大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)移動(dòng)人臉識(shí)別系統(tǒng)概述

摘 要：大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)人臉識(shí)別平臺(tái)以及由此拓展的移動(dòng)人臉識(shí)別平臺(tái)充分利用手持式終端帶來(lái)的辦公便捷性和移動(dòng)性，以大規(guī)模人臉識(shí)別平臺(tái)為依托，將后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)和移動(dòng)終端完美結(jié)合，為公安機(jī)關(guān)的日常治安管理和核查辦案等工作提供便捷，大大提高公安干警的工作效率、減少逃犯逃網(wǎng)幾率。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別；大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)；移動(dòng)人臉識(shí)別；圖像檢索

中圖分類號(hào)：TP391.41

大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)移動(dòng)人臉識(shí)別系統(tǒng)是一個(gè)大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)人臉識(shí)別平臺(tái)和由此拓展的移動(dòng)人臉識(shí)別平臺(tái)相結(jié)合的綜合人臉識(shí)別平臺(tái)，其目的在于充分利用公安機(jī)關(guān)龐大的人臉圖像數(shù)據(jù)，為公安機(jī)關(guān)的日常治安管理和核查辦案等工作提供便捷和保障，提高公安干警的工作效率、減少逃犯逃網(wǎng)幾率。

在進(jìn)行人臉比對(duì)之前，必須先完成人臉特征批量提取、建立人臉特征數(shù)據(jù)庫(kù)等前期工作，人臉特征提取要求自動(dòng)和快速，一般公安機(jī)關(guān)人口庫(kù)中的人臉圖片數(shù)量達(dá)到百萬(wàn)千萬(wàn)級(jí)別，數(shù)據(jù)量極為龐大，保證在短時(shí)間內(nèi)完成人臉特征提取、錄入人臉特征并建立數(shù)據(jù)庫(kù)，才能大大提升系統(tǒng)的效率和性能。針對(duì)人臉特征數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模龐大的問(wèn)題，系統(tǒng)通過(guò)分布并行處理等多種方法綜合解決由此帶來(lái)的查詢速度慢問(wèn)題。再者，系統(tǒng)支持并發(fā)人臉比對(duì)，同時(shí)為多個(gè)用戶提供檢索服務(wù)。移動(dòng)端人臉識(shí)別系統(tǒng)基于Android平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)后臺(tái)提供的Web service API完成和后臺(tái)的通信和交互，包含登錄驗(yàn)證、權(quán)限驗(yàn)證、傳輸人臉圖像、接收并解析結(jié)果數(shù)據(jù)、下載并顯示數(shù)據(jù)等。功能齊全、查詢便捷和良好的用戶體驗(yàn)是移動(dòng)人臉識(shí)別系統(tǒng)的首要要求。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)人臉識(shí)別系統(tǒng)后臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

后臺(tái)大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)人臉比對(duì)系統(tǒng)由Web客戶端子系統(tǒng)、人臉圖像預(yù)處理子系統(tǒng)、人臉比對(duì)子系統(tǒng)、人臉特征數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)4部分組成，由Web客戶端采集的人臉圖像通過(guò)公安機(jī)關(guān)內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，人臉比對(duì)子系統(tǒng)接收到人臉圖像后，先調(diào)用人臉圖像預(yù)處理子系統(tǒng)對(duì)人臉圖像進(jìn)行預(yù)處理，將人臉圖像轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的8位灰階位圖格式，最后得到歸一化后的人臉截圖。人臉特征數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)進(jìn)行批量人臉特征提取、批量導(dǎo)入人臉特征數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的人員詳細(xì)身份信息；人臉比對(duì)服務(wù)器在對(duì)歸一化的人臉圖像進(jìn)行特征提取后，將獲得的特征和特征文件中的人臉特征進(jìn)行一一對(duì)比，并計(jì)算相似度，比對(duì)結(jié)果按照相似度分?jǐn)?shù)從高到低進(jìn)行排列。接著向Web 客戶端返回人臉比對(duì)查詢的結(jié)果數(shù)據(jù)，由客戶端按照特定的格式進(jìn)行顯示。

1.2 移動(dòng)端人臉識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

人臉識(shí)別系統(tǒng)平臺(tái)由移動(dòng)終端設(shè)備及軟件組成，以大規(guī)模人臉識(shí)別系統(tǒng)為依托。移動(dòng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)采集照片，對(duì)照片進(jìn)行剪裁、角度調(diào)整、對(duì)比度增強(qiáng)等預(yù)處理后，由公安機(jī)關(guān)內(nèi)網(wǎng)傳輸?shù)胶笈_(tái)人臉比對(duì)服務(wù)器進(jìn)行比對(duì)，同時(shí)接收和顯示后臺(tái)傳回的比對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)。移動(dòng)客戶端提供兩種比對(duì)模式，1：N人臉比對(duì)和1：1人臉比對(duì)。移動(dòng)客戶端同時(shí)提供人臉注冊(cè)、歷史記錄查詢、切換人臉特征數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、系統(tǒng)更新等功能；后臺(tái)人臉比對(duì)服務(wù)器采用分布式架構(gòu)（人臉特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，可以進(jìn)行并發(fā)特征檢索），以實(shí)現(xiàn)高速率的人臉比對(duì)；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器批量存儲(chǔ)人臉詳細(xì)身份信息和人臉特征數(shù)據(jù)，作為人臉比對(duì)的原始數(shù)據(jù)；Web服務(wù)器為PC端人臉比對(duì)客戶端，也可以發(fā)布移動(dòng)端的人臉比對(duì)和監(jiān)控結(jié)果，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)發(fā)布和報(bào)警等。

2 系統(tǒng)基本功能

人臉識(shí)別系統(tǒng)包括人臉圖像采集、圖像預(yù)處理等處理模塊，對(duì)圖像進(jìn)行歸一化后，接著進(jìn)行人臉檢測(cè)和特征提取，再對(duì)提取到的人臉特征進(jìn)行比對(duì)、檢索，達(dá)到識(shí)別不同人身份的目的。本系統(tǒng)分為后臺(tái)大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)人臉識(shí)別平臺(tái)和基于 Android 的移動(dòng)客戶端系統(tǒng)平臺(tái)，其功能主要包含以下幾個(gè)方面。

2.1 人臉特征數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和管理

人臉特征數(shù)據(jù)庫(kù)的建立包含人臉圖像預(yù)處理、人臉特征批量提取、特征批量導(dǎo)入、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)和更新四個(gè)步驟。系統(tǒng)通過(guò)批量提取人臉特征，自動(dòng)建立人臉特征數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)通過(guò)模塊化操作規(guī)范人臉特征數(shù)據(jù)庫(kù)的增、刪、改、查等管理。隨著時(shí)間的變化，同一個(gè)人的人臉特征也會(huì)產(chǎn)生或多或少的變化，人臉特征數(shù)據(jù)庫(kù)需要不斷地動(dòng)態(tài)維護(hù)和更新，建立規(guī)范化的管理模塊、自動(dòng)化的人臉提取模塊，有利于人臉特征數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，簡(jiǎn)化管理人員的管理工作。

2.2 人臉特征檢索

利用已經(jīng)建立的人臉特征數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的核心功能人臉識(shí)別，完成人臉特征的比對(duì)查詢，將相似度前 N 的人臉特征進(jìn)行排序，并且將這些人臉特征對(duì)應(yīng)的人臉圖像作為查詢結(jié)果在客戶端進(jìn)行顯示。比對(duì)查詢時(shí)可以縮小查詢范圍，限定年齡、性別等查詢條件，同時(shí)可以切換目標(biāo)人臉數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.3 移動(dòng)客戶端人臉識(shí)別平臺(tái)

以提供便捷、移動(dòng)性的人臉識(shí)別功能為核心，同時(shí)提供人臉身份信息注冊(cè)、比對(duì)歷史記錄查詢、人臉庫(kù)切換查詢等功能。為公安機(jī)關(guān)的日常治安管理和核查辦案等工作提供便捷和保障，提高公安干警的工作效率、減少逃犯逃網(wǎng)幾率。

3 應(yīng)用領(lǐng)域

目前，人臉識(shí)別技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：

3.1 區(qū)域監(jiān)控

如門禁系統(tǒng)、安檢系統(tǒng)、小區(qū)人臉監(jiān)控系統(tǒng)等。2008年北京奧運(yùn)會(huì)是奧運(yùn)史上第一次運(yùn)用人臉識(shí)別技術(shù)，在開(kāi)幕式進(jìn)入場(chǎng)館時(shí)觀眾必須經(jīng)過(guò)人臉識(shí)別系統(tǒng)的檢驗(yàn)，證明實(shí)名制的入場(chǎng)券確是本人所有。

3.2 電子身份證件

目前，各個(gè)國(guó)家和組織相繼推出和生物特征識(shí)別相結(jié)合的電子身份證件以及相應(yīng)的識(shí)別系統(tǒng)，人臉識(shí)別技術(shù)為首推的技術(shù)。將人員的人臉特征嵌入到可機(jī)讀的電子護(hù)照中，通過(guò)特征掃描設(shè)備獲取人臉特征后即可通過(guò)人臉識(shí)別系統(tǒng)確定該人員的具體身份。這大大有助于對(duì)旅客、出入境人員的管理等工作。

3.3 緝兇、刑偵領(lǐng)域

公安機(jī)關(guān)可以利用已經(jīng)建立的人臉比對(duì)系統(tǒng)，識(shí)別在逃人員或網(wǎng)絡(luò)人員身份、緝拿逃犯。

3.4 ATM機(jī)取款

如果在取款的時(shí)候要求對(duì)取款人員進(jìn)行面部掃描，并且聯(lián)合用戶密碼來(lái)進(jìn)行身份確認(rèn)，這樣就能避免錢款被人盜取。

3.5 信息安全

目前，我們?cè)诰W(wǎng)上進(jìn)行交易、個(gè)人計(jì)算機(jī)登錄、個(gè)人網(wǎng)站登錄、社交網(wǎng)站登錄、移動(dòng)客戶端App登錄等過(guò)程中，使用的都是文本形式的密碼，如果用戶密碼被他人盜取，用戶的賬號(hào)就會(huì)被盜用、隱私被竊取，更嚴(yán)重的后果是，將會(huì)對(duì)用戶或者企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如果在認(rèn)證過(guò)程中，結(jié)合人臉識(shí)別技術(shù)，將會(huì)大大減少賬號(hào)被冒用的可能，有力地保護(hù)了用戶的隱私和互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的安全。

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作者簡(jiǎn)介：李耀敏（1982.09-），男，湖北武漢人，本科，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

作者單位：中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所，武漢 430205