面部識別新技術：三維面部識別

王玥　李麗娜

摘 要：三維面部識別是面部識別領域中一項識別率可靠的技術，已經(jīng)在國內(nèi)外一些敏感應用場所得到了推廣使用。文章介紹了三維面部識別的發(fā)展、技術特點、難點與應用熱點，最后對三維面部識別的未來進行了展望。

關鍵詞：三維， 面部識別

中圖分類號：N04；TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8578（2014）S1-0088-02

A New Technology：3D Facial Recognition

WANG Yue LI Lina

Abstract：3D face recognition is a reliable technology t in the field of facial recognition， and has been widely applied in sensitive places. This paper describes the development of 3D facial recognition， technical characteristics， difficulties and hotspots within the application. The future development of 3D facial recognition is also prospected in the end.

Keywords：3D， facial recognition

收稿日期：2014-06-14

作者簡介：王玥（1980—），男，通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，目前從事專利實質(zhì)審查、專利分析工作。通信方式：wangyue_4@sipo.gov.cn。

一 三維面部識別簡介

隨著國內(nèi)外反恐安防形勢日益嚴峻，面部識別產(chǎn)業(yè)需求正在迅速增長。目前基于二維圖像的面部識別技術較為成熟，但二維面部圖像并不能提供識別所需要的完整信息。原因在于，在二維情況下，圖像不可避免會受到光線、背景、視角以及面部的姿態(tài)、遮擋等因素的影響。因此，其識別能力和效果具有一定的局限性，識別精度也很難有進一步的提高。于是，20世紀90年代開始，有學者開始研究三維面部成像技術。近年來，隨著計算機及成像設備的高速發(fā)展，三維面部識別已經(jīng)達到成熟應用階段。三維面部識別技術彌補了二維技術的缺陷，將平面擴展到立體，利用三維計算機模型獲取面部的三維數(shù)據(jù)，真實反映了面部在三維空間中的形狀。由于三維成像技術具有采樣信息豐富、對光照條件適應性強等特點，三維面部識別技術大有取代二維面部識別技術的趨勢。

二 三維面部識別特點

面部識別與指紋、虹膜識別等技術相比，更加隱蔽、友好、便捷，應用前景也更加廣闊。近幾年，光學三維形貌測量技術有了很大的進展，已發(fā)展出一些具有實用潛力的三維形貌測量技術，如結構光投影相移技術等，使得三維面部的識別成為可能。但是，向面部投射結構光實際上已經(jīng)是一種接觸式的識別方法，對被識別者不夠友好，可能會引起法律等方面的爭議，并且也失去了信息隱蔽采集的能力[1]。因此，如何快速高效并且隱蔽的獲取被識別者的三維面部信息引起了人們的重視。

從技術分支角度來說，三維面部識別包括基于數(shù)據(jù)采集、三維模型重建、算法改進、多模態(tài)、活體檢測等五個技術分支。其中數(shù)據(jù)采集是指采集三維面部圖像數(shù)據(jù)，可通過全息攝像機或二維照相機獲取三維面部數(shù)據(jù)，另外還可以由已知平面面部特征構建三維面部數(shù)據(jù)。三維模型重建是指能夠描述面部的共有特征和基本形狀的標準三維面部模型。算法改進是指對提取的三維面部特征利用基于立體特征、模板匹配或統(tǒng)計模型的方法來進行識別方法的改進。多模態(tài)是指將三維面部識別與其他識別方法（如二維面部識別、語音識別、指紋識別等）?；铙w檢測是指檢測活動的面部圖像，而不是靜止的照片，常用于防偽、入侵檢測。

三維面部識別的核心技術通常包括四個模塊，即采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、特征提取模塊和識別模塊[2]。采集模塊負責獲取三維面部數(shù)據(jù)，可以通過三維攝像機或多部二維照相機獲取三維面部數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)從采集模塊接收的三維數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為可處理的數(shù)字格式，對面部表面進行三維重建，得到能夠描述所采集的面部特有特征和基本形狀的標準三維面部模型。特征提取模塊對三維面部數(shù)據(jù)做特征提取，提取能夠描述人的個性特征的三維面部特征參數(shù)。最后，識別模塊對提取的三維面部特征利用基于幾何特征、模板匹配或統(tǒng)計模型的方法來進行面部識別，包括判斷待識別面部屬于哪個特定人的辨識，判斷待識別面部是否屬于某個特定人的確認，或用于活體檢測等其他用途。

三 三維面部識別技術難點與熱點

三維面部識別技術的最大難點在于受到條件和環(huán)境約束，比如光照強弱、光照方向變化、遮擋等。傳統(tǒng)的面部識別系統(tǒng)包括面部定位、圖像預處理、特征提取和識別比對等步驟。在用戶配合情況下已經(jīng)能夠取得不錯的性能，但在無約束場景下，即用戶不配合、采集環(huán)境變化的情況下，性能會急劇下降。另外，基于現(xiàn)有的三維面部識別技術，將面部識別場景應用到全天候光照環(huán)境，同時解決眼鏡、劉海、胡子等遮擋條件下的面部識別問題也是目前行業(yè)上遇到的難點。

傳統(tǒng)的面部識別技術已經(jīng)牢牢占據(jù)了目前的市場應用，因此，拓展三維面部識別產(chǎn)品的應用是當前產(chǎn)業(yè)中研究的熱點。如推出多形態(tài)多平臺面部產(chǎn)品，將三維面部技術應用到考勤機、面部鎖、通道式識別等產(chǎn)品中；拓寬面部應用場景，將三維面部識別應用于智能電視、安卓和蘋果手機平臺等。

在視頻監(jiān)控領域，面部識別也得到了迅速的發(fā)展，在安防工作中發(fā)揮了越來越多的積極作用。但是，視頻監(jiān)控的面部圖像分辨率往往很低。主要存在兩方面的問題：一是操作員無法看清面部（如五官長相）；二是被識別者姿態(tài)不同，難以繪制成正面相?，F(xiàn)在提出了一種制作超低分辨率面部的模擬像的方法，包括模糊人像復原、三維模型成像、面部識別、仿射變換、人像修改技術的綜合應用，可以較好地解決視頻監(jiān)控的超低分辨率面部圖像的恢復難題。

四 發(fā)展展望

國家發(fā)展與改革委員會在《關于組織實施2013年國家信息安全專項有關事項的通知》中指出，未來金融安全、信息安全等四大領域?qū)@得重點支持。因此，作為信息安全領域應用主力軍——生物識別產(chǎn)業(yè)迎來政策利好后的快速增長。三維面部識別作為識別率高、用戶界面友好的一項新技術，將成為信息安全領域中面部識別技術的一個重要發(fā)展方向。

參考文獻

[1] 許然.三維人臉識別系統(tǒng)研究 [D] .浙江理工大學，2011.

[2] 蔡澤民，閆敬文.人臉識別：從二維到三維，計算機工程與應用[J].2011（11）：155-159.