人臉識(shí)別技術(shù) ?通識(shí)
1 人臉識(shí)別概要
2 人臉識(shí)別工作原理
3 人臉識(shí)別技術(shù)分類
4 人臉識(shí)別技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)
5 人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用
一赠摇、人臉識(shí)別概要
? ? ? ?人臉識(shí)別(FaceRecognition，F(xiàn)R)是一種基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物識(shí)別技術(shù)典徘。用攝像機(jī)或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，并自動(dòng)在圖像中檢測(cè)和跟蹤人臉舟铜，進(jìn)而對(duì)檢測(cè)到的人臉進(jìn)行臉部識(shí)別的一系列相關(guān)技術(shù)月褥，通常也叫做人像識(shí)別、面部識(shí)別腮郊。
? ? ? ?人臉識(shí)別系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)60年代，80年代后隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展得到提高筹燕，而真正進(jìn)入初級(jí)的應(yīng)用階段則在90年后期轧飞；近幾年隨著以深度學(xué)習(xí)為主的人工智能技術(shù)進(jìn)步，人臉識(shí)別技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展撒踪」В“人臉識(shí)別系統(tǒng)”集成了人工智能、機(jī)器識(shí)別制妄、機(jī)器學(xué)習(xí)掸绞、模型理論、專家系統(tǒng)耕捞、視頻圖像處理等多種專業(yè)技術(shù)衔掸，是綜合性比較強(qiáng)的系統(tǒng)工程技術(shù)。
? ? ? ?利用人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行身份認(rèn)定俺抽，安全敞映、可靠、準(zhǔn)確凌埂。借助于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)驱显，很容易配合電腦诗芜、網(wǎng)絡(luò)和安全瞳抓、監(jiān)控、管理系統(tǒng)整合伏恐，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化孩哑、智能化管理。
二翠桦、人臉識(shí)別工作原理
? ? ? ?人臉識(shí)別系統(tǒng)通常包括幾個(gè)過程：人臉圖像采集及檢測(cè)横蜒、圖像預(yù)處理、特征關(guān)鍵點(diǎn)提取销凑、和特征比對(duì)丛晌。
1）圖像采集及檢測(cè)
? ? ? ? 人臉圖像采集：用戶在采集設(shè)備的拍攝范圍內(nèi)時(shí)，采集設(shè)備會(huì)自動(dòng)搜索并拍攝用戶的人臉圖像斗幼。
? ? ? ? 人臉檢測(cè)：主要用于人臉識(shí)別的預(yù)處理澎蛛，即在圖像中準(zhǔn)確標(biāo)定出人臉的位置和大小。人臉檢測(cè)過程中使用Adaboost算法挑選出一些最能代表人臉的矩形特征(弱分類器)蜕窿，按照加權(quán)投票的方式將弱分類器構(gòu)造為一個(gè)強(qiáng)分類器谋逻，再將訓(xùn)練得到的若干強(qiáng)分類器串聯(lián)組成一個(gè)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的層疊分類器呆馁，有效地提高分類器的檢測(cè)速度。
2）圖像預(yù)處理
? ? ? ?對(duì)于人臉的圖像預(yù)處理是基于人臉檢測(cè)結(jié)果毁兆，對(duì)圖像進(jìn)行處理并最終服務(wù)于特征提取的過程浙滤。系統(tǒng)獲取的原始圖像由于受到各種條件的限制和隨機(jī)干擾，往往不能直接使用气堕，必須在圖像處理的早期階段對(duì)它進(jìn)行灰度校正纺腊、噪聲過濾等圖像預(yù)處理。對(duì)于人臉圖像而言茎芭，其預(yù)處理過程主要包括人臉圖像的光線補(bǔ)償摹菠、灰度變換、直方圖均衡化骗爆、歸一化次氨、幾何校正、濾波以及銳化等摘投。
3）特征提取
? ? ? ?根據(jù)人臉器官的形狀描述以及他們之間的距離特性來獲得有助于人臉分類的特征數(shù)據(jù)（包括視覺特征煮寡、像素統(tǒng)計(jì)特征、人臉圖像變換系數(shù)特征犀呼、人臉圖像代數(shù)特征等）幸撕，其特征分量通常包括特征點(diǎn)間的歐氏距離、曲率和角度等外臂，對(duì)人臉進(jìn)行特征建模坐儿。
4）特征比對(duì)
? ? ? ?提取的人臉圖像的特征數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的特征模板進(jìn)行搜索匹配，通過設(shè)定一個(gè)閾值宋光，當(dāng)相似度超過這一閾值貌矿，則把匹配得到的結(jié)果輸出。人臉識(shí)別就是將待識(shí)別的人臉特征與已得到的人臉特征模板進(jìn)行比較罪佳，根據(jù)相似程度對(duì)人臉的身份信息進(jìn)行判斷逛漫。這一過程又分為兩類：一類是確認(rèn)，是一對(duì)一進(jìn)行圖像比較的過程赘艳，另一類是辨認(rèn)酌毡，是一對(duì)多進(jìn)行圖像匹配對(duì)比的過程。
? ? ? ?當(dāng)前人臉識(shí)別采集技術(shù)主要分三類：可見光識(shí)別技術(shù)枷踏、近紅外識(shí)別技術(shù)、3D成像識(shí)別技術(shù)掰曾。
? ? ? ?可見光人臉識(shí)別技術(shù)是一種生物識(shí)別加智能視頻分析技術(shù)旭蠕，通過視頻采集面部生物特征，在任何可見光和黑暗環(huán)境中與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)分析比對(duì)，精確識(shí)別合法和黑名單用戶下梢，解決了監(jiān)獄客蹋、軍隊(duì)、政府孽江、公安讶坯、電力等高端用戶室外可見光環(huán)境下精準(zhǔn)識(shí)別，完全打破世界原有落后的生物技術(shù)識(shí)別和被動(dòng)式監(jiān)控安防格局岗屏，創(chuàng)造主動(dòng)式高安全級(jí)別的完整意義的主動(dòng)防范辆琅。
? ? ? ?可見光識(shí)別技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于可以與現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合起來，能夠智能这刷、高效婉烟、精準(zhǔn)、主動(dòng)的對(duì)遠(yuǎn)距離大范圍的特定場(chǎng)所進(jìn)行人員管理暇屋，而且可以在不經(jīng)意間完成對(duì)目標(biāo)人群進(jìn)行圖像采集似袁，具有更強(qiáng)的隱蔽性。其劣勢(shì)在于在夜間等光線不好咐刨，或目標(biāo)人員有遮擋的情況下識(shí)別精度大大降低甚至無法完成識(shí)別功能昙衅。
? ? ? ?近紅外人臉識(shí)別是為了解決人臉識(shí)別中的光照問題，而提出的一種解決方案定鸟，其包括兩部分：主動(dòng)近紅外人臉成像設(shè)備而涉；和相應(yīng)的光照無關(guān)人臉識(shí)別算法。使用強(qiáng)度高于環(huán)境光線的主動(dòng)近紅外光源成像联予，配合相應(yīng)波段的光學(xué)濾片啼县，可以得到環(huán)境無關(guān)的人臉圖像，人臉圖像只會(huì)隨著人與攝像頭的距離變化而單調(diào)變化沸久。在此圖像上采用一些特定的特征提取方式季眷，如：局部二元模式（Local Binary Pattern，LBP）特征麦向，可以進(jìn)一步消除圖像的單調(diào)變化瘟裸，得到完全光照無關(guān)的特征表達(dá)客叉。
? ? ? ?近紅外識(shí)別技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于消除了光線對(duì)于識(shí)別效果的影響诵竭。劣勢(shì)也很明顯，1兼搏、為了降低環(huán)境光對(duì)識(shí)別效果的影響卵慰，紅外主動(dòng)光源的強(qiáng)度需要強(qiáng)于環(huán)境光強(qiáng)度，這也大大降低了識(shí)別距離2佛呻、主動(dòng)光源會(huì)在眼鏡上產(chǎn)生明顯的反光裳朋，降低眼睛定位的精度；3吓著、不能利用已有的大量可見光照片（如：二代證照片鲤嫡，逃犯照片庫等）送挑，用戶需要重新構(gòu)建近紅外照片庫，費(fèi)時(shí)費(fèi)力暖眼；4惕耕、主動(dòng)光源經(jīng)過長期使用后，會(huì)出現(xiàn)損壞和衰減诫肠，帶來更多的后期維護(hù)司澎。
3）3D成像識(shí)別技術(shù)
? ? ? ?3D成像識(shí)別技術(shù)是人臉識(shí)別重要發(fā)展發(fā)現(xiàn)。目前大部分的人臉識(shí)別應(yīng)用的范疇限定在2D圖像上栋豫。人臉實(shí)質(zhì)上是一個(gè)立體模型挤安，而2D人臉識(shí)別容易受到姿態(tài)、光照丧鸯、表情等因素影響蛤铜，是因?yàn)?D圖像本身有一個(gè)缺陷，無法很好地表示深度信息丛肢。如果說深度學(xué)習(xí)是從人的認(rèn)知角度來理解人臉識(shí)別昂羡，那么3D技術(shù)就是從現(xiàn)實(shí)模型來反映人臉識(shí)別。
? ? ? ?目前關(guān)于3D人臉識(shí)別方向的算法研究并沒有2D人臉識(shí)別技術(shù)那么豐富和深入摔踱，許多因素限制了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展虐先。首先，3D人臉識(shí)別往往需要特定的采集設(shè)備派敷，如3D攝像機(jī)或雙目攝像機(jī)蛹批。目前這類采集設(shè)備價(jià)格還比較昂貴，主要用于特定場(chǎng)景篮愉。其次腐芍，3D建模過程需要的計(jì)算量較大，對(duì)硬件要求較高试躏，也限制了目前的應(yīng)用猪勇。第三，3D人臉識(shí)別數(shù)據(jù)庫比較稀少颠蕴，研究者缺少訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本泣刹，無法開展更深入的理論研究。
? ? ? ?目前常見的3D成像模組有：3D結(jié)構(gòu)光識(shí)別模組犀被、3D時(shí)間光（TOF）識(shí)別模組和雙目立體成像識(shí)別模組椅您。
? ? ? ?3D攝像頭相比傳統(tǒng)攝像頭，在硬件上最大的不同是前端引入了vcsel模組寡键。3D攝像頭特點(diǎn)在于除了能夠獲取平面圖像以外掀泳，還可以獲得拍攝對(duì)象的深度信息，即三維的位置及尺寸信息，其通常由多個(gè)攝像頭+深度傳感器組成员舵。
? ? ? ?結(jié)構(gòu)光方案適合于消費(fèi)電子產(chǎn)品前置3D成像脑沿，用于近距離場(chǎng)景。而ToF方案使用于消費(fèi)電子產(chǎn)品的后置3D成像马僻，用于遠(yuǎn)具體捅伤、室外強(qiáng)干擾環(huán)境。雙目立體視覺方案因檢測(cè)范圍太形撞！（不足1米）丛忆，遠(yuǎn)距離檢測(cè)問題很多诱渤，導(dǎo)致應(yīng)用場(chǎng)景太少芬首。
四、人臉識(shí)別技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)
a）使用方便鳄虱，用戶接受度高
? ? ? ?人臉識(shí)別技術(shù)使用通用的攝像機(jī)作為識(shí)別信息獲取裝置诗力，以非接觸的方式在識(shí)別對(duì)象未察覺的情況下完成識(shí)別過程凰浮。
b）直觀性突出
? ? ? ?人臉識(shí)別技術(shù)所使用的依據(jù)是人的面部圖像，而人臉無疑是肉眼能夠判別的最直觀的信息源苇本，方便人工確認(rèn)袜茧、審計(jì)，“以貌取人”符合人的認(rèn)知規(guī)律瓣窄。
c）識(shí)別精確度高笛厦，速度快
? ? ? ? 與其它生物識(shí)別技術(shù)相比，人臉識(shí)別技術(shù)的識(shí)別精度處于較高的水平俺夕，誤識(shí)率裳凸、拒認(rèn)率低。
d）通用性設(shè)備
? ? ? ? 人臉識(shí)別技術(shù)所使用的設(shè)備為一般的PC劝贸、攝像機(jī)等常規(guī)設(shè)備姨谷，由于計(jì)算機(jī)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)等已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用映九，因此對(duì) 于多數(shù)用戶而言使用人臉識(shí)別技術(shù)無需添置大量專用設(shè)備梦湘，從而既保護(hù)了用戶的原有投資又?jǐn)U展了用戶已有設(shè)備的功能，滿足了用戶安全防范的需求件甥。
c）基礎(chǔ)資料易于獲得
? ? ? ? 人臉識(shí)別技術(shù)所采用的依據(jù)是人臉照片或?qū)崟r(shí)攝取的人臉圖像捌议，因而無疑是最容易獲得的。
a）相似性
? ? ? ? 不同個(gè)體之間的區(qū)別不大嚼蚀，所有的面部的結(jié)構(gòu)都相似禁灼，甚至面部器官的結(jié)構(gòu)外形都很相似。這樣的特點(diǎn)對(duì)于利用面部進(jìn)行定位是有利的轿曙，但是對(duì)于利用面部區(qū)分人類個(gè)體是不利的。
b）易變性
? ? ? ?面部的外形很不穩(wěn)定，人可以通過臉部的變化產(chǎn)生很多表情导帝，而在不同觀察角度守谓，面部的視覺圖像也相差很大，另外您单，面部識(shí)別還受光照條件（例如白天和夜晚斋荞，室內(nèi)和室外等）、面部的很多遮蓋物（例如口罩虐秦、墨鏡平酿、頭發(fā)、胡須等）悦陋、年齡等多方面因素的影響蜈彼。
c）環(huán)境影響
? ? ? ?人臉識(shí)別易受環(huán)境影響。如對(duì)周圍的光線環(huán)境敏感俺驶，可能會(huì)影響識(shí)別的準(zhǔn)確性幸逆，在面對(duì)黑暗、相似等復(fù)雜場(chǎng)景暮现，識(shí)別率表現(xiàn)不佳还绘。
? ? ? ?中國的人臉識(shí)別技術(shù)發(fā)展始于20世紀(jì)90年代后期栖袋，并經(jīng)歷了豐富的技術(shù)引進(jìn)－技術(shù)改進(jìn)－技術(shù)應(yīng)用階段拍顷。近幾年，我國人臉識(shí)別技術(shù)突飛猛進(jìn)塘幅。2018年菇怀，我國人臉識(shí)別行業(yè)專利公開數(shù)量已經(jīng)達(dá)到5200項(xiàng)，同比增長93%晌块。大到國家醫(yī)保爱沟、醫(yī)院、酒店匆背、學(xué)校呼伸、地鐵，小到超市钝尸、小賣鋪括享、餐飲店，刷臉簽到珍促、刷臉支付铃辖、刷臉驗(yàn)證、刷臉開門……猪叙，人臉識(shí)別技術(shù)在越來越多的領(lǐng)域取得應(yīng)用娇斩。
如：
1）企業(yè)仁卷、住宅安全和管理
? ? ? ? 如人臉識(shí)別門禁考勤系統(tǒng)，人臉識(shí)別防盜門等犬第。
2）電子護(hù)照及身份證锦积。
? ? ? ?國際民航組織(ICAO)已確定，從2010年起歉嗓，其118個(gè)成員國家和地區(qū)丰介，必須使用機(jī)讀護(hù)照，人臉識(shí)別技術(shù)是首推識(shí)別模式鉴分，該規(guī)定已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn)哮幢。中國的電子護(hù)照計(jì)劃公安部一所正在加緊規(guī)劃和實(shí)施。
3）公安志珍、司法和刑偵橙垢。
? ? ? 如利用人臉識(shí)別系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，在全國范圍內(nèi)搜捕逃犯碴裙。
4）自助服務(wù)钢悲。
? ? ? ?如銀行的自動(dòng)提款機(jī)，如果用戶卡片和密碼被盜舔株，就會(huì)被他人冒取現(xiàn)金莺琳。如果同時(shí)應(yīng)用人臉識(shí)別就會(huì)避免這種情況的發(fā)生。
5）信息安全载慈。
? ? ? ?如計(jì)算機(jī)登錄惭等、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)上完成办铡，電子政務(wù)中的很多審批流程也都搬到了網(wǎng)上辞做。而當(dāng)前，交易或者審批的授權(quán)都是靠密碼來實(shí)現(xiàn)寡具，如果密碼被盜秤茅，就無法保證安全。但是使用生物特征童叠，就可以做到當(dāng)事人在網(wǎng)上的數(shù)字身份和真實(shí)身份統(tǒng)一框喳，從而大大增加電子商務(wù)和電子政務(wù)系統(tǒng)的可靠性。
