人像識別系統(tǒng)在平安城市建設中應用

□ 文/ 鞏 玨

人像識別系統(tǒng)在平安城市建設中應用

□ 文/ 鞏 玨

隨著改革開放的進一步深入，經(jīng)濟的迅速發(fā)展和城市化建設的步伐日益加快的同時，面對人民群眾安全需求、社會管理的要求、日趨復雜的社會治安情況以及社會公共安全維護保障的難度也日益提高 。安 全 技 術(shù) 防 范 已 成 為 社 會 治 安 防 控 體 系 建 設 的重要組成部分，通過構(gòu)建一個覆蓋整個城市的集成化、多功能、綜合性治安防控網(wǎng)絡，進一步提升公安 機 關(guān) 管 理 社 會 、治 安 防 控 、打 擊 犯 罪 、維 護 穩(wěn) 定 、保障安全的重要手段。近年來，隨著平安城市視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)建設使用實踐的不斷深入，安全技術(shù)防范在預防、發(fā)現(xiàn)、控制和打擊違法犯罪，提供破案線索，固定違法犯罪證據(jù)等方面發(fā)揮著人防、物防所不可替代的重要作用。目前平安城市基本上完成了聯(lián)網(wǎng)、高清化的建設，正在走向以物聯(lián)網(wǎng)、實戰(zhàn)應用、云服務等為代表的新一輪發(fā)展，現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)每天產(chǎn)生海量的網(wǎng)絡高清視頻數(shù)據(jù)，其中就包含大量可用的人臉信息，而當前這些人臉的信息整體 的 利 用 率 不 高 ，配 套 的 使 用 工 具 簡 單 ，甚 至 是 依靠 人 工 排 查 的 落 后 方 式 。因 此 ，為 了 實 現(xiàn) 在 海 量 視頻中的人員身份的快速識別，人臉識別技術(shù)無疑是最佳的選擇。

人臉識別技術(shù)現(xiàn)狀

所謂人臉識別技術(shù)，通常也叫做人像識別、面部識別，即依靠人的面部特征，對輸入的人臉照片或者視頻流進行判斷，前提是先判斷是否存在人臉。若是存在人臉，那么接著的給出人臉的位置、尺寸以及各個主要面部器官的位置信息。并根據(jù)這些信息，更深一步地提取每個人臉中所體現(xiàn)的身份特征，并將其與已存儲好的人臉特征的模版進行比對，從而識別檢測人的身份信息。人臉識別技術(shù)的研究開始于20世紀70年代初。20世紀90年代以來，一些商業(yè)性的人臉識別系統(tǒng)逐漸進入市場，但是人臉識別技術(shù)的性能和準確率還有待提高，近年來人臉識別技術(shù)引起全世界廣泛關(guān)注，企業(yè)對其也加大研究和投入，現(xiàn)如今人臉識別技術(shù)已成為當今平安城市最重要的 手段 之一。

人臉識別技術(shù)包括了人工智能、模式識別、自動學習、圖像處理、數(shù)據(jù)分析、模型分離等多種專業(yè)技 術(shù) ，同 時 需 結(jié) 合 數(shù) 據(jù) 中 間 值 理 論 方 可 實 現(xiàn) 對 人 臉準準確識別，人臉識別技術(shù)流程主要包括以下幾個方面的內(nèi)容。

1 、人 臉 檢 測

即動態(tài)的場景與復雜的背景中檢測出人臉的存在，其包括以下幾種方法進行人臉檢測：參考模板法、人 臉 規(guī)則法、樣品學習法、膚色模型法、特 征子臉法。以上幾種方法可以單獨使用，也可以組合使用，人臉檢測的主要用途是在前端采集系統(tǒng)中尋找人臉區(qū)域，以用于人臉的比對和識別。

2 、人 臉 圖 像 預 處 理

對于人臉圖像的預處理是在人臉檢測出人像的前提下，對人臉的圖像進行處理并最終為特征提取提供支持。由于受到不同條件的限制和環(huán)境的干擾，往往提供給系統(tǒng)的原始圖像不能直接使用，必須在圖像處理的前一階段對它進行光線補償、亮度校驗、噪聲濾波等圖像前置處理。人臉圖像前置處理過程主要包括人臉圖像的圖像增強、灰度變換、圖像分割、亮度校驗、數(shù)字化、歸一化、幾何變換、噪聲濾波以及復原等

3、人臉特征的提取

人臉特征提取通常也稱為人臉表征，人臉識別系統(tǒng)所使用的特征提取包括模板的特征提取、視覺特征提取、像素點特征提取、面部器官的特征提取、代數(shù)方法的特征以及彈性匹配法的特征提取等。人臉特征提取就是針對人臉特征進行提取后建模的過程。

4 、人 臉 識 別

人臉匹配和身份信息的識別。所謂的人臉匹配就是把待 識別的人臉特征與數(shù)據(jù)庫中存儲的特征模板進行搜索匹配，通過提前設定一個界限值，當 相 似 度 超 過 這 一 界 限 值 ，就 把 匹 配 的 結(jié) 果 輸 出 。而人臉識別就是將待識別的人臉特征與已得到的人臉特征模板進行比較，根據(jù)比對的結(jié)果對人臉的 身 份 信 息 進 行 判 斷 。人 臉 識 別 又 分 為 兩 類 ，一 類為1∶1比 對，即 實 現(xiàn) 將 兩 張 圖 像 進 行 相 似 度比 對，系統(tǒng)自動給出兩張人臉照片的相似度，另一類為1∶N比對，即實現(xiàn)將數(shù)據(jù)庫中存儲的特征模板與待識別的人臉特征進行相似度比對，將對比結(jié)果按相似度從高到低進行排列顯示，并顯示圖像相關(guān)人 員的 個人 身 份 信 息 。

人像識別在平安城市建設中的應用

采用高效的人臉監(jiān)控和比對系統(tǒng)，第一可幫助公安偵查人員快速識別+辨別特定人員真實身份，把過去難以想象的千萬級的海量圖像庫比對需求變成現(xiàn)實，從而有效的為公安視頻偵查、治安管理、刑偵立案等工作提供實戰(zhàn)上的有效幫助和解決方法。第二可幫助公安偵查人員辦案時候追查和通緝，真正從打變?yōu)榉?，能夠極大的減少警力資源浪費和事故發(fā)生概率。

1 、應 用 目 的

針對一些人員密集區(qū)域（如車站、港口、機場、購物商城、賓館酒店、社區(qū)等）的關(guān)鍵出入口、通道等位置部署人像識別卡口，后端對重點關(guān)注人員、打防控人員進行黑名單布控，通過實時視頻流比對布控黑名單，實現(xiàn)人臉比對識別。目前人臉抓拍比對系統(tǒng)主要應用在以下幾個方面：

重點人員布控。重點人員包括高危人員、特殊人員等。高危人員包括有全國在逃人員、全國違法犯罪人員；特殊人員包括涉恐涉案人員、涉毒人員、重大犯罪前科人員、肇事肇禍精神病人。通過手動或自動 批 量導入手段將高危 人 員信息導入 至 人 臉 注冊庫中，通過部署的人像識別攝像機實時視頻檢測和照片信息檢索，與人臉注冊庫內(nèi)高危人臉進行實時比對識別，在出現(xiàn)可疑人員時通過平臺告警方式通知公安。

敏感人群布控。敏感人群包括來自特殊地區(qū)、特殊身份、特殊職業(yè)等人員（如來自涉恐地區(qū)人群、個別少數(shù)民族人群、長期無工作人群、非法上訪人群 等 ）。通 過 在 出 入 境 、關(guān) 鍵 人 臉 采 集 卡 口 對 這 些人群進行身份信息和人臉信息采集，通過人臉識別系統(tǒng)對敏感人群的身份信息、行為軌跡、出沒時間等進行管控，從而做到敏感人群防控的目的。

身份 信息確認。在日常巡 邏、人 員身份驗 證、其他民事應用中，為避免肢體接觸和沖突，可通過單兵 、手 機 、相 機 對 涉 事 人 員 進 行 臉 部 拍 照 ，通 過 上 傳照片至后端，后端通過數(shù)據(jù)庫進行人員信息比對分析 ，達 到 人 員 身 份 確 認 的 應 用 。

重要點位重點人員身份排查。針對一些重要管控 的 區(qū) 域 ，如 大 型 保 障 活 動 ，政 府 、公 安 出 入 口 等 布置前端攝像機對現(xiàn)場進行人臉抓拍，安排人員人工進行重點人員篩選排查。

2 、邏 輯 架 構(gòu)

系統(tǒng)業(yè)務邏輯包含三塊內(nèi)容：

人臉采集系統(tǒng)：人臉采集系統(tǒng)包括專業(yè)人臉抓拍機和普通高清網(wǎng)絡攝像機+人臉檢測服務器，是將前端采集到的視頻圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行分析處理，定位檢測獲取人臉圖片，并結(jié)合人員身份信息采集系統(tǒng)獲取人員身份信息進行關(guān)聯(lián)管理。

人臉比對系統(tǒng)：人臉比對系統(tǒng)是對人臉采集系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行智能分析處理，進行人臉圖片建模、通過人臉眼睛、鼻子、嘴、下巴等局部構(gòu)成，對這些局部和它們之間結(jié)構(gòu)關(guān)系的幾何描述，進行人臉特征數(shù)據(jù)提取入庫，并根據(jù)平臺業(yè)務需求進行實時比對識別和事后人臉檢索應用。

人臉庫：人臉庫包括人臉抓拍庫、人臉注冊庫 、黑 名 單 庫 ，其 中 抓 拍 庫 包 括 場 景 圖 片 、場 景 下 摳取的人臉小圖、人臉特征數(shù)據(jù)，是人臉采集系統(tǒng)采集的人臉圖片存儲庫，用于人臉比對系統(tǒng)進行人臉圖片比對檢索；注冊庫包括標準人臉圖片、人員身份信息、人臉特征數(shù)據(jù)，是系統(tǒng)設定前公安批量導入的重點人員庫，用于人臉比對系統(tǒng)進行人臉圖片比對檢索；黑名單庫是注冊庫中將部分重點人員進行布控組成，用于實時比對人臉采集系統(tǒng)傳輸?shù)娜四?圖 片。

業(yè) 務 應 用 ：通 過 平 臺 進 行 實 時 布 控 、查 詢 檢 索 、配置管理等功能應用。

整體邏輯架構(gòu)如下圖：

3 、系 統(tǒng) 拓 撲

系 統(tǒng) 由 前 端 攝 像 機 、人 臉 檢 測 服 務 器 、人 臉 識別 服 務 器 、存 儲 設 備 、人 臉 數(shù) 據(jù) 庫 、人 臉 識 別 系 統(tǒng)平臺六類設備：

前端攝像機：前端攝像機包括普通高清網(wǎng)絡攝像機和專業(yè)人臉抓拍機。普通高清網(wǎng)絡攝像機主要實現(xiàn)圖像采集、編碼等功能。專業(yè)人臉抓拍機不僅實現(xiàn)普通高清網(wǎng)絡攝像機的所有功能，其內(nèi)置智能分析算法，能實現(xiàn)對視頻中人臉進行自動捕獲、跟蹤、抓拍等功能。同時專業(yè)人臉抓拍機擁有人臉區(qū)域自動曝光優(yōu)化、人臉小圖優(yōu)化處理等功能，更適合于人臉卡口場景下獲取最優(yōu)人臉圖片；

人臉檢測服務器：人臉檢測服務器搭配普通高清網(wǎng)絡攝像機對傳輸?shù)膶崟r視頻流進行人臉檢測、定位、跟蹤、人臉圖片選優(yōu)，將人臉圖片進行摳取，傳輸?shù)?識 別 服 務 器 進 行 存 儲 和 人 臉 建 模 、比 對 ；

人臉識別服務器：利用人臉識別算法，對人臉檢測服務器傳輸?shù)娜四樞D進行建模和結(jié)構(gòu)化，獲取人臉特征數(shù)據(jù)后為人臉實時比對識別、人臉后檢索等功能提供算法支持；

人臉數(shù)據(jù)庫服務器和人臉圖片存儲：人臉數(shù)據(jù)庫專門用于存儲人臉系統(tǒng)的人臉數(shù)據(jù)，主要包括抓拍庫人臉特征向量、注冊庫人臉小圖、注冊庫人臉特征向量、黑名單人臉小圖、黑名單人臉特征向量；另外抓拍庫圖片（人臉小圖和抓拍大圖）存儲在人臉識別服務器中，當識別服務器存儲容量不足時，可外擴IPSAN設備進行存儲。

人臉視頻存儲：前端攝像機對實時視頻的存儲，可存儲在平臺下掛載的IPSAN或?qū)I(yè)監(jiān)控行業(yè)存儲設備中，也可以通過網(wǎng)絡硬盤錄像機做視頻存儲。

管理平臺：人臉識別系統(tǒng)平臺主要實現(xiàn)人臉系統(tǒng)相關(guān)的設備管理、識別場景規(guī)則設置、報警聯(lián)動等配置和管理，并結(jié)合客戶端實現(xiàn)對圖像的預覽檢索、各種報警信息的查看等操作。

4 、前 端 圖 像 采 集 要 求

前端系統(tǒng)組成

人臉識別前端主要分為兩類：

普通高清IPC--后端需要配合人臉檢測服務器進行人臉檢測，再接入人臉識別服務器；

人臉抓拍IPC--可以直接接入人臉識別服務器；

通常人員抓拍相機對于安裝的場景有比較高的要求：

人臉大?。?00像素以上(雙眼距離大于50像素)

角度：上下角度在15度以內(nèi)，左右角度在30度以內(nèi)(眉尖可見)

圖像質(zhì)量：聚焦清晰，光照均勻，注意避免逆光、側(cè)光，必要時進行補光

其他：表情自然，盡量避免帽子、圍巾、墨鏡等遮擋面部信息

通常在一些城市中，典型的適合人員抓拍的地點和 場 景有：

1）車 站 、碼 頭 出 入 口；2）機 場 安 檢 處 ；3）政 府 機關(guān)企事業(yè)單位重要場所的走道；4）大型商場出入口，上 下 扶 梯 處 ；5 ） 小 區(qū) 、社 區(qū) 出 入 口（ 非 室 外 環(huán) 境 ） 等等；

結(jié)束語

隨 著 平 安 城 市 技 術(shù) 發(fā) 展 的 日 新 月 異 ，監(jiān) 控 的 網(wǎng) 絡化、高清化為人臉識別提供了硬件基礎，而云計算、云儲存的發(fā)展為人臉數(shù)據(jù)提供技術(shù)支撐，客戶對人臉識別需求也日趨成熟和明確，人臉識別將在平安城市、公安、交通、金融、電信等方面應用更加廣泛，帶來新的飛躍。

作 者 單 位 ：深 圳 市 中 瀛 鑫 科 技 股 份 有 限 公 司