【安防知識(shí)網(wǎng)】人臉識(shí)別作為生物識(shí)別領(lǐng)域中最自然、最可靠的技術(shù)，在中國(guó)這樣一個(gè)具有世界第一龐大人口基數(shù)的發(fā)展中國(guó)家擁有特別的地位。人臉識(shí)別應(yīng)用的發(fā)展?jié)摿υ诂F(xiàn)階段的中國(guó)體現(xiàn)得尤其重要，巨大的人口基數(shù)，以及越來越頻繁的流動(dòng)性，14億人口的管理，如何充分利用信息技術(shù)進(jìn)行有效的身份認(rèn)證，一直是業(yè)內(nèi)持續(xù)關(guān)注的焦點(diǎn)。

        人臉識(shí)別具有自然性和不被察覺性的雙重優(yōu)點(diǎn)。自然性是指該識(shí)別方式同人類（甚至其他生物）進(jìn)行個(gè)體識(shí)別時(shí)所利用的生物特征相同。具體而言，人臉識(shí)別是通過觀察比較人臉來區(qū)分和確認(rèn)身份的，另外具有自然性的識(shí)別還有語音識(shí)別、體形識(shí)別等，而指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別等都不具有自然性，因?yàn)槿祟惢蛘咂渌锊⒉煌ㄟ^此類生物特征區(qū)別個(gè)體。

        不被察覺的特點(diǎn)對(duì)于一種識(shí)別方法也很重要，這會(huì)使該識(shí)別方法不令人反感，并且因?yàn)椴蝗菀滓鹑说淖⒁舛蝗菀妆黄垓_。人臉識(shí)別便具有這方面的特點(diǎn)，它完全利用可見光獲取人臉圖像信息，而不同于指紋識(shí)別或者虹膜識(shí)別，需要利用電子壓力傳感器采集指紋，或者利用紅外線采集虹膜圖像，這些特殊的采集方式很容易被人察覺，從而更有可能被偽裝欺騙。

人臉識(shí)別的技術(shù)瓶頸 
        人臉識(shí)別被認(rèn)為是生物特征識(shí)別領(lǐng)域甚至人工智能領(lǐng)域最困難的研究課題之一。而人臉識(shí)別技術(shù)的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在人臉作為生物特征的一些特點(diǎn)上。

        首先，就人的臉部特征而言，不同個(gè)體之間的區(qū)別并不是很明顯，因?yàn)槊總€(gè)人的臉部結(jié)構(gòu)都是相似的，甚至是人們臉部器官的分布、結(jié)構(gòu)和外形，這對(duì)于利用人臉進(jìn)行定位是有利的，但是對(duì)于利用人臉區(qū)分人類個(gè)體是不利的。

        其次，人臉的外形很不穩(wěn)定，人們可以通過臉部肌肉的變化產(chǎn)生很多不同的表情，而在不同的角度進(jìn)行觀察，人臉的視覺圖像也相差很大，這對(duì)于利用人臉識(shí)別效果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性也帶來了一定的挑戰(zhàn)。

        再次，人臉識(shí)別還受光照條件（例如白天和夜晚，室內(nèi)和室外等）、人臉的很多遮蓋物（例如口罩、墨鏡、頭發(fā)、胡須等）、年齡等多方面因素的影響。如何規(guī)避這些外因?qū)τ谌四樧R(shí)別速度以及人臉識(shí)別效果的影響，一直是科研的重點(diǎn)方向。

        因此，在人臉識(shí)別中，第一類的變化，即人臉外形的變化，是應(yīng)該放大而作為區(qū)分個(gè)體標(biāo)準(zhǔn)的，而第二類的變化，即外界條件對(duì)于人臉識(shí)別的影響，應(yīng)該消除，因?yàn)樗鼈兛梢源硗粋€(gè)個(gè)體。通常稱第一類變化為類間變化（inter-class difference），而稱第二類變化為類內(nèi)變化（intra-class difference）。對(duì)于人臉，類內(nèi)變化往往大于類間變化，從而使在受類內(nèi)變化干擾的情況下利用類間變化區(qū)分個(gè)體變得異常困難。[nextpage]

研發(fā)新思路 
        隨著技術(shù)的發(fā)展與人臉識(shí)別市場(chǎng)應(yīng)用日漸廣泛，針對(duì)人臉識(shí)別的難題和困境，一些創(chuàng)見性的解決問題方案也相繼提出。在實(shí)際操作過程中，雙攝像頭識(shí)別法不失為一種新穎的解決方案：右側(cè)攝像頭的圖片進(jìn)行人臉定位和眼睛定位，同時(shí)，左側(cè)攝像頭與右側(cè)攝像頭的圖片進(jìn)行立體融合，恢復(fù)出三維人臉模型，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行特征提取和比對(duì)，實(shí)現(xiàn)模板錄入和識(shí)別等功能。這樣的優(yōu)勢(shì)在于其自然性和不被被測(cè)個(gè)體察覺的特點(diǎn)，其關(guān)鍵技術(shù)在于以下幾點(diǎn)。

人臉檢測(cè) 
        人臉檢測(cè)部分有兩個(gè)功能：一是判斷圖像中是否存在人臉，二是如果存在人臉，確定人臉的確切位置。人臉檢測(cè)中如采用級(jí)聯(lián)的Adaboost（如圖1）以及Harr特征進(jìn)行人臉定位，正確率更高，速度更快。

人眼定位 
        眼睛是人臉中最關(guān)鍵的一個(gè)部分，也是區(qū)分不同人臉的最重要的一個(gè)區(qū)域，同時(shí)通過眼睛位置的精確定位后，可以更好對(duì)齊人臉上的其它各個(gè)器官，所以對(duì)眼睛進(jìn)行精確定位極其重要。采用極小值區(qū)域(MER)原理以及多層結(jié)構(gòu)的方法，便能夠很好的解決眼睛定位的問題（具體見圖2、圖3）。

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        二維人臉圖像缺乏三維的信息，容易受到光照、姿態(tài)、表情等的影響，鑒于此，采用雙攝像頭并進(jìn)行立體融合，恢復(fù)出三維人臉模型。三維信息可以用于姿態(tài)，光照，眼鏡等模型變換和生成。三維信息恢復(fù)過程如圖4。

提取特征 
        特征是指從人臉圖像中提取的一組能區(qū)分不同人臉的向量，也稱之為人臉表示?；贕abor小波的人臉表示在人臉識(shí)別中取得了巨大的成功。由于Gabor小波原始特征維數(shù)過高，計(jì)算量大，需要做降維處理，即用低維的向量來表示高維的向量。為了達(dá)到運(yùn)算要求，可以采用張量子空間分析方法（簡(jiǎn)稱ORO），把人臉表示看成一個(gè)張量，通過迭代方法尋找正交的秩，一張量進(jìn)行降維， 最終可以有效提取核心特征。[nextpage]

        該方法有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是用張量表示人臉能夠捕獲人臉的局部結(jié)構(gòu)信息；二是張量的每個(gè)分量的維數(shù)很低，能夠避免出現(xiàn)LDA（線形判別分析）中的維數(shù)災(zāi)難問題；三是該方法的降維矩陣遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于LDA的降維矩陣，這對(duì)于一些存儲(chǔ)空間有限的嵌入式應(yīng)用非常適合。

特征比對(duì) 
        特征比對(duì)主要是比較兩張不同人臉間的相似度，最有效的方法即是利用特征間的相關(guān)度作為相似度的描述，在識(shí)別人臉的時(shí)候，待識(shí)別圖像與特征庫中的所有特征進(jìn)行比對(duì)，其相似度最大者即為匹配結(jié)果。

未來應(yīng)用將更廣泛 
        人臉識(shí)別技術(shù)在國(guó)內(nèi)被認(rèn)為是“早上八九點(diǎn)鐘的太陽”，已經(jīng)成功應(yīng)用到金融、軍工等多個(gè)領(lǐng)域，行業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)明顯，基于現(xiàn)階段的技術(shù)與市場(chǎng)現(xiàn)狀，人臉識(shí)別的發(fā)展前景十分樂觀。

        就技術(shù)發(fā)展角度來說，首先，人臉識(shí)別技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用將從“室內(nèi)”走向“室外”。目前，由于受到光線等因素的制約，人臉識(shí)別產(chǎn)品在室內(nèi)應(yīng)用時(shí)具有較高的識(shí)別率，一旦暴露在陽光下，識(shí)別性能將受到一定程度的影響。近年來，國(guó)內(nèi)在這一方面有了較大的發(fā)展，預(yù)計(jì)至2010年，這一技術(shù)壁壘將得到有效緩解，人臉識(shí)別應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。

        另外，人臉識(shí)別將由“配合式技術(shù)”向“非配合式技術(shù)”發(fā)展。現(xiàn)階段的人臉識(shí)別門禁，需要用戶對(duì)準(zhǔn)識(shí)別機(jī)端正姿勢(shì)，才能識(shí)別成功，而隨著技術(shù)的發(fā)展和算法的成熟，識(shí)別角度對(duì)于識(shí)別率的影響將大大降低。特別是在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的今天，“非配合式技術(shù)”的發(fā)展對(duì)于有效的在視頻中捕捉關(guān)鍵人物信息提供了強(qiáng)有力的支持。諸多案例已經(jīng)證明，傳統(tǒng)的“盯人式”監(jiān)測(cè)手段已經(jīng)無法適應(yīng)新環(huán)境下的安防需求，而相對(duì)于傳統(tǒng)穩(wěn)定的固定式人臉識(shí)別來說，運(yùn)用監(jiān)控?cái)z像頭在對(duì)被監(jiān)控者進(jìn)行“無形”的識(shí)別，具有更為深遠(yuǎn)的意義。就目前的發(fā)展情況分析，這一技術(shù)也會(huì)在近幾年取得不錯(cuò)的發(fā)展，那時(shí)的人臉識(shí)別也將變得更加自然。

        此外，人臉識(shí)別專用芯片的研發(fā)工作也已經(jīng)適時(shí)展開，與現(xiàn)階段的通用芯片相比，人臉識(shí)別產(chǎn)品的穩(wěn)定性和成熟度將得到最大程度的提升，并大大降低現(xiàn)有產(chǎn)品的成本和功耗，人臉產(chǎn)品的使用門檻也將大大的降低，從而加速人臉識(shí)別產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程。

        伴隨技術(shù)的不斷創(chuàng)新，人臉識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更加廣闊，民用市場(chǎng)極有可能成為這場(chǎng)安防革命的生力軍之一。目前，已有多家國(guó)內(nèi)知名防盜門廠商與人臉識(shí)別技術(shù)提供商取得聯(lián)系，就人臉識(shí)別技術(shù)嵌入式家用防盜門展開合作。也許在不久的將來，人們將與鑰匙徹底告別，而迎來人臉開門的新時(shí)代。另外，到2010年，國(guó)家航空組織可能將人臉識(shí)別運(yùn)用到其電子簽證上；而大型的考生驗(yàn)證系統(tǒng)也是人臉識(shí)別將來有望大展拳腳的領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見，一旦打開這個(gè)“缺口”，不僅能夠直接刺激人臉識(shí)別市場(chǎng)的發(fā)展，對(duì)于人臉在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也將變得更加容易。（本文由漢王科技股份有限公司人臉識(shí)別事業(yè)部總經(jīng)理石踐提供）