人臉識(shí)別和步態(tài)識(shí)別技術(shù)融合的必要性

李玲玲

摘要：人臉識(shí)別技術(shù)起源于18世紀(jì)。步態(tài)識(shí)別技術(shù)具有其他生物識(shí)別技術(shù)難以比擬的優(yōu)勢(shì)。人臉識(shí)別和步態(tài)識(shí)別可以互補(bǔ)。人臉識(shí)別技術(shù)和步態(tài)識(shí)別技術(shù)兩者的應(yīng)用場(chǎng)合和使用條件相似。人臉識(shí)別和步態(tài)識(shí)別技術(shù)適用的范圍不同，各有優(yōu)勢(shì)，又各有長(zhǎng)短、不足和局限。融合技術(shù)可以使其優(yōu)勢(shì)更明顯，缺點(diǎn)則得以彌補(bǔ)。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別；步態(tài)識(shí)別；融合

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）28-0187-02

身份識(shí)別技術(shù)自古就有，比如按指紋識(shí)別技術(shù)可以追溯到公元前500年的古巴比倫；它基于人本身固有的生物特征（含指紋、面相、步態(tài)等），具有唯一性和在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定性。生物識(shí)別技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而蓬勃發(fā)展，比如先后出現(xiàn)了半自動(dòng)人臉識(shí)別系統(tǒng)、手型識(shí)別系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、虹膜識(shí)別系統(tǒng)等。但這些技術(shù)需要被測(cè)試者的配合，需要在較近范圍進(jìn)行身份識(shí)別。

傳統(tǒng)的身份識(shí)別方式如卡、印章等容易復(fù)制、易于丟失，用戶(hù)名和密碼也容易破解和遺忘；互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展呼喚安全、快速、準(zhǔn)確的身份識(shí)別技術(shù)，而利用人的生物特征（人臉、指紋、虹膜、掌紋等）和行為特征（步態(tài)、筆跡等）進(jìn)行生物鑒別的技術(shù)已成為研究的熱點(diǎn)。生物鑒別技術(shù)具有普遍性、唯一性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性等必要特性和干擾小、實(shí)時(shí)性和計(jì)算復(fù)雜性等可選特性。生物特征技術(shù)可以隱蔽操作，可以應(yīng)用于抓捕罪犯等安全應(yīng)用；采集信息時(shí)沒(méi)有直接接觸人體，無(wú)侵犯性，容易被大眾接受；交互性強(qiáng)，應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。

人口的增加和人口流動(dòng)性增強(qiáng)呼喚更方便便捷的身份識(shí)別技術(shù)，在火車(chē)站、汽車(chē)站或機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所利用步態(tài)識(shí)別技術(shù)可以不打攪行人而找到嫌疑人，2001年的911事件催生了在敏感場(chǎng)所進(jìn)行遠(yuǎn)距離、全天候、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，步態(tài)識(shí)別技術(shù)呼之欲出。

人臉識(shí)別技術(shù)和步態(tài)識(shí)別技術(shù)兩者的應(yīng)用場(chǎng)合和使用條件相似。比如都不需要被測(cè)試者的主動(dòng)配合，可以秘密對(duì)測(cè)試者進(jìn)行身份識(shí)別，可應(yīng)用于自動(dòng)監(jiān)控和門(mén)禁系統(tǒng)。因此在應(yīng)用場(chǎng)景上人臉識(shí)別和步態(tài)識(shí)別具有融合的可能。但兩種技術(shù)生物特征的影響因素不同。在其中一種生物特征受到影響因素干擾的時(shí)候，另一種生物特征仍然可以正常發(fā)揮作用。比如被測(cè)試者戴假發(fā)、化妝，其人臉特征有變化，但步態(tài)特征沒(méi)變化。當(dāng)被測(cè)試者受傷或生病時(shí)，其步態(tài)特征有變，但人臉特征沒(méi)影響?？梢?jiàn)人臉識(shí)別技術(shù)和步態(tài)識(shí)別技術(shù)具有互補(bǔ)性。人臉識(shí)別技術(shù)和步態(tài)識(shí)別技術(shù)都是生物特征識(shí)別技術(shù)，運(yùn)用每個(gè)人與眾不同的生物特征的唯一性和穩(wěn)定性，不需要攜帶卡片，也不需要記密碼，方便、安全還不易假冒偽造。

人臉識(shí)別受光照、表情、姿勢(shì)、化妝、發(fā)型等影響較大；年齡也對(duì)人臉識(shí)別有影響。步態(tài)識(shí)別易受生病、道路崎嶇、衣服光照等的影響。

人臉識(shí)別技術(shù)起源于18世紀(jì)。人臉識(shí)別適合近距離，步態(tài)識(shí)別適合遠(yuǎn)距離。人臉識(shí)別和步態(tài)識(shí)別可以互補(bǔ)。比如對(duì)人臉識(shí)別影響大的低分辨率和照明條件對(duì)步態(tài)識(shí)別幾乎無(wú)影響；對(duì)步態(tài)識(shí)別影響大的搬運(yùn)條件、走路環(huán)境、衣著等對(duì)人臉識(shí)別影響小。所以步態(tài)識(shí)別和人臉識(shí)別互相彌補(bǔ)，二者融合可以降低出錯(cuò)率。

人臉識(shí)別技術(shù)和步態(tài)識(shí)別技術(shù)都可以隱蔽的進(jìn)行秘密目標(biāo)識(shí)別，不侵犯?jìng)€(gè)人隱私。

人臉識(shí)別技術(shù)廣泛應(yīng)用于公安、司法、政府、金融、安檢、保安等部門(mén)進(jìn)行身份識(shí)別。

遠(yuǎn)距離下人臉識(shí)別技術(shù)的短處：一是環(huán)境失去控制，如分辨率低、天氣模糊、照明差等，二是被拍攝者拒絕合作，如戴太陽(yáng)鏡、捂臉、彎腰等。有遠(yuǎn)距離人臉識(shí)別算法解決這個(gè)難題。

而步態(tài)識(shí)別技術(shù)具有其他生物識(shí)別技術(shù)難以比擬的優(yōu)勢(shì)：遠(yuǎn)距離身份識(shí)別、不侵犯隱私的優(yōu)勢(shì)、有利于法醫(yī)學(xué)的研究和應(yīng)用等。但也避免不了與人臉識(shí)別技術(shù)相似的缺點(diǎn)：比如相機(jī)角度、天氣條件、甚至衣服等都會(huì)影響步態(tài)識(shí)別技術(shù)的準(zhǔn)確性。

步態(tài)識(shí)別技術(shù)對(duì)分辨率要求不高。因此可以用較普通的攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)步態(tài)識(shí)別技術(shù)，由此降低了步態(tài)識(shí)別技術(shù)的成本。

人臉識(shí)別技術(shù)和步態(tài)識(shí)別技術(shù)在應(yīng)用場(chǎng)合和使用條件上具有相似性，具備可融合的基礎(chǔ)與前提。在影響因素上，人臉識(shí)別易受光照、距離、表情、姿態(tài)的影響；步態(tài)識(shí)別易受年齡、身體狀況、心理因素、背包等影響。人臉和步態(tài)可在攝像機(jī)拍的一幅視頻中同時(shí)提取，在相同場(chǎng)合中二者還可以互補(bǔ)。將人臉識(shí)別技術(shù)與步態(tài)識(shí)別技術(shù)進(jìn)行融合，能提高生物識(shí)別技術(shù)的效率。

人臉識(shí)別和步態(tài)識(shí)別如何融合？

人臉識(shí)別一般正面識(shí)別率高，步態(tài)識(shí)別側(cè)面識(shí)別率高；最早做的融合就是將二維側(cè)面步態(tài)和正面人臉特征融合。二維步態(tài)識(shí)別只需單個(gè)攝像機(jī)進(jìn)行拍攝提取信息，三維步態(tài)識(shí)別則是在兩個(gè)或兩個(gè)以上的攝像機(jī)拍攝的多維視頻中進(jìn)行三維模型跟蹤。二維跟蹤簡(jiǎn)單快捷，但易受攝像機(jī)角度控制。后來(lái)的融合一般是以三維步態(tài)識(shí)別為主，這樣能更好地進(jìn)行借鑒視頻的隱秘身份識(shí)別。

人臉識(shí)別與步態(tài)識(shí)別的融合要抓住遠(yuǎn)距離識(shí)別的特點(diǎn)，以及在低分辨率條件下采用各種人臉圖像識(shí)別技術(shù)改善人臉圖像分辨率。

作為預(yù)處理，我們先研究靜止背景下的人臉識(shí)別與步態(tài)識(shí)別的融合；而人臉識(shí)別又分靜態(tài)人臉識(shí)別和動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別；靜止背景下的人臉檢測(cè)和人體檢測(cè)則是最基礎(chǔ)的工作，靜態(tài)背景又分簡(jiǎn)單靜態(tài)背景和復(fù)雜靜態(tài)背景，而不管是人臉檢測(cè)還是步態(tài)檢測(cè)都要首先將背景剔除，提取完整的行人輪廓圖像。簡(jiǎn)單靜態(tài)背景下提取人臉輪廓和人體輪廓較為簡(jiǎn)單易行，最早的算法都是背景簡(jiǎn)單，人體運(yùn)動(dòng)形式單一，算法也相應(yīng)簡(jiǎn)單。這種簡(jiǎn)單靜態(tài)背景下的提取人臉和人體輪廓的算法只是出現(xiàn)在假設(shè)算法中。稍復(fù)雜一點(diǎn)的算法是去除背景圖像，提取出運(yùn)動(dòng)人體剪影圖像，還可以提取出人臉圖像；這是人臉識(shí)別與步態(tài)識(shí)別技術(shù)融合的初步雛形。

步態(tài)技術(shù)和人臉識(shí)別技術(shù)的融合具體體現(xiàn)在用攝像機(jī)提取圖像時(shí)，遠(yuǎn)距離時(shí)提取步態(tài)信息，近距離時(shí)提取人臉信息，人臉識(shí)別和步態(tài)識(shí)別技術(shù)適用的范圍不同，各有優(yōu)勢(shì)，又各有長(zhǎng)短、不足和局限。融合技術(shù)可以使其優(yōu)勢(shì)更明顯，缺點(diǎn)則得以彌補(bǔ)。將人臉特征和步態(tài)特征相結(jié)合是計(jì)算機(jī)身份識(shí)別技術(shù)發(fā)展的研究方向；而且大多是采用人臉正面和步態(tài)側(cè)面的角度來(lái)提取，這種算法我們叫他融合算法。

人臉識(shí)別的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾方面：非接觸性，避免了指紋識(shí)別等因接觸造成的尷尬；隱蔽性，用攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)就可采集人臉信息，不涉及隱私；采集信息只需普通攝像機(jī)，價(jià)格實(shí)惠；人臉識(shí)別用戶(hù)界面友好，交互性強(qiáng)；可以獲取步態(tài)識(shí)別技術(shù)難以獲取的信息，如年齡、性別等。

無(wú)論是人臉識(shí)別技術(shù)還是步態(tài)識(shí)別技術(shù)在作為單一識(shí)別技術(shù)時(shí)存在一些局限性：非普遍性，如殘疾人不適合步態(tài)識(shí)別技術(shù)。遠(yuǎn)距離低分辨率以及背景灰暗造成人臉識(shí)別較困難。所以把人臉識(shí)別和步態(tài)識(shí)別進(jìn)行融合才能揚(yáng)長(zhǎng)避短。

在步態(tài)識(shí)別技術(shù)中融入人臉識(shí)別技術(shù)可以提高遠(yuǎn)距離身份識(shí)別的性能。步態(tài)識(shí)別的準(zhǔn)確度略低于人臉識(shí)別技術(shù)，尤其是遠(yuǎn)距離身份識(shí)別技術(shù)中，多生物特征融合可降低噪聲，使系統(tǒng)適應(yīng)更多人群。因?yàn)樵谕环曨l監(jiān)控圖像中，可以同時(shí)提取行人的步態(tài)信息和人臉信息，步態(tài)識(shí)別與人臉識(shí)別的融合已是必然。

一般來(lái)說(shuō)，人臉識(shí)別的精度高于步態(tài)識(shí)別技術(shù)的精度，但人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)分辨率要求高于步態(tài)識(shí)別技術(shù)，干擾人臉檢測(cè)的因素有很多，比如人臉大小、位置、角度、姿態(tài)和人臉表情、是否有遮擋、光線的改變等。干擾步態(tài)識(shí)別的則有性別、步長(zhǎng)、節(jié)奏、速度等。

人臉識(shí)別的優(yōu)勢(shì)：避免直接接觸，符合人們的衛(wèi)生習(xí)慣；可以用監(jiān)控器采集信息，隱蔽、不需強(qiáng)制用戶(hù)配合，不會(huì)讓用戶(hù)覺(jué)得侵犯了隱私；數(shù)據(jù)采集設(shè)備是普通攝像頭，價(jià)格低廉；直接顯示人臉，用戶(hù)界面友好，可交互性強(qiáng)；比如年齡、性別等信息在其他生物鑒別技術(shù)（如指紋識(shí)別、步態(tài)識(shí)別、簽名等）很難取得的信息，人臉識(shí)別卻可輕易獲取。人臉識(shí)別的優(yōu)勢(shì)決定了人臉識(shí)別領(lǐng)域極高的學(xué)術(shù)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。

計(jì)算機(jī)速度的快慢限制著人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，而如今人臉識(shí)別技術(shù)的飛速發(fā)展與手機(jī)、平板電腦的普及息息相關(guān)。

5G的到來(lái)也為人臉識(shí)別技術(shù)和步態(tài)識(shí)別技術(shù)的融合鋪平了道路。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】