安防領(lǐng)域中的人臉識(shí)別技術(shù)

文/劉晗

人臉識(shí)別技術(shù)背景

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，我國城市人口日趨密集，城市人口流動(dòng)性也大大增加，加強(qiáng)對(duì)城市建設(shè)中的諸如交通管理、社會(huì)治安、重點(diǎn)區(qū)域防范、維穩(wěn)等方面的管理迫在眉睫。另外，近年來社會(huì)犯罪率呈逐年升高的態(tài)勢，高科技犯罪層出不窮，犯罪行為的突發(fā)性、不確定性增強(qiáng)，給防范和偵破工作帶來極大的困難。

至今在安防領(lǐng)域中針對(duì)人臉的識(shí)別和管理為之甚少，導(dǎo)致公安人員在對(duì)犯罪嫌疑人進(jìn)行人工排查時(shí)如大海撈針，成功率極低，效果也不明顯。

而基于密碼、個(gè)人識(shí)別碼（PIN）、磁卡和鑰匙等傳統(tǒng)身份識(shí)別技術(shù)存在明顯的缺陷：容易遺忘、丟失或被偽造，更為嚴(yán)重的是傳統(tǒng)的身份識(shí)別技術(shù)無法真正的區(qū)分擁有者和冒充者。

正因?yàn)槿绱?，現(xiàn)在安防領(lǐng)域最新的人員識(shí)別系統(tǒng)大都采用生物特征識(shí)別技術(shù)（Biometrics）-利用人體固有的生理特征或行為特征來進(jìn)行身份的鑒別或確認(rèn)。生理特征通常是指人類個(gè)體“與生俱來、獨(dú)一無二”的生理特征，如人臉、指紋、虹膜、掌紋、手形、視網(wǎng)膜、耳郭、DNA等；行為特征通常是指人類個(gè)體的習(xí)慣性行為特點(diǎn)，如簽名、聲紋、步態(tài)等。相比傳統(tǒng)的身份鑒定手段，生物特征識(shí)別技術(shù)具有不易遺忘或丟失、防偽性能好、隨身攜帶等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)可以從根本上杜絕偽造和竊取。

人臉識(shí)別技術(shù)優(yōu)勢

人臉識(shí)別技術(shù)是一門融合生物學(xué)、心理學(xué)和認(rèn)知學(xué)等多學(xué)科、多技術(shù)(模式識(shí)別、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺等)的新的生物識(shí)別技術(shù)，可用于身份確認(rèn)(一對(duì)一比對(duì))、身份鑒別(一對(duì)多匹配)、訪問控制(門監(jiān)系統(tǒng))、安全監(jiān)控(銀行、海關(guān)監(jiān)控)、人機(jī)交互(虛擬現(xiàn)實(shí)、游戲)等，因其技術(shù)特征而具有廣泛的市場應(yīng)用前景。

與其它生物特征識(shí)別技術(shù)相比，人臉識(shí)別技術(shù)在實(shí)用性方面具有獨(dú)到的技術(shù)優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下方面：

非接觸。人臉圖像的采集不同于指紋、掌紋需要接觸指掌紋專用采集設(shè)備，指掌紋的采集除了對(duì)設(shè)備有一定的磨損外，也不衛(wèi)生，容易引起被采集者的反感，而人臉圖像采集的設(shè)備是攝像頭，無須接觸。

非侵?jǐn)_，無需配合。人臉照片的采集可使用攝像頭自動(dòng)拍照，無須工作人員干預(yù)，也無須被采集者配合，只需以正常狀態(tài)經(jīng)過攝像頭前即可。

友好。人臉是一個(gè)人出生之后暴露在外的生物特征，因此它的隱私性并不像指掌紋、虹膜那樣強(qiáng)，因此人臉的采集并不像指掌紋采集那樣難以讓人接受。

直觀。我們判斷一個(gè)人是誰，通過看這個(gè)人的臉就是最直觀的方式，不像指掌紋、虹膜等需要相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜也趴梢耘袆e。

快速。從攝像頭監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行人臉的采集是非?？焖俚?，因?yàn)樗姆歉深A(yù)性和非接觸性，讓人臉采集的時(shí)間大大縮短。

簡便。人臉采集前端設(shè)備——攝像頭隨處可見，它不是專用設(shè)備，因此簡單易操作。

可擴(kuò)展性好。人臉識(shí)別的應(yīng)用取決于對(duì)人臉數(shù)據(jù)的分析、處理和應(yīng)用。它的采集端完全可以采用現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的攝像設(shè)備。后端應(yīng)用的擴(kuò)展性決定了人臉識(shí)別可以應(yīng)用在出入控制、黑名單監(jiān)控、人臉照片搜索等多領(lǐng)域。

人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用前景

目前人臉識(shí)別技術(shù)已開始應(yīng)用用于政府、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。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。

企業(yè)、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。

電子護(hù)照及身份證。這或許是未來規(guī)模最大的應(yīng)用，國際民航組織(ICAO)規(guī)定，從2010年起，其118個(gè)成員國家和地區(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)成為國際標(biāo)準(zhǔn)。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。

公安、司法和刑偵。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。

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)上完成，電子政務(wù)中的很多審批流程也都搬到了網(wǎng)上。而當(dāng)前，交易或者審批的授權(quán)都是靠密碼來實(shí)現(xiàn)，如果密碼被盜，就無法保證安全，但是使用生物特征，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，從而大大增加電子商務(wù)和電子政務(wù)系統(tǒng)的可靠性。

人臉支付?，F(xiàn)在的支付方式是通過卡和密碼或者簽字的方式進(jìn)行確認(rèn)，這點(diǎn)是有很大風(fēng)險(xiǎn)的，因?yàn)橐坏┯脩艨ㄆ兔艽a被盜，有人冒充的話，是無法知道是誰冒充的。如果采用“卡+人臉”的方式進(jìn)行，冒充將變得非常困難。當(dāng)然，人臉支付的方式也有很多種。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。因?yàn)楝F(xiàn)在手機(jī)大部分都有鏡頭，那么在手機(jī)上做基于人臉識(shí)別的身份注冊(cè)、認(rèn)證、登錄等，將會(huì)變得更加安全、方便。

海康威視人臉識(shí)別技術(shù)

?？低曂ㄟ^多年的潛心研發(fā)，成功推出了人臉抓拍比對(duì)系統(tǒng)、人臉檢索系統(tǒng)、視頻后檢索系統(tǒng)（人臉）等一系列基于人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)。這些系統(tǒng)主要采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的人臉檢測算法、人臉跟蹤算法、人臉質(zhì)量評(píng)分算法以及人臉識(shí)別算法，是專門針對(duì)人員監(jiān)控、排查、檢索的系統(tǒng)，是視頻分析、運(yùn)動(dòng)跟蹤、人臉檢測和識(shí)別技術(shù)在安防領(lǐng)域的全新綜合應(yīng)用。

人臉抓拍比對(duì)系統(tǒng)

系統(tǒng)組成：

人臉抓拍比對(duì)系統(tǒng)主要由前端采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、后端智能處理分析系統(tǒng)、集中管理控制系統(tǒng)四大部分組成。

系統(tǒng)特點(diǎn)：

·前端攝像機(jī)采用國內(nèi)領(lǐng)先人臉抓拍機(jī)方案，人臉抓拍機(jī)內(nèi)嵌人臉抓拍功能，能對(duì)圖像中的人臉進(jìn)行自動(dòng)抓拍和上傳，減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬和后端服務(wù)器運(yùn)算能力的壓力，減少視頻編解碼過程對(duì)圖像質(zhì)量的損失，提升人臉圖像質(zhì)量。

·根據(jù)特定重點(diǎn)場所的卡口位置（如港口、碼頭、賓館、機(jī)場等出入口）的環(huán)境特性，人臉抓拍機(jī)內(nèi)嵌了人臉區(qū)域自動(dòng)曝光功能，能夠根據(jù)外部不同場景以及光照變化自動(dòng)控制調(diào)節(jié)曝光參數(shù)，確保在逆光等情況下抓拍人臉仍較為清晰。

·支持按照布控人員的重要性進(jìn)行報(bào)警等級(jí)設(shè)置，可按照用戶實(shí)際需要進(jìn)行高中低三個(gè)等級(jí)靈活設(shè)置人臉相識(shí)度報(bào)警閾值。

系統(tǒng)功能：

·人員人臉信息采集和人臉信息數(shù)據(jù)庫建立

在特定重點(diǎn)場所的卡口位置（如港口、碼頭、賓館、機(jī)場等出入口）部署專用于人臉抓拍的攝像機(jī)，人臉抓拍機(jī)在能夠?qū)?jīng)過設(shè)定區(qū)域的人員進(jìn)行人臉檢測和人臉跟蹤，利用人臉質(zhì)量評(píng)分算法能自動(dòng)篩選出一張人的正面臉部信息最為清晰的人臉圖像作為該人員的抓拍圖像，并把人臉照片、抓拍地點(diǎn)、抓拍時(shí)間等信息上傳到人臉管理平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)，以方便后期的檢索與查詢。（如圖1、圖2所示）

圖1 人臉抓拍流程圖

圖2 人臉抓拍界面示意圖

·人臉比對(duì)識(shí)別、黑名單實(shí)時(shí)報(bào)警、人員布控功能

系統(tǒng)可以根據(jù)需要把要布控人員的信息（包含姓名、性別、身份證號(hào)、家庭住址、人臉照片等信息）加入到黑名單數(shù)據(jù)庫。然后按照時(shí)間、地點(diǎn)、布控等級(jí)、相識(shí)度報(bào)警閾值等信息，對(duì)人員進(jìn)行布防。系統(tǒng)對(duì)在特定重點(diǎn)場所的卡口位置（如港口、碼頭、賓館、機(jī)場等出入口）抓拍的人員實(shí)時(shí)與黑名單數(shù)據(jù)庫中的人布控人員進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，如果人臉的相識(shí)度達(dá)到設(shè)定報(bào)警閥值，系統(tǒng)自動(dòng)可通過聲音等方式進(jìn)行預(yù)警，提醒監(jiān)控管理人員。監(jiān)控管理人員可以根據(jù)雙擊報(bào)警信息查看抓拍原圖和錄像進(jìn)行核實(shí)。（如圖3、圖4所示）

圖3 人臉比對(duì)識(shí)別流程圖

圖4 人臉比對(duì)識(shí)別界面示意圖

·人臉檢索功能

人臉檢索功能，在系統(tǒng)中輸入待查詢的人臉照片，系統(tǒng)自動(dòng)檢測出照片中的人臉信息并截取人臉，用戶選擇需要檢索的人臉后進(jìn)行相似度、時(shí)間段等參數(shù)設(shè)置后開始檢索，最后檢索出的相似人臉的結(jié)果會(huì)在界面上顯示出來。（如圖5、圖6所示）

圖5 人臉檢索流程圖

圖6 人臉檢索界面示意圖

·查詢功能

人臉系統(tǒng)查詢包括黑名單報(bào)警查詢和人臉抓拍查詢。我們可以通過時(shí)間、通道等相關(guān)參數(shù)快速查詢信息。

黑名單報(bào)警：可以查詢某個(gè)時(shí)間段、通道的所有報(bào)警事件，并可詳細(xì)查看報(bào)警詳細(xì)信息。

人臉抓拍查詢：可以查詢某個(gè)時(shí)間段、通道的所有抓拍人臉事件，并可詳細(xì)查看圖片、具體抓拍時(shí)間點(diǎn)等信息。

·其他功能

此系統(tǒng)同時(shí)具備傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)包括的視頻預(yù)覽、設(shè)備管理、智能配置、報(bào)警設(shè)置、用戶管理等功能。

人臉檢索系統(tǒng)

系統(tǒng)簡介

人臉檢索系統(tǒng)，主要根據(jù)公安的業(yè)務(wù)需求，解決人員身份快速確認(rèn)，人員信息重復(fù)（身份證重復(fù)，戶籍重復(fù)等），串并案分析而開發(fā)的人臉檢索智能系統(tǒng)。系統(tǒng)可基于海量的人臉數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)快速檢索與查重，能廣泛應(yīng)用于公安情報(bào)、戶籍、刑偵、科通等部門，為檢索比對(duì)人員信息提供了高效便捷的解決方案。

系統(tǒng)特點(diǎn)

·采用B/S架構(gòu)，直接使用IE訪問配置，方便快捷。

·支持處理海量圖片，每個(gè)對(duì)比子服務(wù)可支持300萬張人臉圖片檢索與比對(duì)。

·支持單庫查重和雙庫查重，檢索重復(fù)出現(xiàn)的人員信息。

系統(tǒng)功能

·人臉檢索功能：在海量的人員信息中，輸入一張檢索人臉照片，根據(jù)篩選條件和人像特征點(diǎn)比對(duì)算法，按照相識(shí)度依次排列，幫助公安快速找到符合檢索條件的人員信息。

·人臉查重功能：分為單庫查重和雙庫查重。單庫查重指在同一人臉庫內(nèi)查找重復(fù)出現(xiàn)的人員；雙庫查重指在兩個(gè)不同的人臉庫內(nèi)，查找同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)庫中人員。

視頻檢索系統(tǒng)（人臉）

系統(tǒng)簡介

視頻檢索系統(tǒng)是?？低曌灾餮邪l(fā)的一套集視頻錄像分析、管理和應(yīng)用的智能化檢索應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了?？低晸碛凶灾髦R(shí)產(chǎn)權(quán)的人臉識(shí)別技術(shù)算法，通過對(duì)視頻的智能分析預(yù)處理獲取視頻內(nèi)感興趣目標(biāo)的相關(guān)信息。

系統(tǒng)功能

·人臉?biāo)饕?/p>

系統(tǒng)通過?？低暼四樧R(shí)別技術(shù)和視頻預(yù)處理對(duì)視頻中人臉進(jìn)行整理匯總，獲取視頻內(nèi)感興趣目標(biāo)的相關(guān)信息，并根據(jù)這些人臉信息生成索引。相關(guān)人員可以通過查看人臉圖示，在幾分鐘內(nèi)，查看數(shù)個(gè)小時(shí)視頻中包含的所有目標(biāo)，并確定嫌疑目標(biāo)，也可觀看該目標(biāo)在整個(gè)視頻中的存在片段與運(yùn)動(dòng)軌跡。（見圖7）

圖7 人臉?biāo)饕脩艚缑鎴D

·嫌疑人臉檢索

在系統(tǒng)中輸入待查詢的人臉照片，選擇需要檢索的人臉后進(jìn)行相似度等參數(shù)設(shè)置后開始檢索，最后檢索出的相似人臉的結(jié)果會(huì)在界面上顯示出來。（見圖8）

圖8 人臉檢索用戶界面圖

·圖片人臉檢索

在外部獲取非常有價(jià)值的包含嫌疑人臉的圖片，想在很多大量的視頻源中查找出這個(gè)嫌疑人其他信息，這時(shí)候用戶可以將圖片導(dǎo)入系統(tǒng)中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢出這張圖片中所有人的頭像，用戶可以按相似度進(jìn)行排列，選取相關(guān)檢出片段進(jìn)行再次分析，獲取有效信息。（見圖9）

圖9 圖片人臉檢索

結(jié)束語

雖然人臉識(shí)別技術(shù)現(xiàn)階段還不成熟，復(fù)雜環(huán)境下人臉識(shí)別還比不上人類，但人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)成為了身份識(shí)別技術(shù)發(fā)展的大方向，特別是海量人臉數(shù)據(jù)比對(duì)速度甚至精度方面，現(xiàn)有的自動(dòng)人臉識(shí)別系統(tǒng)（如海康威視人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)）速度和精度上已經(jīng)超過了人類。相信隨著人臉識(shí)別技術(shù)研究和開發(fā)的深入,人臉識(shí)別技術(shù)將會(huì)在安防領(lǐng)域有著更加廣泛的運(yùn)用，為人們的工作和生活帶來安全保障。