淺析人臉識別解鎖系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望

摘 要：作為人工智能中人臉識別的技術(shù)之一，人臉識別是對人的面部特征與信息進(jìn)行采集，對顯示的面部影像，首先檢測在拍攝鏡頭中是否有人臉，若檢測到人臉，則進(jìn)一步的給出臉的位置、形狀和各個(gè)面部器官的坐標(biāo)、形狀等信息。處理器提取信息后，將其與已知的面部特征進(jìn)行對比，從而識別用戶的身份。它包括人臉檢測、人臉跟蹤、人臉對比三項(xiàng)主要內(nèi)容。而人臉識別解鎖系統(tǒng)就是基于人臉識別技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過識別人臉來對戶與設(shè)備中存儲的人臉信息進(jìn)行比對進(jìn)而判斷該用戶是否能夠進(jìn)入系統(tǒng)的技術(shù)。用戶通過電子設(shè)備的攝像頭拍攝自己的面部影像，使設(shè)備預(yù)先記錄下了本人的面部信息。然后再通過攝像頭對采集的影像進(jìn)行比對進(jìn)而開放設(shè)備。如果登錄用戶的臉與“預(yù)先設(shè)定的身份認(rèn)證信息”比對結(jié)果成功，那么用戶就可進(jìn)入并使用設(shè)備。

關(guān)鍵詞：人臉識別；Eye Verify；解鎖；眼球識別

中圖分類號：TP391.41

1 人臉識別解鎖系統(tǒng)現(xiàn)狀

人臉識別技術(shù)一直是計(jì)算機(jī)和生物工程的熱門領(lǐng)域，而人臉識別解鎖技術(shù)在近幾年已經(jīng)越來越多地在電腦、手機(jī)登錄等信息安全領(lǐng)域中被運(yùn)用。但是由于該技術(shù)被申請專利和開發(fā)的價(jià)值等原因，該技術(shù)暫時(shí)只在少數(shù)高端機(jī)中出現(xiàn)。

目前，在手機(jī)市場中僅有三星系列高端機(jī)、華為C8825D自帶人臉識別解鎖系統(tǒng)，而根據(jù)親身體驗(yàn)來看現(xiàn)有的系統(tǒng)中人臉識別度還是比較低。而且安全度較低，比不上圖案、PIN或密碼，面容相似的人也能解鎖用戶的手機(jī)，而且用于識別面部的數(shù)據(jù)是在手機(jī)上非保密存儲的。在設(shè)置時(shí)，首先要對面部進(jìn)行拍照，需要亮度適中的室內(nèi)場所，而且手機(jī)要與視線平齊。經(jīng)過約5秒鐘，手機(jī)捕獲到面部影像進(jìn)行存儲。由于拍攝時(shí)受光線、環(huán)境等影響較大，所以存儲的影像可能跟平常有較大差別。這直接導(dǎo)致了在使用面部解鎖時(shí)，明明是用戶本人的面部但是手機(jī)卻不識別?？紤]到這一點(diǎn)，現(xiàn)今的有此功能的手機(jī)都會詢問用戶當(dāng)面部識別無法使用或面部無法識別的時(shí)候要改用圖案還是PIN解鎖。

從這點(diǎn)上來看，人臉識別解鎖的實(shí)用性就很低，而且操作起來也不是十分方便，對手機(jī)也造成了電量的耗損和內(nèi)存的占用。

而在電腦市場中，由于該技術(shù)是最先應(yīng)用于電腦的，而且電腦的內(nèi)存和智能型要要大于手機(jī)，所以相對于手機(jī)市場來說要成熟一些。某些品牌的電腦如聯(lián)想系統(tǒng)中已自帶人臉識別系統(tǒng)，而能夠使用在電腦上的人臉識別軟件如Luxand Blink！Pro市場上也非常多，并且是免費(fèi)的。而在實(shí)用性上，雖然它比手機(jī)的情況要好一些，但是仍存在著導(dǎo)致開機(jī)時(shí)間過長、對面部識別度不高、畫質(zhì)太低等問題。在安全性方面，它同樣也設(shè)有備用PIN碼，這也是因?yàn)槊娌孔R別技術(shù)還不夠成熟，安全度低的原因。

再者，面部識別系統(tǒng)的表現(xiàn)與用戶自己的電腦或手機(jī)攝像頭的像素有密切關(guān)系，這也解釋了目前只有一些像素高硬件強(qiáng)的手機(jī)才能配用該系統(tǒng)的緣由。電腦若是配置較低，那么自然而然就會“連累”人臉識別解鎖的過程。

2 人臉識別解鎖系統(tǒng)的原理

人臉識別解鎖的原理其實(shí)是通過識別攝像頭中的鼻子、眼睛等主要面部器官信息，從定位畫面中人臉的位置，并自動將該人臉拍攝下來，并據(jù)此設(shè)置焦距和曝光量。當(dāng)面部識別軟件識別功能開始運(yùn)行時(shí)，相機(jī)會自動根據(jù)一個(gè)人的臉的位置和強(qiáng)度的圖片設(shè)置為確保清晰，準(zhǔn)確曝光的臉。此外，當(dāng)多個(gè)人臉在屏幕上，它也可以準(zhǔn)確地對人臉進(jìn)行一一識別，挑選最重要的目標(biāo)。

在過去，識別過程中，如何處理人物和背景的關(guān)系一直是一個(gè)棘手的問題：如果人物不是正對著攝像頭，攝像頭就可能把焦點(diǎn)對在非目標(biāo)的地方，可能是背景，也可能是不應(yīng)對焦的人物，導(dǎo)致目標(biāo)人物成像模糊不清；當(dāng)所要拍攝的人臉和背景的亮度有較大差別的時(shí)候，目標(biāo)就會曝光不足或過度。在攝影領(lǐng)域，出現(xiàn)這些問題的時(shí)候，專業(yè)的數(shù)碼相機(jī)可以配備專門的重點(diǎn)和計(jì)量系統(tǒng)，以及“和鎖”可以更精確的區(qū)分任何焦距背景中的焦點(diǎn)。但是這樣的一套復(fù)雜的專業(yè)攝影師和手指靈巧的經(jīng)驗(yàn)是一大考驗(yàn)，而當(dāng)問題出現(xiàn)在智能手機(jī)的識別系統(tǒng)中的時(shí)候，問題就更大。

而人臉識別技術(shù)的出現(xiàn)，則讓這個(gè)難題迎刃而解。這一技術(shù)能夠讓攝像頭自動識別畫面中是否有目標(biāo)人臉，若有則自動將拍攝目標(biāo)對準(zhǔn)人臉。然后，再針對人臉的實(shí)際狀況和當(dāng)時(shí)環(huán)境來調(diào)整焦距和曝光度。這一智能功能可以帶來兩個(gè)好處：一是使提取面部數(shù)更精確，可以再處理器中實(shí)現(xiàn)分辨率更高的還原圖像；二是提升了處理的速度，更符合現(xiàn)在人們快節(jié)奏的生活現(xiàn)狀和滿足人們對智能手機(jī)的高標(biāo)準(zhǔn)功能需要。

而隨著近幾年活體檢測的實(shí)現(xiàn)，對手機(jī)與電腦的安全性來說是一個(gè)很大的跨越，它的出現(xiàn)避免了不法分子使用機(jī)主照片、視頻等無生命人臉影像特征騙過人臉識別系統(tǒng)而侵入機(jī)主的手機(jī)或電腦，竊取機(jī)主各種數(shù)據(jù)信息。該功能通過要求被識別者在一定范圍內(nèi)（為了確保人臉能夠被攝像頭捕捉），輕微晃動頭部或作出一些面部表情變化（例如眨眼），以便幫助人臉識別系統(tǒng)確認(rèn)信息采集對象是否具有生命特征，從而在安全方面有了長足的提高。

3 人臉識別解鎖系統(tǒng)的優(yōu)勢

那么既然說了這么多這個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)階段的一些短板和弊端，這些問題在未來是否能夠解決呢？或者說人臉識別系統(tǒng)在解鎖方面的應(yīng)用在未來會有怎樣的優(yōu)勢呢？

相對于目前市場上在識別解鎖方面的另一熱門——指紋識別來說，人臉識別解鎖系統(tǒng)的優(yōu)勢十分明顯：

3.1 自然性

具備自然性的識別方式是通過觀察比對人臉來進(jìn)行身份驗(yàn)證，這一點(diǎn)與人類（包括其它生物）進(jìn)行身份識別時(shí)所利用的生物特征相同，語音識別和體形識別等也具有自然性，而指紋識別和虹膜識別等則不具備。

3.2 非強(qiáng)制性

被捕捉的面部圖像信息可以在不讓被測用戶察覺的情況下而得到，運(yùn)用光線的反射與折射獲取面部圖像信息，而不同于指紋識別或者虹膜識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種很容易被人察覺的捕捉方式，從而提高了安全性。

3.3 非接觸性

相對于其他生物識別技術(shù)，非接觸式識別，與用戶和設(shè)備不在能滿足實(shí)際應(yīng)用中的情況下排序的多人臉需要直接接觸，判斷和識別的需求，而人臉識別可以滿足。

4 人臉識別解鎖系統(tǒng)的未來

而在技術(shù)方面，基于現(xiàn)在的人臉識別對3D方面有了新突破，可以對面部進(jìn)行數(shù)以萬計(jì)的基點(diǎn)，根據(jù)這些點(diǎn)到屏幕的距離，可以有效識別屏幕前方的是平面的還是真人。而我認(rèn)為，若是想要人臉識別解鎖系統(tǒng)安全性和準(zhǔn)確度在未來能夠提高，一個(gè)非常有效的辦法就是與眼球識別系統(tǒng)結(jié)合起來。

在以前，眼球識別系統(tǒng)是通過識別虹膜來實(shí)現(xiàn)的，但是虹膜識別的安全性不如人臉識別，這是因?yàn)榭梢岳煤芏嗖环ㄊ侄胃淖兒缒さ男螒B(tài)和顏色等識別所需要的關(guān)鍵特征，比如通過高清攝像機(jī)事先將機(jī)主的虹膜拍攝下來，利用制作工藝形成特殊的隱形眼鏡似的鏡片，這樣就可以通過虹膜識別。相比較這種造假方式來說人臉識別就很難辦到，因?yàn)楹茈y用高科技手段做出一個(gè)跟機(jī)主有99%以上相似度的頭套或面罩。而且虹膜識別的用戶體驗(yàn)不是很好，它需要用戶眼睛一眨不眨地盯著紅外線一直看，如果中途眼睛微動就很可能造成整個(gè)識別過程出現(xiàn)異常，進(jìn)而導(dǎo)致識別失敗，出現(xiàn)就算確實(shí)是機(jī)主也無法解鎖的尷尬局面。而且虹膜本身就算不借助外力也可能在人的某些過程中出現(xiàn)變化，比如一些處方藥在服用后就會對虹膜結(jié)構(gòu)有一些影響，而女性在妊娠期也可能造成虹膜改變。

但是最近的眼球識別有了新突破。Eye Verify開發(fā)的軟件可以通過識別和記憶眼睛的物理結(jié)構(gòu)來對用戶進(jìn)行身份驗(yàn)證。因?yàn)槊總€(gè)人都有自己特定的眼睛的物理結(jié)構(gòu)，而眼紋更是獨(dú)一無二的。而眼球識別技術(shù)可以達(dá)到比指紋識別更高的準(zhǔn)確度，而且不像虹膜識別那樣需要專門配套紅外線識別儀器，節(jié)省了不少開支和空間。通過眼球識別來解鎖十分簡單——只要雙眼看著攝像頭不超過3秒，同時(shí)輕微轉(zhuǎn)動你的眼球即可。

人臉會變化，人臉的變化是復(fù)雜而又不可預(yù)測的。但是眼球的變化是有周期和應(yīng)激性的。眼睛的形狀會隨著時(shí)間的變化而變化，眼睛腫的無數(shù)條毛細(xì)血管也會隨著身體狀態(tài)或情感波動而隨之改變。但是眼球識別系統(tǒng)會據(jù)此調(diào)整之前錄入的眼球信息庫。這就可以做到只需要檢測眼睛的眼紋，對用戶進(jìn)行高效高精度驗(yàn)證。

在未來的識別過程中，計(jì)算機(jī)將同時(shí)采集用戶的面部特征和眼球特征，綜合交叉比對在數(shù)據(jù)庫中存儲的設(shè)置安全鎖特征，這樣相當(dāng)于解鎖時(shí)設(shè)立了兩道關(guān)卡，必須面部和眼紋同時(shí)匹配才能解鎖。此數(shù)據(jù)處理時(shí)間和處理器的速度無疑提出了更高的要求。這將需要的計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展水平跟上腳步。

在未來，我認(rèn)為人臉識別解鎖技術(shù)可以與更多地新興高新技術(shù)相結(jié)合，這將大大提升電子產(chǎn)品的智能化程度、安全性及用戶體驗(yàn)度，可以不僅僅將其應(yīng)用領(lǐng)域局限于電腦和手機(jī)，也可以應(yīng)用到電視、冰箱等產(chǎn)品中去，從而可以傳統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)升級的腳步加快。而在人類發(fā)展角度看，這是人類文明與科技進(jìn)步的表現(xiàn)；從科研探索的角度看，這是為計(jì)算機(jī)人工智能化開啟了一扇大門；從市場發(fā)展前景來看，它的發(fā)展空間和未來收益也是非常樂觀的。

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作者簡介：李瑞琪（1993-），女，吉林通化人，本科在讀，主要研究方向：管理信息科學(xué)。

作者單位：中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)，武漢 430073