               = imresize(img,img_size(1:2));
    [bboxes,scores] = detect(detector,I,'Threshold',0.15);
    if ~isempty(bboxes) % 如果检测到目标
        I = insertObjectAnnotation(I,'rectangle',bboxes,scores,LineWidth=2);% 在图像上绘制检测结果
    end
 
    subplot(1,1,cnt); 
    imshow(I, []);  % 显示带有检测结果的图像
 
    pause(0.01);% 等待一小段时间，使图像显示更流畅
    if cnt==1
       cnt=0;
    end
end