人臉識別技術(shù)解讀

人臉識別，特指運用分析比較的計算機技術(shù)。人臉識別是一項熱門的計算機技術(shù)研究領(lǐng)域，人臉追蹤偵測，自動調(diào)節(jié)影像放大，夜間紅外偵測，自動調(diào)節(jié)曝光強度；它屬于生物特性識別技術(shù)，是對生物體（普通特指人）本身的生物特性來分辨生物體個體。中文名人臉識別技術(shù)實質(zhì)輸入的人臉圖象或者視頻流研究領(lǐng)域熱門的計算機技術(shù)研究領(lǐng)域技術(shù)生物特性識別技術(shù)目錄1基本介紹2技術(shù)原理?人臉識別內(nèi)容?人臉的識別過程3分析算法4功效模塊?人臉捕獲與跟蹤功效?人臉識別比對?人臉的建模與檢索?真人鑒別功效?圖像質(zhì)量檢測5基本辦法6技術(shù)細節(jié)7優(yōu)缺點?人臉識別優(yōu)點?人臉識別的弱點8技術(shù)應(yīng)用9應(yīng)用前景1基本介紹\o"編輯本段"編輯人臉識別技術(shù)是基于人的臉部特性，對輸入的人臉圖象或者視頻流.首先判斷其與否存在人臉,如果存在人臉，則進一步的給出每個臉的位置、大小和各個重要面部器官的位置信息。并根據(jù)這些信息，進一步提取每個人臉中所蘊涵的身份特性，并將其與已知的人臉進行對比，從而識別每個人臉的身份。廣義的人臉識別實際涉及構(gòu)建人臉識別系統(tǒng)的一系列有關(guān)技術(shù)，涉及人臉圖像采集、人臉定位、人臉識別預(yù)解決、身份確認以及身份查找等；而狹義的人臉識別特指通過人臉進行身份確認或者身份查找的技術(shù)或系統(tǒng)。生物特性識別技術(shù)所研究的生物特性涉及臉、指紋、手掌紋、虹膜、視網(wǎng)膜、聲音（語音）、體形、個人習(xí)慣（例如敲擊鍵盤的力度和頻率、簽字）等，對應(yīng)的識別技術(shù)就有人臉識別、指紋識別、掌紋識別、虹膜識別、視網(wǎng)膜識別、語音識別（用語音識別能夠進行身份識別，也能夠進行語音內(nèi)容的識別，只有前者屬于生物特性識別技術(shù)）、體形識別、鍵盤敲擊識別、簽字識別等。2技術(shù)原理\o"編輯本段"編輯人臉識別內(nèi)容人臉識別技術(shù)包含三個部分：(1)人臉檢測面貌檢測是指在動態(tài)的場景與復(fù)雜的背景中判斷與否存在面像，并分離出這種面像。普通有下列幾個辦法：①參考模板法首先設(shè)計一種或數(shù)個原則人臉的模板，然后計算測試采集的樣品與原則模板之間的匹配程度，并通過閾值來判斷與否存在人臉；②人臉規(guī)則法由于人臉含有一定的構(gòu)造分布特性，所謂人臉規(guī)則的辦法即提取這些特性生成對應(yīng)的規(guī)則以判斷測試樣品與否包含人臉；③樣品學(xué)習(xí)法這種辦法即采用模式識別中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辦法，即通過對面像樣品集和非面像樣品集的學(xué)習(xí)產(chǎn)生分類器；④膚色模型法這種辦法是根據(jù)面貌膚色在色彩空間中分布相對集中的規(guī)律來進行檢測。⑤特性子臉法這種辦法是將全部面像集合視為一種面像子空間，并基于檢測樣品與其在子空間的投影之間的距離判斷與否存在面像。值得提出的是，上述5種辦法在實際檢測系統(tǒng)中也可綜合采用。(2)人臉跟蹤面貌跟蹤是指對被檢測到的面貌進行動態(tài)目的跟蹤。具體采用基于模型的辦法或基于運動與模型相結(jié)合的辦法。另外，運用膚色模型跟蹤也不失為一種簡樸而有效的手段。(3)人臉比對面貌比對是對被檢測到的面貌像進行身份確認或在面像庫中進行目的搜索。這事實上就是說，將采樣到的面像與庫存的面像依次進行比對，并找出最佳的匹配對象。因此，面像的描述決定了面像識別的具體辦法與性能。重要采用特性向量與面紋模板兩種描述辦法：①特性向量法該辦法是先擬定眼虹膜、鼻翼、嘴角等面像五官輪廓的大小、位置、距離等屬性，然后再計算出它們的幾何特性量，而這些特性量形成一描述該面像的特性向量。②面紋模板法該辦法是在庫中存貯若干原則面像模板或面像器官模板，在進行比對時，將采樣面像全部象素與庫中全部模板采用歸一化有關(guān)量度量進行匹配。另外，尚有采用模式識別的自有關(guān)網(wǎng)絡(luò)或特性與模板相結(jié)合的辦法。人臉識別技術(shù)的核心實際為“局部人體特性分析”和“圖形/神經(jīng)識別算法?！边@種算法是運用人體面部各器官及特性部位的辦法。如對應(yīng)幾何關(guān)系多數(shù)據(jù)形成識別參數(shù)與數(shù)據(jù)庫中全部的原始參數(shù)進行比較、判斷與確認。普通規(guī)定判斷時間低于1秒。人臉的識別過程普通分三步：(1)首先建立人臉的面像檔案。即用攝像機采集單位人員的人臉的面像文獻或取他們的照片形成面像文獻，并將這些面像文獻生成面紋(Faceprint)編碼貯存起來。(2)獲取現(xiàn)在的人體面像。即用攝像機捕獲的現(xiàn)在出入人員的面像，或取照片輸入，并將現(xiàn)在的面像文獻生成面紋編碼。(3)用現(xiàn)在的面紋編碼與檔案庫存的比對。即將現(xiàn)在的面像的面紋編碼與檔案庫存中的面紋編碼進行檢索比對。上述的“面紋編碼”方式是根據(jù)人臉臉部的本質(zhì)特性和開頭來工作的。這種面紋編碼能夠抵抗光線、皮膚色調(diào)、面部毛發(fā)、發(fā)型、眼鏡、表情和姿態(tài)的變化，含有強大的可靠性，從而使它能夠從百萬人中精確地識別出某個人。人臉的識別過程，運用普通的圖像解決設(shè)備就能自動、持續(xù)、實時地完畢。3分析算法\o"編輯本段"編輯人臉識別技術(shù)中被廣泛采用的區(qū)域特性分析算法，它融合了計算機圖人臉識別像解決技術(shù)與生物統(tǒng)計學(xué)原理于一體，運用計算機圖像解決技術(shù)從視頻中提取人像特性點，運用生物統(tǒng)計學(xué)的原理進行分析建立數(shù)學(xué)模型,即人臉特性模板。運用已建成的人臉特性模板與被測者的人的面像進行特性分析，根據(jù)分析的成果來給出一種相似值。通過這個值即可擬定與否為同一人。4功效模塊\o"編輯本段"編輯人臉捕獲與跟蹤功效人臉捕獲是指在一幅圖像或視頻流的一幀中檢測出人像并將人像從背景中分離出來，并自動地將其保存。人像跟蹤是指運用人像捕獲技術(shù)，當(dāng)指定的人像在攝像頭拍攝的范疇內(nèi)移動時自動地對其進行跟蹤。人臉識別比對人臉識別分核算式和搜索式二種比對模式。核算式是對指將捕獲得到的人像或是指定的人像與數(shù)據(jù)庫中已登記的某一對像作比對核算擬定其與否為同一人。搜索式的比對是指，從數(shù)據(jù)庫中已登記的全部人像中搜索查找與否有指定的人像存在。人臉的建模與檢索能夠?qū)⒌怯浫霂斓娜讼駭?shù)據(jù)進行建模提取人臉的特性，并將其生成人臉模板（人臉特性文獻）保存到數(shù)據(jù)庫中。在進行人臉?biāo)阉鲿r（搜索式），將指定的人像進行建模，再將其與數(shù)據(jù)庫中的全部人的模板相比對識別，最后將根據(jù)所比對的相似值列出最相似的人員列表。真人鑒別功效系統(tǒng)能夠識別得出攝像頭前的人是一種真正的人還是一幅照片。以此杜絕使用者用照片作假。此項技術(shù)需要使用者作臉部表情的配合動作。圖像質(zhì)量檢測圖像質(zhì)量的好壞直接影響到識別的效果，圖像質(zhì)量的檢測功效能對即將進行比對的照片進行圖像質(zhì)量評定，并給出對應(yīng)的建議值來輔助識別。5基本辦法\o"編輯本段"編輯人臉識別的辦法諸多，重要的人臉識別辦法有：（1）幾何特性的人臉識別辦法：幾何特性能夠是眼、慧眼人臉識別考勤機鼻、嘴等的形狀和它們之間的幾何關(guān)系（如互相之間的距離）。這些算法識別速度快，需要的內(nèi)存小，但識別率較低。（2）基于特性臉（PCA）的人臉識別辦法：特性臉辦法是基于KL變換的人臉識別辦法，KL變換是圖像壓縮的一種最優(yōu)正交變換。高維的圖像空間通過KL變換后得到一組新的正交基，保存其中重要的正交基，由這些基能夠張成低維線性空間。如果假設(shè)人臉在這些低維線性空間的投影含有可分性，就能夠?qū)⑦@些投影用作識別的特性矢量，這就是特性臉辦法的基本思想。這些辦法需要較多的訓(xùn)練樣本，并且完全是基于圖像灰度的統(tǒng)計特性的?，F(xiàn)在有某些改善型的特性臉辦法。（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人臉識別辦法：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入能夠是減少分辨率的人臉圖像、局部區(qū)域的自有關(guān)函數(shù)、局部紋理的二階矩等。這類辦法同樣需要較多的樣本進行訓(xùn)練，而在許多應(yīng)用中，樣本數(shù)量是很有限的。（4）彈性圖匹配的人臉識別辦法：彈性圖匹配法在二維的空間中定義了一種對于普通的人臉變形含有一定的不變性的距離，并采用屬性拓撲圖來代表人臉，拓撲圖的任一頂點均包含一特性向量，用來統(tǒng)計人臉在該頂點位置附近的信息。該辦法結(jié)合了灰度特性和幾何因素，在比對時能夠允許圖像存在彈性形變，在克服表情變化對識別的影響方面收到了較好的效果，同時對于單個人也不再需要多個樣本進行訓(xùn)練。（5）線段Hausdorff距離(LHD)的人臉識別辦法：心理學(xué)的研究表明，人類在識別輪廓圖（例如漫畫）的速度和精確度上絲毫不比識別灰度圖差。LHD是基于從人臉灰度圖像中提取出來的線段圖的，它定義的是兩個線段集之間的距離，與眾不同的是，LHD并不建立不同線段集之間線段的一一對應(yīng)關(guān)系，因此它更能適應(yīng)線段圖之間的微小變化。實驗成果表明，LHD在不同光照條件下和不同姿態(tài)狀況下都有非常杰出的體現(xiàn)，但是它在大表情的狀況下識別效果不好。慧眼人臉識別考勤機（6）支持向量機(SVM)的人臉識別辦法：支持向量機是統(tǒng)計模式識別領(lǐng)域的一種新的熱點，它試圖使得學(xué)習(xí)機在經(jīng)驗風(fēng)險和泛化能力上達成一種妥協(xié)，從而提高學(xué)習(xí)機的性能。支持向量機重要解決的是一種2分類問題，它的基本思想是試圖把一種低維的線性不可分的問題轉(zhuǎn)化成一種高維的線性可分的問題。普通的實驗成果表明SVM有較好的識別率，但是它需要大量的訓(xùn)練樣本（每類300個），這在實際應(yīng)用中往往是不現(xiàn)實的。并且支持向量機訓(xùn)練時間長，辦法實現(xiàn)復(fù)雜，該函數(shù)的取法沒有統(tǒng)一的理論。6技術(shù)細節(jié)\o"編輯本段"編輯普通來說，人臉識別系統(tǒng)涉及圖像攝取、人臉定位、圖像預(yù)解決、以及人臉識別（身份確認或者身份查找）。系統(tǒng)輸入普通是一張或者一系列含有未擬定身份的人臉圖像，以及人臉數(shù)據(jù)庫中的若干已知身份的人臉圖象或者對應(yīng)的編碼，而其輸出則是一系列相似度得分，表明待識別的人臉的身份。人臉識別的算法能夠分類為：基于人臉特性點的識別算法（Feature-basedrecognitionalgorithms）?；谡四槇D像的識別算法（Appearance-basedrecognitionalgorithms）?；谀０宓淖R別算法（Template-basedrecognitionalgorithms）。運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行識別的算法（Recognitionalgorithmsusingneuralnetwork）。7優(yōu)缺點\o"編輯本段"編輯人臉識別優(yōu)點相比較其它生物識別技術(shù)而言：非接觸的，顧客不需要和設(shè)備直接接觸；非強制性，被識別的人臉圖像信息能夠主動獲取；并發(fā)性，即實際應(yīng)用場景下能夠進行多個人臉的分揀、判斷及識別。人臉識別的弱點對周邊的光線環(huán)境敏感，可能影響識別的精確性；人體面部的頭發(fā)、飾物等遮擋物，人臉變老等因素，需要進行人工智能賠償；（如可通過識別人臉的部分核心特性做修正）。8技術(shù)應(yīng)用\o"編輯本段"編輯1．公司、住宅安全和管理。如人臉識別門禁考勤系統(tǒng)，人臉識別防盜門等。2．電子護照及身份證。這或許是將來規(guī)模最大的應(yīng)用。在國際民航組織（ICAO）已擬定，從4月1日起，其118個組員國家和地區(qū)，人臉識別技術(shù)是首推識別模式，該規(guī)定已經(jīng)成為國際原則。美國已經(jīng)規(guī)定和它有出入免簽證合同的國家在10月26日之前必須使用結(jié)合了人臉指紋等生物特性的電子護照系統(tǒng)，到底已有50多個國家實現(xiàn)了這樣的系統(tǒng)。美國運輸安全署（TransportationSecurityAdministration）計劃在全美推廣一項基于生物特性的國內(nèi)通旅行證件。歐洲諸多國家也在計劃或者正在實施類似的計劃，用包含生物特性的證件對旅客進行識別和管理[7]。中國的電子護照計劃公安部一所正在加緊規(guī)劃和實施。3．公安、司法和刑偵。如運用人臉識別系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，在全國范疇內(nèi)搜捕逃犯。4．自助服務(wù)。如銀行的自動提款機，如果同時應(yīng)用人臉識別就會避免被別人盜取現(xiàn)金現(xiàn)象的發(fā)生。5．信息安全。如計算機登錄、電子政務(wù)和電子商務(wù)。在電子商務(wù)中交易全部在網(wǎng)上完畢，電子政務(wù)中的諸多審批流程也都搬到了網(wǎng)上。而現(xiàn)在，交易或者審批的授權(quán)都是靠密碼來實現(xiàn)。如果密碼被盜，就無法確保安全。如果使用生物特性，就能夠做到當(dāng)事人在網(wǎng)上的數(shù)字身份和真實身份統(tǒng)一。從而大大增加電子商務(wù)和電子政務(wù)系統(tǒng)的可靠性。9應(yīng)用前景\o"編輯本段"編輯生物識別技術(shù)被廣泛用于政府、軍隊、銀行、社會福利保障、電子商務(wù)、安全防務(wù)等領(lǐng)域。例如，一位儲戶走進了銀行，他既沒帶銀行卡，也沒有回想密碼就徑直提款，當(dāng)他在提款機上提款時，一臺攝像機對該顧客的眼睛掃描，然后快速而精確地完畢了顧客身份鑒定，辦理完業(yè)務(wù)。這是美國德克薩斯州聯(lián)合銀行的一種營業(yè)部中發(fā)生的一種真實的鏡頭。而該營業(yè)部所使用的正是當(dāng)代生物識別技術(shù)中的“虹膜識別系統(tǒng)”。另外，美國“9.11”事件后，反恐怖活動已成為各國政府的共識，加強機場的安全防務(wù)十分重要。美國維薩格公司的臉像識別技術(shù)在美國的兩家機場大顯神通，它能在擁擠的人群中挑出某一張面孔，判斷他是不是通緝犯。隨著技術(shù)的進一步成熟和社會認同度的提高，人臉識別技術(shù)將應(yīng)用在更多的領(lǐng)域。1、公司、住宅安全和管理。如人臉識別門禁考勤系統(tǒng)，人臉識別防盜門等。2、電子護照及身份證。這或許是將來規(guī)模最大的應(yīng)用，國際民航組織(ICAO)已擬定，從起，其118個組員國家和地區(qū)，必須使用機讀護照，人臉識別技術(shù)是首推識別模式，該規(guī)定已經(jīng)成為國際原則。中國的電子護照計劃公安部一所正在加緊規(guī)劃和實施。3、公安、司法和刑偵。如運用人臉識別系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，在全國范疇內(nèi)搜捕逃犯。4、自助服務(wù)。如銀行的自動提款機，如果顧客卡片和密碼被盜，就會被別人冒取現(xiàn)金。如果同時應(yīng)用人臉識別就會避免這種狀況的發(fā)生。5、信息安全。如計算機登錄、電子政務(wù)和電子商務(wù)。在電子商務(wù)中交易全部在網(wǎng)上完畢，電子政務(wù)中的諸多審批流程也都搬到了網(wǎng)上。而現(xiàn)在，交易或者審批的授權(quán)都是靠密碼來實現(xiàn)，如果密碼被盜，就無法確保安全。但是使用生物特性，就能夠做到當(dāng)事人在網(wǎng)上的數(shù)字身份和真實身份統(tǒng)一，從而大大增加電子商務(wù)和電子政務(wù)系統(tǒng)的可靠性。[1]無錫采用物聯(lián)網(wǎng)人臉識別技術(shù)規(guī)范建筑市場。無錫的建筑工地將從6月1日起每天通過物聯(lián)網(wǎng)