人臉識(shí)別技術(shù)在安防監(jiān)控中的應(yīng)用

文/鄧曄

市場(chǎng)背景

人臉識(shí)別技術(shù)是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖象處理技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)等技術(shù)與理論的快速進(jìn)步而出現(xiàn)的一種嶄新的人體生物特征識(shí)別技術(shù)。人臉識(shí)別技術(shù)利用人的面部圖像特征進(jìn)行身份識(shí)別，該技術(shù)通過(guò)人像照片比對(duì)即可判別人員真實(shí)身份，是繼指紋識(shí)別之后最受關(guān)注及滿足公安警務(wù)應(yīng)用的一項(xiàng)人體生物特征識(shí)別技術(shù)。

人臉是人員身份信息中最容易采集或獲取的基本信息，人臉照片采集方便、非侵?jǐn)_、也最具自然性，二代居民身份證的換發(fā)及流動(dòng)人員信息的采集為人像識(shí)別在公安應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。雖然部分不法分子通過(guò)各種手段變更身份信息，但人臉照片卻很難改變，通過(guò)人像比對(duì)就可發(fā)現(xiàn)其原始身份，隨著平安城市項(xiàng)目建設(shè)的全面推進(jìn)，利用圖像照片進(jìn)行身份識(shí)別和案件破獲已經(jīng)成為一種警務(wù)需求。人像識(shí)別技術(shù)作為一種直觀、易用、實(shí)用的身份信息識(shí)別技術(shù)在公安嫌疑人員身份識(shí)別及情報(bào)分析等應(yīng)用中已經(jīng)展現(xiàn)了實(shí)戰(zhàn)價(jià)值和應(yīng)用前景。

人臉抓拍識(shí)別在實(shí)時(shí)監(jiān)控中的應(yīng)用

系統(tǒng)原理

人臉識(shí)別主要用于身份識(shí)別。由于視頻監(jiān)控正在快速普及，眾多的視頻監(jiān)控應(yīng)用迫切需要一種遠(yuǎn)距離、用戶非配合狀態(tài)下的快速身份識(shí)別技術(shù)，以求遠(yuǎn)距離快速確認(rèn)人員身份，實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警。采用快速人臉檢測(cè)技術(shù)可以從監(jiān)控視頻圖象中實(shí)時(shí)查找人臉，并與人臉數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)快速身份識(shí)別。

采用先進(jìn)的人臉識(shí)別技術(shù)，通過(guò)在前端設(shè)置高清數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，根據(jù)人的面部信息來(lái)進(jìn)行身份識(shí)別。它無(wú)需布控對(duì)象主動(dòng)配合，當(dāng)其通過(guò)監(jiān)控的地點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行識(shí)別并報(bào)警，有效的解決了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)耗費(fèi)大量人力和時(shí)間資源問(wèn)題，為安防系統(tǒng)事前預(yù)警、事后調(diào)查分析提供了有效的手段。對(duì)動(dòng)態(tài)的視頻圖像實(shí)時(shí)處理，在設(shè)定的檢測(cè)區(qū)域內(nèi)檢測(cè)目標(biāo)，檢測(cè)目標(biāo)大小設(shè)定在最小人臉最大人臉之間，如果檢測(cè)到有人臉，則觸發(fā)報(bào)警，報(bào)警時(shí)紅框標(biāo)出人臉。

Easy7人臉識(shí)別比對(duì)系統(tǒng)

系統(tǒng)功能

人臉抓拍。自動(dòng)檢測(cè)、抓拍監(jiān)控場(chǎng)景中的人臉，并進(jìn)行連續(xù)標(biāo)記形成運(yùn)動(dòng)軌跡。內(nèi)含質(zhì)量評(píng)價(jià)算法，對(duì)抓拍的人臉照片自動(dòng)進(jìn)行篩選，選擇質(zhì)量最高的進(jìn)行傳輸。包括：

·參數(shù)設(shè)置。設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，如人像檢測(cè)區(qū)域、人像檢測(cè)大小范圍等。由于攝像機(jī)對(duì)場(chǎng)景成像無(wú)選擇性，任何出現(xiàn)在視覺范圍內(nèi)的目標(biāo)、物體都會(huì)被拍攝到，通過(guò)設(shè)置人像檢測(cè)區(qū)域來(lái)降低、避免對(duì)場(chǎng)景中干擾區(qū)域的檢測(cè)，提升人像抓拍性能，這樣只有人員出現(xiàn)在設(shè)定區(qū)域時(shí)才進(jìn)行人像采集，檢測(cè)區(qū)域設(shè)定功能增強(qiáng)了架設(shè)的靈活性。

·圖像捕獲。模擬攝像機(jī)：捕獲攝像機(jī)傳輸?shù)哪M視頻信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字化處理，以便可以進(jìn)人像檢測(cè)等處理。高清攝像機(jī)或視頻平臺(tái)：根據(jù)不同廠商高清攝像機(jī)或視頻平臺(tái)，獲取視頻圖像并解碼，以便可以進(jìn)人像檢測(cè)等處理。

·人像檢測(cè)。檢測(cè)設(shè)定區(qū)域是否存在人像，如果檢測(cè)到人像并且人像區(qū)域滿足系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置則緩存該人像數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景數(shù)據(jù)。

·人像跟蹤。人像跟蹤技術(shù)對(duì)人員經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)的過(guò)程進(jìn)行跟蹤。

·數(shù)據(jù)傳輸。將采集的人像圖像及現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景圖像傳輸至比對(duì)子系統(tǒng)。

人臉比對(duì)。自動(dòng)將抓拍到的人臉與目標(biāo)人員庫(kù)中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后及時(shí)報(bào)警，提示工作人員進(jìn)行處理，同時(shí)在地圖上顯示報(bào)警地點(diǎn)，模塊支持多個(gè)人臉的同時(shí)檢測(cè)判斷與識(shí)別。包括：

·比對(duì)參數(shù)同步。根據(jù)設(shè)定策略從人像數(shù)據(jù)庫(kù)配置信息表獲取人像識(shí)別參數(shù)，如：比對(duì)次數(shù)、比對(duì)閾值參數(shù)等。

·人像特征同步。根據(jù)設(shè)定策略從布控人員人像特征庫(kù)中加載人像特征，并根據(jù)特征庫(kù)變化，更新已加載人像特征。

·數(shù)據(jù)接收。接收動(dòng)態(tài)監(jiān)控人像采集子系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)分解為人像照片數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景圖像數(shù)據(jù)。

·人眼定位。在人像照片中檢測(cè)眼睛位置，以便進(jìn)行特征提取。

·特征提取。根據(jù)人眼位置將人像照片圖像編碼成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)據(jù)。人員經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)，人像采集子系統(tǒng)將抓拍多張圖像，對(duì)人像圖像提取特征，用于后續(xù)的比對(duì)。

·人像比對(duì)。將提取的人像特征與被布控目標(biāo)人像特征進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)比對(duì)策略，一人可多次比對(duì)，輸出滿足設(shè)定條件的比分最高為候選人，如果比分大于等于設(shè)定的報(bào)警閾值則認(rèn)為該人員是監(jiān)控目標(biāo)；如比分小于設(shè)定的閾值則認(rèn)為該目標(biāo)非監(jiān)控目標(biāo)。

·數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。存儲(chǔ)人像比對(duì)的結(jié)果，存儲(chǔ)內(nèi)容主要包括：采集時(shí)間、采集點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)人像照片、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景照片、比對(duì)結(jié)果、比中目標(biāo)等信息。

重點(diǎn)人員布控。將進(jìn)入系統(tǒng)的人臉照片與預(yù)存的重點(diǎn)人員（黑/白名單），進(jìn)行1∶n比對(duì)，自動(dòng)判定該人臉是否屬于重點(diǎn)人員之中。

應(yīng)用模式

人臉識(shí)別技術(shù)與具體應(yīng)用結(jié)合，可以產(chǎn)生很多應(yīng)用模式。包括：

實(shí)名制驗(yàn)證。將待確認(rèn)身份人員的人臉照片與其宣稱身份所對(duì)應(yīng)的人臉照片進(jìn)行1∶1驗(yàn)證，系統(tǒng)返回的結(jié)果“是”或者“不是”，確定兩者是否為同一人。主要應(yīng)用在網(wǎng)吧、酒店、大型活動(dòng)、大型活動(dòng)、重點(diǎn)單位/場(chǎng)所、辦證機(jī)構(gòu)、邊檢通關(guān)、網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)實(shí)名制。

身份核查。將待確認(rèn)身份人員的人臉照片送入常住人口庫(kù)、暫住人口庫(kù)等有明確人員身份信息的人臉庫(kù)中進(jìn)行1∶N檢索，系統(tǒng)返回最相似的若干人員，工作人員隨后逐一核查，確定該人員的真實(shí)身份。主要應(yīng)用在辦證機(jī)構(gòu)、巡邏/火車站/重點(diǎn)場(chǎng)所/大型活動(dòng)/大型會(huì)議、多警種應(yīng)用。

同證不同人分析。在常住人口庫(kù)、暫住人口庫(kù)等可以通過(guò)證件唯一標(biāo)識(shí)人員身份的人臉庫(kù)中，對(duì)同一個(gè)證件號(hào)碼對(duì)應(yīng)的多張人臉情況進(jìn)行驗(yàn)證，將驗(yàn)證結(jié)果為不同人的證件號(hào)碼進(jìn)行記錄并人工核驗(yàn)。主要應(yīng)用在戶政部門、出入境、各種考試院校等。

同人不同證分析。在常住人口庫(kù)、暫住人口庫(kù)等可以通過(guò)證件唯一標(biāo)識(shí)人員身份的人臉庫(kù)中，對(duì)指定范圍內(nèi)的人臉照片進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)驗(yàn)證結(jié)果為相同人的記錄再檢驗(yàn)其證件號(hào)碼，如果證件號(hào)碼不一致，則同時(shí)記錄照片標(biāo)識(shí)與證件號(hào)碼并人工核驗(yàn)。主要應(yīng)用在戶政部門、出入境、各種考試院校等。

黑名單/白名單比對(duì)，特別是追逃。將進(jìn)入系統(tǒng)的人臉照片與預(yù)存的黑名單/白名單，比如與逃犯庫(kù)進(jìn)行1∶N比對(duì)，自動(dòng)判定該人臉是否存在于黑名單/白名單之中。如果該人臉存在于黑名單/白名單之中，則返回其對(duì)應(yīng)的身份信息等資料。為保證效果，黑名單/白名單的庫(kù)容量一般能達(dá)到幾萬(wàn)至幾十萬(wàn)的數(shù)量級(jí)。主要應(yīng)用在大型活動(dòng)、重點(diǎn)單位/場(chǎng)所、地鐵站/火車站/長(zhǎng)途汽車站/飛機(jī)場(chǎng)、小區(qū)/銀行/網(wǎng)吧/酒店/娛樂(lè)場(chǎng)所等。

圖像偵查。將目標(biāo)人員的人臉照片送入視頻監(jiān)控采集人臉日志庫(kù)中進(jìn)行1∶N檢索，得到最相似的若干人員，工作人員隨后逐一檢視，確定所截取目標(biāo)人員的身份，并根據(jù)人臉庫(kù)中的采集時(shí)間與采集地點(diǎn)等信息描繪出目標(biāo)人員的行動(dòng)軌跡。軌跡分析中的監(jiān)控日志庫(kù)的庫(kù)容會(huì)隨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加而增長(zhǎng)，一般能達(dá)到百萬(wàn)至千萬(wàn)的數(shù)量級(jí)。主要應(yīng)用在涉案人、可疑人員的前期分析上。

技術(shù)難點(diǎn)

對(duì)于人臉抓拍識(shí)別系統(tǒng)，最重要的難點(diǎn)在于人臉識(shí)別率提升問(wèn)題，就是人臉的立體效果在視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為二維后，如何展現(xiàn)，如何對(duì)比。即同一張人臉，在不同角度、不同光照、不同距離甚至衣帽服飾的差異化對(duì)比符合問(wèn)題的解決。

人臉視頻中的檢測(cè)及多人臉的檢測(cè)。在一個(gè)未知不確定的、復(fù)雜的視頻場(chǎng)景中如何快速找到有效的目標(biāo)、有效的人臉是整個(gè)識(shí)別系統(tǒng)的前提。只有找到人臉并將人臉提取出來(lái)，才會(huì)有后面的人臉存儲(chǔ)、比對(duì)等業(yè)務(wù)應(yīng)用功能。同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)高清的快速發(fā)展，前端設(shè)備采集的有效信息越來(lái)越多，在場(chǎng)景中可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)人臉，如何實(shí)現(xiàn)多個(gè)人臉的采集識(shí)別，也是系統(tǒng)應(yīng)用中的重點(diǎn)。

保證人臉的可用性和唯一性。在人臉檢測(cè)過(guò)程中，如何能夠保證人臉的可用性，除了需要前端系統(tǒng)部署需要按照要求實(shí)施外，也需要在算法上進(jìn)行適應(yīng)性優(yōu)化，在實(shí)際應(yīng)用中，人臉的智能分析最大的優(yōu)勢(shì)是隱蔽性和無(wú)需被采集者的主動(dòng)配合，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)前端人臉采集的不確定性，進(jìn)而降低系統(tǒng)的性能，這就需要在人臉檢測(cè)跟蹤的機(jī)制上通過(guò)算法的實(shí)現(xiàn)盡量保證采集的人臉的有效性和可用性，提升識(shí)別性能。采集時(shí)理想的狀態(tài)是每個(gè)人經(jīng)過(guò)覆蓋場(chǎng)景后，能夠采集到一張最優(yōu)的人臉圖像，這樣才能大大降低存儲(chǔ)壓力、提升識(shí)別準(zhǔn)確度。

系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用。在實(shí)際的人臉智能應(yīng)用上，會(huì)遇見前端多個(gè)設(shè)備，同時(shí)多個(gè)設(shè)備中又會(huì)有多個(gè)人臉，在整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程上需要合理設(shè)計(jì)，保證這種幾何級(jí)的采集需求和比對(duì)需求。

比對(duì)算法適應(yīng)性。人臉視頻采集比對(duì)應(yīng)用，不像二代證等數(shù)據(jù)源的標(biāo)準(zhǔn)性，由于前端背景的復(fù)雜程度較大，人員姿態(tài)不可控制，如何能夠保證前端采集的人臉能夠有效和后端不同源的人臉照片進(jìn)行比對(duì)，如何能夠在大量復(fù)雜背景中采集的人臉照片中快速檢索到目標(biāo)人臉，都是影響到系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用重要因素。

發(fā)展方向

人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)提高戶籍、出入境、交警等窗口單位在業(yè)務(wù)辦理中身份確認(rèn)的工作效率，推進(jìn)服務(wù)型政府建設(shè)，提高公安機(jī)關(guān)為人民服務(wù)的能力和水平。同時(shí)應(yīng)用該平臺(tái)對(duì)歷史人口數(shù)據(jù)進(jìn)行清理，糾正人口信息中的錯(cuò)項(xiàng)、誤項(xiàng)。

此外，人臉識(shí)別技術(shù)雖然不產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益，但間接效益也十分重要：可以實(shí)現(xiàn)身份快速識(shí)別、驗(yàn)證、確認(rèn)，提高警務(wù)工作效率；可以規(guī)范人口管理的規(guī)范化、科學(xué)化和標(biāo)準(zhǔn)化；可以提升流動(dòng)人口有效管理，為實(shí)施居住證制度的順利實(shí)施提供身份認(rèn)證技術(shù)手段。

今后，人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，一方面是識(shí)別率的提高，主要是算法的改進(jìn)和模型的優(yōu)化。通過(guò)照片素材的積累及持續(xù)投入研發(fā)資源，不斷提高系統(tǒng)性能及業(yè)務(wù)適應(yīng)性。一方面是業(yè)務(wù)系統(tǒng)的完善，隨著用戶實(shí)際需求不斷深入，結(jié)合技術(shù)特點(diǎn)提取出可行和通用的業(yè)務(wù)功能，使系統(tǒng)更加貼近實(shí)戰(zhàn)，應(yīng)用更加便捷。