近年來(lái)，人臉識(shí)別越來(lái)越受到人們的關(guān)注。與此同時(shí)，許多研究機(jī)構(gòu)也一直在研究將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到監(jiān)控當(dāng)中的方法。如何將人臉識(shí)別“植入”監(jiān)控，有何難點(diǎn)，本文為您講述一二。

應(yīng)用現(xiàn)狀
    自2001年的911事件和2004年的倫敦地鐵爆炸案發(fā)生以來(lái)，在視頻監(jiān)控中應(yīng)用人臉識(shí)別的呼聲越來(lái)越高。圖1給出了美國(guó)FRVT2006人臉識(shí)別測(cè)試發(fā)表的國(guó)際上歷年來(lái)人臉識(shí)別的代表性的性能指標(biāo)。

    根據(jù)圖1可以看出，2006年國(guó)際上已達(dá)到了在錯(cuò)誤接收率為0.1%時(shí)，人臉識(shí)別的正確識(shí)別率為99%。這確實(shí)是一個(gè)高的技術(shù)指標(biāo)，但是，得到這一高指標(biāo)的條件是達(dá)到兩眼距離為450像素的人臉?lè)直媛?，同時(shí)，還需要可控光照和正面人臉的條件。然而，在普通監(jiān)控條件下，人臉圖像的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這些可以稱為苛刻的條件。

    我們知道，人臉識(shí)別分為辯識(shí)(identification)、驗(yàn)證(verification)、監(jiān)視目標(biāo)人識(shí)別(watch list)三類。辯識(shí)是通過(guò)未知人的人臉圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)已知身份的人臉圖像進(jìn)行比對(duì)來(lái)確定未知人身份的過(guò)程，是一對(duì)多的人臉識(shí)別；驗(yàn)證是通過(guò)當(dāng)前被識(shí)別人的人臉圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)中被識(shí)別人所聲明身份的人臉圖像的比對(duì)來(lái)驗(yàn)證被識(shí)別人所聲明身份對(duì)或錯(cuò)的過(guò)程，屬于一對(duì)一的人臉識(shí)別；監(jiān)視目標(biāo)人識(shí)別，是對(duì)于一個(gè)未知身份的待測(cè)樣本，人臉識(shí)別系統(tǒng)探測(cè)其是否在監(jiān)視名單上，屬于一對(duì)多的人臉識(shí)別。圖1所列的指標(biāo)屬于驗(yàn)證的性能指標(biāo)。FRVT2006沒(méi)有測(cè)試監(jiān)視目標(biāo)人識(shí)別的性能指標(biāo)，而在FRVT2002發(fā)布的監(jiān)視目標(biāo)人識(shí)別的性能指標(biāo)中，最好的成績(jī)是虛警率（指不是監(jiān)視名單中的人被認(rèn)定為是監(jiān)控名單中的人的概率）為0.1%時(shí)，目標(biāo)人在第一名的正確識(shí)別率不到60%(圖庫(kù)大小為3000)，而實(shí)際場(chǎng)景的性能指標(biāo)將更差。

    我們分析當(dāng)前人臉識(shí)別成功應(yīng)用的一些實(shí)例，如出入境的護(hù)照查驗(yàn)，是清晰照片之間的比對(duì)；而應(yīng)用在火車站的治安管理上，被識(shí)別人也是在室內(nèi)規(guī)范地站在攝像機(jī)前拍攝人臉。圖2為人臉識(shí)別在2008年北京奧運(yùn)中的應(yīng)用實(shí)例，這是一種驗(yàn)證人臉識(shí)別，其人臉拍攝的條件相對(duì)較好，場(chǎng)景是在大棚內(nèi)，被識(shí)別人站在攝像機(jī)前（有停留），這是較為典型的應(yīng)用?？梢哉f(shuō)，當(dāng)前人臉識(shí)別的成功應(yīng)用，主要是有條件的人臉識(shí)別應(yīng)用。

難點(diǎn)及解決方案
    在三類識(shí)別中，監(jiān)視目標(biāo)人識(shí)別是最難的，主要原因在于非主動(dòng)性的識(shí)別方式和場(chǎng)景的差異性，姿態(tài)、光照以及年齡、人臉?lè)直媛实确矫娴淖兓瘒?yán)重地影響了人臉識(shí)別率。許多研究單位一直在研究如何將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到監(jiān)控中。筆者認(rèn)為，在當(dāng)前的條件下，首先應(yīng)該考慮的仍然是拍攝到好的人臉圖像。除算法方面的努力外，從系統(tǒng)應(yīng)用本身來(lái)看，主要需要解決如下的問(wèn)題：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問(wèn)題、人臉?lè)直媛蕟?wèn)題、姿態(tài)問(wèn)題、光照問(wèn)題和年齡問(wèn)題。[nextpage]

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問(wèn)題及解決方案
    監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)大型系統(tǒng)，如何在現(xiàn)有系統(tǒng)中插入人臉識(shí)別，這是一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問(wèn)題。例如一個(gè)監(jiān)控群有100個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，有兩種方案可供選擇：每一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)都進(jìn)行人臉識(shí)別或者選擇性地對(duì)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行人臉識(shí)別。圖3為選擇性進(jìn)行人臉識(shí)別的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)圖示，如果將人臉識(shí)別服務(wù)器置于監(jiān)控中心，視頻圖像的通道較少（如16路）。在條件允許的情況下，可另外設(shè)置一個(gè)電視墻用來(lái)顯示人臉識(shí)別的結(jié)果，可同時(shí)顯示報(bào)警通道號(hào)、報(bào)警時(shí)間等日志信息，也可顯示監(jiān)控的當(dāng)前目標(biāo)人和數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)人圖像。

    在大型監(jiān)控群里選用每一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)都進(jìn)行人臉識(shí)別的方案，需要增添更多的設(shè)備，改變當(dāng)前的監(jiān)控結(jié)構(gòu)，或增添專用硬件。

人臉?lè)直媛蕟?wèn)題及解決方案
    在監(jiān)視目標(biāo)人識(shí)別的應(yīng)用中，應(yīng)用了人臉?lè)直媛实母拍?。人臉檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)到人臉?lè)直媛实偷娜四槪F(xiàn)在的人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)人臉?lè)直媛蕝s有一定的要求，美國(guó)FRVT2006所指的低分辨率是指兩眼的距離為75像素，滿足這一條件的人臉圖像尺寸約為180（寬）x240（高）。而在實(shí)際監(jiān)控中，不管是標(biāo)清還是高清，大量獲得的是人臉?lè)直媛实偷娜四槇D像。通過(guò)采用綜合人臉檢測(cè)、人臉?lè)直媛蕶z測(cè)和自動(dòng)變焦的技術(shù)方案，可以獲得滿足人臉識(shí)別需要的人臉?lè)直媛矢叩膱D像。通常所提到的最佳二維人臉，其中包括最佳姿態(tài)、最佳人臉?lè)直媛实雀拍?，采用這種方案需要在系統(tǒng)軟件上增添自動(dòng)變焦功能。

    另一種方案則采用一些其它的新技術(shù)，包括應(yīng)用專用硬件，來(lái)獲得滿足人臉識(shí)別需要的分辨率高的人臉圖像。

姿態(tài)問(wèn)題及解決方案
    姿態(tài)問(wèn)題是監(jiān)視目標(biāo)人識(shí)別非常棘手的問(wèn)題。主要是在姿態(tài)判別?？爝M(jìn)行姿態(tài)的判別，云臺(tái)的調(diào)整也是為了獲得更好的拍攝角度。如果當(dāng)前人臉的水平轉(zhuǎn)動(dòng)角、俯仰角在某一范圍之內(nèi)，則可直接進(jìn)行人臉識(shí)別；如果在特定范圍之外，可以采用人臉形成技術(shù)，形成正面人臉圖像，繼而進(jìn)行人臉識(shí)別。人臉形成算法的復(fù)雜度較高，要考慮運(yùn)行速度問(wèn)題。當(dāng)然，也可以安裝多部攝像機(jī)來(lái)拍攝一個(gè)人，通過(guò)選優(yōu)的方法選取最好姿態(tài)的人臉圖像。

    同時(shí)，在正面人臉形成的方法中，有單攝像機(jī)和多攝像機(jī)的區(qū)別。一般來(lái)說(shuō)，多攝像機(jī)的信息多于單攝像機(jī)的信息，由此形成的正面人臉的效果要優(yōu)于單攝像機(jī)的效果，但代價(jià)較高（包括攝像數(shù)量、合成算法的復(fù)雜度等）。[nextpage]

光照問(wèn)題及解決方案
    光照問(wèn)題是監(jiān)視目標(biāo)人識(shí)別的又一個(gè)難點(diǎn)。人臉光照是指外界光源照射在人臉上，經(jīng)人臉表面反射后傳播到感光器材上的光線強(qiáng)度。實(shí)際采集圖像時(shí)的光照條件千變?nèi)f化，不同的光照條件如偏光、測(cè)光、高光所導(dǎo)致的人臉圖像過(guò)亮、過(guò)暗、陰陽(yáng)臉等都會(huì)使人臉檢測(cè)和識(shí)別的性能大幅度下降。

    光照的估計(jì)和分類可以依據(jù)水平和俯仰角度等要素來(lái)進(jìn)行。有條件的場(chǎng)所應(yīng)對(duì)光照進(jìn)行控制，也盡量將全天候的露天環(huán)境改造為室內(nèi)環(huán)境并適當(dāng)采用補(bǔ)光的措施。當(dāng)然，采用近紅外的光照可以減弱環(huán)境光的影響。

年齡問(wèn)題及解決方案
    要將當(dāng)前人的人臉和他十年前的人臉進(jìn)行識(shí)別，其難度是很大的。采用年齡估計(jì)與年齡模擬的方法，可以在一定程度上改善識(shí)別效果。圖4為一個(gè)年齡模擬的實(shí)驗(yàn)效果。

    在實(shí)際應(yīng)用中，常采用數(shù)據(jù)即時(shí)更新的方法，把身份確認(rèn)后的當(dāng)前采集的人臉圖像替代以前存儲(chǔ)的人臉圖像，以減少年齡變化帶來(lái)的不利影響。

    應(yīng)該注意的是，當(dāng)前用于監(jiān)視目標(biāo)人識(shí)別的人臉識(shí)別技術(shù)亟待發(fā)展，技術(shù)水平也還有待于進(jìn)一步提升，具有很大的發(fā)展空間。

    目前，在機(jī)場(chǎng)、地鐵等公共場(chǎng)所已經(jīng)安裝了一些監(jiān)視目標(biāo)人識(shí)別的人臉識(shí)別系統(tǒng)，這是可喜的事情。但是，應(yīng)用效果距離應(yīng)用方的要求尚有較大距離。在這個(gè)階段，廠家不要夸大其詞，用戶也不要漫無(wú)邊際，廠家與用戶的有機(jī)結(jié)合，將有助于人臉識(shí)別性能在應(yīng)用中提高。