人臉識(shí)別技術(shù)解讀

人臉識(shí)別，特指運(yùn)用分析比較的計(jì)算機(jī)技術(shù)。人臉識(shí)別是一項(xiàng)熱門的計(jì)算機(jī)技術(shù)研究領(lǐng)域，人臉追蹤偵測(cè)，自動(dòng)調(diào)節(jié)影像放大，夜間紅外偵測(cè)，自動(dòng)調(diào)節(jié)曝光強(qiáng)度；它屬于生物特性識(shí)別技術(shù)，是對(duì)生物體（普通特指人）本身的生物特性來(lái)分辨生物體個(gè)體。中文名人臉識(shí)別技術(shù)實(shí)質(zhì)輸入的人臉圖象或者視頻流研究領(lǐng)域熱門的計(jì)算機(jī)技術(shù)研究領(lǐng)域技術(shù)生物特性識(shí)別技術(shù)目錄1基本介紹2技術(shù)原理?人臉識(shí)別內(nèi)容?人臉的識(shí)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(shí)別比對(duì)?人臉的建模與檢索?真人鑒別功效?圖像質(zhì)量檢測(cè)5基本辦法6技術(shù)細(xì)節(jié)7優(yōu)缺點(diǎn)?人臉識(shí)別優(yōu)點(diǎn)?人臉識(shí)別的弱點(diǎn)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(shí)別技術(shù)是基于人的臉部特性，對(duì)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(jìn)一步的給出每個(gè)臉的位置、大小和各個(gè)重要面部器官的位置信息。并根據(jù)這些信息，進(jìn)一步提取每個(gè)人臉中所蘊(yùn)涵的身份特性，并將其與已知的人臉進(jìn)行對(duì)比，從而識(shí)別每個(gè)人臉的身份。廣義的人臉識(shí)別實(shí)際涉及構(gòu)建人臉識(shí)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(shí)別預(yù)解決、身份確認(rèn)以及身份查找等；而狹義的人臉識(shí)別特指通過人臉進(jìn)行身份確認(rèn)或者身份查找的技術(shù)或系統(tǒng)。生物特性識(shí)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(yǔ)音）、體形、個(gè)人習(xí)慣（例如敲擊鍵盤的力度和頻率、簽字）等，對(duì)應(yīng)的識(shí)別技術(shù)就有人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、掌紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、視網(wǎng)膜識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別（用語(yǔ)音識(shí)別能夠進(jìn)行身份識(shí)別，也能夠進(jìn)行語(yǔ)音內(nèi)容的識(shí)別，只有前者屬于生物特性識(shí)別技術(shù)）、體形識(shí)別、鍵盤敲擊識(shí)別、簽字識(shí)別等。2技術(shù)原理\o"編輯本段"編輯人臉識(shí)別內(nèi)容人臉識(shí)別技術(shù)包含三個(gè)部分：(1)人臉檢測(cè)面貌檢測(cè)是指在動(dòng)態(tài)的場(chǎng)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(gè)辦法：①參考模板法首先設(shè)計(jì)一種或數(shù)個(gè)原則人臉的模板，然后計(jì)算測(cè)試采集的樣品與原則模板之間的匹配程度，并通過閾值來(lái)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(duì)應(yīng)的規(guī)則以判斷測(cè)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(shí)別中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辦法，即通過對(duì)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(duì)集中的規(guī)律來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。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(cè)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(shí)際檢測(cè)系統(tǒng)中也可綜合采用。(2)人臉跟蹤面貌跟蹤是指對(duì)被檢測(cè)到的面貌進(jìn)行動(dòng)態(tài)目的跟蹤。具體采用基于模型的辦法或基于運(yùn)動(dòng)與模型相結(jié)合的辦法。另外，運(yùn)用膚色模型跟蹤也不失為一種簡(jiǎn)樸而有效的手段。(3)人臉比對(duì)面貌比對(duì)是對(duì)被檢測(cè)到的面貌像進(jìn)行身份確認(rèn)或在面像庫(kù)中進(jìn)行目的搜索。這事實(shí)上就是說，將采樣到的面像與庫(kù)存的面像依次進(jìn)行比對(duì)，并找出最佳的匹配對(duì)象。因此，面像的描述決定了面像識(shí)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(jì)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(kù)中存貯若干原則面像模板或面像器官模板，在進(jìn)行比對(duì)時(shí)，將采樣面像全部象素與庫(kù)中全部模板采用歸一化有關(guān)量度量進(jìn)行匹配。另外，尚有采用模式識(shí)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(shí)別技術(shù)的核心實(shí)際為“局部人體特性分析”和“圖形/神經(jīng)識(shí)別算法?！边@種算法是運(yùn)用人體面部各器官及特性部位的辦法。如對(duì)應(yīng)幾何關(guān)系多數(shù)據(jù)形成識(shí)別參數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中全部的原始參數(shù)進(jìn)行比較、判斷與確認(rèn)。普通規(guī)定判斷時(shí)間低于1秒。人臉的識(shí)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(jī)采集單位人員的人臉的面像文獻(xiàn)或取他們的照片形成面像文獻(xiàn)，并將這些面像文獻(xiàn)生成面紋(Faceprint)編碼貯存起來(lái)。(2)獲取現(xiàn)在的人體面像。即用攝像機(jī)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(xiàn)生成面紋編碼。(3)用現(xiàn)在的面紋編碼與檔案庫(kù)存的比對(duì)。即將現(xiàn)在的面像的面紋編碼與檔案庫(kù)存中的面紋編碼進(jìn)行檢索比對(duì)。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(lái)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(qiáng)大的可靠性，從而使它能夠從百萬(wàn)人中精確地識(shí)別出某個(gè)人。人臉的識(shí)別過程，運(yùn)用普通的圖像解決設(shè)備就能自動(dòng)、持續(xù)、實(shí)時(shí)地完畢。3分析算法\o"編輯本段"編輯人臉識(shí)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(jì)算機(jī)圖人臉識(shí)別像解決技術(shù)與生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理于一體，運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖像解決技術(shù)從視頻中提取人像特性點(diǎn)，運(yùn)用生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理進(jìn)行分析建立數(shù)學(xué)模型,即人臉特性模板。運(yùn)用已建成的人臉特性模板與被測(cè)者的人的面像進(jìn)行特性分析，根據(jù)分析的成果來(lái)給出一種相似值。通過這個(gè)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(cè)出人像并將人像從背景中分離出來(lái)，并自動(dòng)地將其保存。人像跟蹤是指運(yùn)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(dòng)時(shí)自動(dòng)地對(duì)其進(jìn)行跟蹤。人臉識(shí)別比對(duì)人臉識(shí)別分核算式和搜索式二種比對(duì)模式。核算式是對(duì)指將捕獲得到的人像或是指定的人像與數(shù)據(jù)庫(kù)中已登記的某一對(duì)像作比對(duì)核算擬定其與否為同一人。搜索式的比對(duì)是指，從數(shù)據(jù)庫(kù)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?kù)的人像數(shù)據(jù)進(jìn)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(xiàn)）保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。在進(jìn)行人臉?biāo)阉鲿r(shí)（搜索式），將指定的人像進(jìn)行建模，再將其與數(shù)據(jù)庫(kù)中的全部人的模板相比對(duì)識(shí)別，最后將根據(jù)所比對(duì)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(shí)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(xiàng)技術(shù)需要使用者作臉部表情的配合動(dòng)作。圖像質(zhì)量檢測(cè)圖像質(zhì)量的好壞直接影響到識(shí)別的效果，圖像質(zhì)量的檢測(cè)功效能對(duì)即將進(jìn)行比對(duì)的照片進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)定，并給出對(duì)應(yīng)的建議值來(lái)輔助識(shí)別。5基本辦法\o"編輯本段"編輯人臉識(shí)別的辦法諸多，重要的人臉識(shí)別辦法有：（1）幾何特性的人臉識(shí)別辦法：幾何特性能夠是眼、慧眼人臉識(shí)別考勤機(jī)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(shí)別速度快，需要的內(nèi)存小，但識(shí)別率較低。（2）基于特性臉（PCA）的人臉識(shí)別辦法：特性臉辦法是基于KL變換的人臉識(shí)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(shí)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(jì)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(shí)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(jìn)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(shí)別辦法：彈性圖匹配法在二維的空間中定義了一種對(duì)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?fù)鋱D來(lái)代表人臉，拓?fù)鋱D的任一頂點(diǎn)均包含一特性向量，用來(lái)統(tǒng)計(jì)人臉在該頂點(diǎn)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(duì)時(shí)能夠允許圖像存在彈性形變，在克服表情變化對(duì)識(shí)別的影響方面收到了較好的效果，同時(shí)對(duì)于單個(gè)人也不再需要多個(gè)樣本進(jìn)行訓(xùn)練。（5）線段Hausdorff距離(LHD)的人臉識(shí)別辦法：心理學(xué)的研究表明，人類在識(shí)別輪廓圖（例如漫畫）的速度和精確度上絲毫不比識(shí)別灰度圖差。LHD是基于從人臉灰度圖像中提取出來(lái)的線段圖的，它定義的是兩個(gè)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(duì)應(yīng)關(guān)系，因此它更能適應(yīng)線段圖之間的微小變化。實(shí)驗(yàn)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(shí)別效果不好?；垩廴四樧R(shí)別考勤機(jī)（6）支持向量機(jī)(SVM)的人臉識(shí)別辦法：支持向量機(jī)是統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別領(lǐng)域的一種新的熱點(diǎn)，它試圖使得學(xué)習(xí)機(jī)在經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和泛化能力上達(dá)成一種妥協(xié)，從而提高學(xué)習(xí)機(jī)的性能。支持向量機(jī)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(shí)驗(yàn)成果表明SVM有較好的識(shí)別率，但是它需要大量的訓(xùn)練樣本（每類300個(gè)），這在實(shí)際應(yīng)用中往往是不現(xiàn)實(shí)的。并且支持向量機(jī)訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)，辦法實(shí)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(xì)節(jié)\o"編輯本段"編輯普通來(lái)說，人臉識(shí)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(shí)別（身份確認(rèn)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(kù)中的若干已知身份的人臉圖象或者對(duì)應(yīng)的編碼，而其輸出則是一系列相似度得分，表明待識(shí)別的人臉的身份。人臉識(shí)別的算法能夠分類為：基于人臉特性點(diǎn)的識(shí)別算法（Feature-basedrecognitionalgorithms）。基于整幅人臉圖像的識(shí)別算法（Appearance-basedrecognitionalgorithms）。基于模板的識(shí)別算法（Template-basedrecognitionalgorithms）。運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識(shí)別的算法（Recognitionalgorithmsusingneuralnetwork）。7優(yōu)缺點(diǎn)\o"編輯本段"編輯人臉識(shí)別優(yōu)點(diǎn)相比較其它生物識(shí)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(qiáng)制性，被識(shí)別的人臉圖像信息能夠主動(dòng)獲取；并發(fā)性，即實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下能夠進(jìn)行多個(gè)人臉的分揀、判斷及識(shí)別。人臉識(shí)別的弱點(diǎn)對(duì)周邊的光線環(huán)境敏感，可能影響識(shí)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(jìn)行人工智能賠償；（如可通過識(shí)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(shí)別門禁考勤系統(tǒng)，人臉識(shí)別防盜門等。2．電子護(hù)照及身份證。這或許是將來(lái)規(guī)模最大的應(yīng)用。在國(guó)際民航組織（ICAO）已擬定，從4月1日起，其118個(gè)組員國(guó)家和地區(qū)，人臉識(shí)別技術(shù)是首推識(shí)別模式，該規(guī)定已經(jīng)成為國(guó)際原則。美國(guó)已經(jīng)規(guī)定和它有出入免簽證合同的國(guó)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(hù)照系統(tǒng)，到底已有50多個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)了這樣的系統(tǒng)。美國(guó)運(yùn)輸安全署（TransportationSecurityAdministration）計(jì)劃在全美推廣一項(xiàng)基于生物特性的國(guó)內(nèi)通旅行證件。歐洲諸多國(guó)家也在計(jì)劃或者正在實(shí)施類似的計(jì)劃，用包含生物特性的證件對(duì)旅客進(jìn)行識(shí)別和管理[7]。中國(guó)的電子護(hù)照計(jì)劃公安部一所正在加緊規(guī)劃和實(shí)施。3．公安、司法和刑偵。如運(yùn)用人臉識(shí)別系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，在全國(guó)范疇內(nèi)搜捕逃犯。4．自助服務(wù)。如銀行的自動(dòng)提款機(jī)，如果同時(shí)應(yīng)用人臉識(shí)別就會(huì)避免被別人盜取現(xiàn)金現(xiàn)象的發(fā)生。5．信息安全。如計(jì)算機(jī)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(lái)實(shí)現(xiàn)。如果密碼被盜，就無(wú)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(shí)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(shí)別技術(shù)被廣泛用于政府、軍隊(duì)、銀行、社會(huì)福利保障、電子商務(wù)、安全防務(wù)等領(lǐng)域。例如，一位儲(chǔ)戶走進(jìn)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(jī)上提款時(shí)，一臺(tái)攝像機(jī)對(duì)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(guó)德克薩斯州聯(lián)合銀行的一種營(yíng)業(yè)部中發(fā)生的一種真實(shí)的鏡頭。而該營(yíng)業(yè)部所使用的正是當(dāng)代生物識(shí)別技術(shù)中的“虹膜識(shí)別系統(tǒng)”。另外，美國(guó)“9.11”事件后，反恐怖活動(dòng)已成為各國(guó)政府的共識(shí)，加強(qiáng)機(jī)場(chǎng)的安全防務(wù)十分重要。美國(guó)維薩格公司的臉像識(shí)別技術(shù)在美國(guó)的兩家機(jī)場(chǎng)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(jìn)一步成熟和社會(huì)認(rèn)同度的提高，人臉識(shí)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(shí)別門禁考勤系統(tǒng)，人臉識(shí)別防盜門等。2、電子護(hù)照及身份證。這或許是將來(lái)規(guī)模最大的應(yīng)用，國(guó)際民航組織(ICAO)已擬定，從起，其118個(gè)組員國(guó)家和地區(qū)，必須使用機(jī)讀護(hù)照，人臉識(shí)別技術(shù)是首推識(shí)別模式，該規(guī)定已經(jīng)成為國(guó)際原則。中國(guó)的電子護(hù)照計(jì)劃公安部一所正在加緊規(guī)劃和實(shí)施。3、公安、司法和刑偵。如運(yùn)用人臉識(shí)別系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，在全國(guó)范疇內(nèi)搜捕逃犯。4、自助服務(wù)。如銀行的自動(dòng)提款機(jī)，如果顧客卡片和密碼被盜，就會(huì)被別人冒取現(xiàn)金。如果同時(shí)應(yīng)用人臉識(shí)別就會(huì)避免這種狀況的發(fā)生。5、信息安全。如計(jì)算機(jī)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(lái)實(shí)現(xiàn)，如果密碼被盜，就無(wú)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(shí)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(wú)錫采用物聯(lián)網(wǎng)人臉識(shí)別技術(shù)規(guī)范建筑市場(chǎng)。無(wú)錫的建筑工地將從6月1日起每天通過物聯(lián)網(wǎng)