人臉識(shí)別技術(shù)在機(jī)場(chǎng)應(yīng)用的研究

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摘 要：人臉識(shí)別，是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物特征識(shí)別技術(shù)。近年來(lái)，隨著處理器和圖像采集設(shè)備性能提升和成本日漸降低，使人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活成為可能。本文通過(guò)對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的分析和研究，提出了人臉識(shí)別技術(shù)在機(jī)場(chǎng)應(yīng)用的場(chǎng)景，為人臉識(shí)別技術(shù)在民航業(yè)的應(yīng)用提供思路。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別；機(jī)場(chǎng)；安檢；服務(wù)

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）05-0022-02

1 人臉識(shí)別概述

人臉識(shí)別，是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物特征識(shí)別技術(shù)。常用的生物特征有：人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別、指紋識(shí)別、聲音識(shí)別等，人臉識(shí)別以其自然性、可接受性、采集方便、成本低廉等優(yōu)勢(shì)受到了人們的青睞，發(fā)展迅速，隨著統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法的發(fā)展，使人臉識(shí)別在生物特征識(shí)別技術(shù)中占據(jù)了重要的位置。

人臉識(shí)別技術(shù)作為多學(xué)科領(lǐng)域的、具有挑戰(zhàn)性的難題，它涉及了人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、心理學(xué)、光學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、視頻圖像處理等諸多學(xué)科的內(nèi)容[1]。許多模式識(shí)別的經(jīng)典理論和方法都是針對(duì)人臉識(shí)別研究而提出，后來(lái)又被應(yīng)用于其它學(xué)科領(lǐng)域。因此人臉識(shí)別技術(shù)的研究是以上諸多學(xué)科的融會(huì)貫通，是一個(gè)交叉研究的平臺(tái)。

人臉識(shí)別通常要用攝像機(jī)或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，包括人臉圖像采集、人臉定位、人臉識(shí)別預(yù)處理、身份確認(rèn)以及身份查找等，并自動(dòng)在圖像中檢測(cè)和跟蹤人臉，進(jìn)而對(duì)檢測(cè)到的人臉進(jìn)行臉部的一系列檢測(cè)驗(yàn)別。近年來(lái)，人臉識(shí)別硬件的進(jìn)化速度很快，處理器和圖像采集設(shè)備性能提升和成本日漸降低，鏡頭模組的更高分辨率、更小體積、更低功耗等，都意味著幾乎所有的智能設(shè)備原則上都已具備安裝和部署人臉識(shí)別的技術(shù)基礎(chǔ)和可能性，數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、拍照手機(jī)的不斷普及極大地拓展了人臉識(shí)別技術(shù)的使用空間。由此可見(jiàn)，人臉識(shí)別不僅具有非常重要的科研意義，同時(shí)也具有非常廣泛的應(yīng)用意義。

2 人臉識(shí)別研究背景

2.1 人臉識(shí)別研究?jī)?nèi)容

人臉識(shí)別技術(shù)是基于人的臉部特征，對(duì)輸入的人臉圖像或者視頻，判斷其是否存在人臉，如果存在，則進(jìn)一步給出每個(gè)臉的位置、大小和各個(gè)主要面部器官的位置信息，并根據(jù)這些信息，進(jìn)一步提取每個(gè)人臉中蘊(yùn)涵的身份特征，并將其與已知的人臉進(jìn)行對(duì)比，從而識(shí)別每個(gè)人臉的身份[2]。從人臉識(shí)別的流程中可以看出，人臉識(shí)別主要包含人臉檢測(cè)、預(yù)處理、特征提取，匹配與識(shí)別幾個(gè)方面，從這幾個(gè)方面入手，人臉識(shí)別的研究?jī)?nèi)容主要包括：人臉檢測(cè)和跟蹤、特征點(diǎn)定位、特征提取、特征匹配等。

2.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

人臉識(shí)別的研究始于20世紀(jì)60年代，80年代后隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展得到提高，90年代后期，一些商業(yè)性的人臉識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)入了市場(chǎng)，但是，這些技術(shù)和系統(tǒng)離實(shí)用化還有一定的距離，性能和準(zhǔn)確性也差強(qiáng)人意。

根據(jù)人臉識(shí)別技術(shù)發(fā)展階段的不同，可以將其粗略地劃分為三個(gè)階段：

第一階段，人臉識(shí)別算法的研究基本集中于基于人臉幾何特征的方法，以及基于人臉模板的識(shí)別方法。但由于這兩種方法對(duì)圖像的清晰度要求比較高，普適性不好，因此在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，容易產(chǎn)生偏差，經(jīng)常出現(xiàn)誤檢、漏檢。

第二階段，主要是基于統(tǒng)計(jì)理論和基于代數(shù)特征的識(shí)別方法的研究。其中基于代數(shù)特征的識(shí)別算法應(yīng)用非常廣泛[3]。

第三階段，隨著高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展及人民對(duì)人臉識(shí)別算法的不斷摸索，人臉識(shí)別的方法有了較大的突破，目前已有多種機(jī)器全自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的成功案例。

目前，國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)在人臉識(shí)別方面取得了卓越的成果。其中位于美國(guó)的麻省理工學(xué)院（MIT）的人工智能實(shí)驗(yàn)室以及媒體實(shí)驗(yàn)室、卡耐基梅隆大學(xué)（CMU）的機(jī)器人研究所、耶魯大學(xué)、密西根州立大學(xué)（MSU）等機(jī)構(gòu)對(duì)人臉識(shí)別方法的發(fā)展都做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。此外，德國(guó)、韓國(guó)、英國(guó)、日本、新加坡等研究機(jī)構(gòu)及搞笑對(duì)人臉識(shí)別的研究也做出了突出的貢獻(xiàn)。

相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)對(duì)人臉檢測(cè)識(shí)別的研究起步將對(duì)較晚，但在眾多研究學(xué)者的努力下，國(guó)內(nèi)的人臉檢測(cè)識(shí)別領(lǐng)域也取得了不錯(cuò)的成績(jī)，其中以清華大學(xué)提出的對(duì)膚色檢測(cè)方面的算法改進(jìn)，以及哈爾濱工業(yè)大學(xué)實(shí)現(xiàn)的多級(jí)結(jié)構(gòu)的人臉檢測(cè)與跟蹤系統(tǒng)尤為突出。相信在不久的將來(lái)，這一研究領(lǐng)域的研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作將處于世界的前列。

總之，人臉識(shí)別技術(shù)有著非常廣闊的應(yīng)用前景，自動(dòng)的人臉識(shí)別系統(tǒng)在各種不同的領(lǐng)域中的應(yīng)用必將對(duì)人們的生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

3 人臉識(shí)別在機(jī)場(chǎng)行業(yè)的潛在應(yīng)用

中國(guó)民航客流近年來(lái)持續(xù)2位數(shù)增長(zhǎng)，在未來(lái)20年時(shí)間里，民航客流還將持續(xù)高增長(zhǎng)，機(jī)場(chǎng)繁忙程度將不斷加劇，“一證通關(guān)”的實(shí)現(xiàn)，會(huì)對(duì)機(jī)場(chǎng)的未來(lái)發(fā)展帶來(lái)較大的影響。

3.1 提升機(jī)場(chǎng)安檢質(zhì)量與效率

機(jī)場(chǎng)安檢工作包括對(duì)旅客、機(jī)組人員和民航工作人員的行李物品及人身的檢查，對(duì)貨主的貨物和郵件進(jìn)行檢查，還包括對(duì)民用航空器的監(jiān)護(hù)和候機(jī)樓隔離區(qū)、行李分檢裝卸區(qū)、貨物存放區(qū)、航空器活動(dòng)區(qū)和維修區(qū)的監(jiān)護(hù)工作。

不管對(duì)于旅客或貨主的身份辨別，還是機(jī)場(chǎng)員工以及機(jī)組人員的身份辨別，都需要經(jīng)過(guò)機(jī)場(chǎng)安檢體系的證件檢查程序。僅憑安檢員肉眼人工識(shí)別證件的真?zhèn)危ぷ髁看?，錯(cuò)誤率也高[4]。人臉識(shí)別技術(shù)的引入可以很好地解決這一問(wèn)題。

位于安檢口的攝像頭在捕捉人臉圖像后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將旅客證件照片與之核對(duì)，識(shí)別旅客身份，其準(zhǔn)確率遠(yuǎn)高于人眼識(shí)別，即使旅客換了發(fā)型、化了濃妝也沒(méi)關(guān)系。

在登機(jī)口的安檢二次復(fù)查也可以由原來(lái)的人工復(fù)查確認(rèn)升級(jí)為自助登機(jī)。在安檢信息系統(tǒng)中融入人臉識(shí)別技術(shù)，聯(lián)動(dòng)閘機(jī)設(shè)備，旅客登機(jī)復(fù)查的頭像與安檢驗(yàn)證記錄的圖像進(jìn)行比對(duì)，身份得到確認(rèn)后，可直接開(kāi)啟閘機(jī)門(mén)登機(jī)。

在廊橋端的最后一次乘客身份確認(rèn)是安檢的最后一道關(guān)，可以在廊橋固定端處進(jìn)行人臉抓拍，自動(dòng)將抓拍到的圖像與本航班的旅客在安檢入口現(xiàn)場(chǎng)的采集的圖像進(jìn)行比對(duì)，把非本航班的旅客提前識(shí)別出來(lái)通知工作人員，提高安檢的效率和準(zhǔn)確行，把好安檢的最后一道關(guān)。

目前這種基于人臉識(shí)別的快速通關(guān)系統(tǒng)在中國(guó)香港、中國(guó)澳門(mén)、新加坡、美國(guó)、日本和巴西等地的機(jī)場(chǎng)都已投入使用。從2017年1月1日起，各機(jī)場(chǎng)開(kāi)始實(shí)施新版《民用航空安全檢查規(guī)則》，這意味著被社會(huì)和行業(yè)普遍認(rèn)為“一證通關(guān)”將在民航業(yè)開(kāi)始推行，乘機(jī)時(shí)只需身份證，無(wú)需登機(jī)牌，人臉識(shí)別技術(shù)必將成為“一證通關(guān)”的安全保障。

另外，員工通道系統(tǒng)也可以融入人臉識(shí)別技術(shù)，在工作人員進(jìn)入員工通道時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)抓取人臉圖像與員工信息預(yù)留照片進(jìn)行比對(duì)判斷是否放行通過(guò)。減少安檢人員的工作量，提高工作效率。

3.2 多功能智慧航顯

多功能智慧航顯是基于人臉識(shí)別技術(shù)開(kāi)發(fā)的航顯系統(tǒng)。它為旅客提供更人性化的服務(wù)，能主動(dòng)識(shí)別當(dāng)前旅客身份，突出顯示該旅客的航班信息及狀態(tài)，并提供個(gè)性化的信息。還能與導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合為旅客提供當(dāng)前位置到登機(jī)口的地圖導(dǎo)航。另外，還可以為旅客提供所需的各種實(shí)時(shí)信息，如氣象報(bào)告，旅游導(dǎo)航，新聞報(bào)道等。多功能智慧航顯全面提高了機(jī)場(chǎng)的服務(wù)品質(zhì)，使旅客的出行更加便利。

3.3 根據(jù)人流量統(tǒng)計(jì)，合理配備機(jī)場(chǎng)資源

基于人臉識(shí)別的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)和跟蹤統(tǒng)計(jì)技術(shù)可以統(tǒng)計(jì)出視頻圖像中的客流量。這一技術(shù)可以應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)安檢通道人流量控制，根據(jù)各安檢通道的客流量，安檢部門(mén)可以合理配置安檢人員，也可以作為是否開(kāi)通新的安檢通道的依據(jù)。這一技術(shù)與移動(dòng)APP相結(jié)合，還可以自動(dòng)為旅客推薦客流量少的安檢通道，解決安檢通道大面積擁擠排隊(duì)的問(wèn)題。

另外，客流量統(tǒng)計(jì)可以用于統(tǒng)計(jì)旅客到港數(shù)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以識(shí)別出常旅客和VIP旅客，從而更有針對(duì)性地提供服務(wù)。

3.4 改變服務(wù)模式，提升VIP服務(wù)質(zhì)量

機(jī)場(chǎng)貴賓廳和航空公司的VIP會(huì)員，由于人數(shù)多，目前都是分人管理，人員離職后，下一任職員很難在短時(shí)間內(nèi)接受相應(yīng)工作。人臉識(shí)別VIP技術(shù)，可以準(zhǔn)確的識(shí)別會(huì)員的身份，通過(guò)調(diào)取會(huì)員的以往興趣愛(ài)好、消費(fèi)習(xí)慣，提前做好準(zhǔn)備工作[5]。航空公司的乘務(wù)員在VIP會(huì)員進(jìn)入機(jī)艙后，不必再問(wèn)VIP會(huì)員想喝什么飲料、看什么報(bào)刊，而是直接就把VIP會(huì)員喜歡的飲料和報(bào)刊送到面前。目前這一功能已經(jīng)通過(guò)人臉識(shí)別智能眼鏡得以實(shí)現(xiàn)。

3.5 創(chuàng)新機(jī)場(chǎng)商業(yè)模式

通過(guò)人臉識(shí)別統(tǒng)計(jì)功能，可以知道旅客的購(gòu)物習(xí)慣和喜好，通過(guò)與移動(dòng)端的互連，在旅客進(jìn)入候機(jī)樓就可以向旅客的移動(dòng)設(shè)備推送相關(guān)商品的打折促銷信息，并提供旅客從當(dāng)前地點(diǎn)到相關(guān)店鋪的路線信息。

另外人臉識(shí)別技術(shù)也可以與廣告牌結(jié)合，手機(jī)觀看者的信息，通過(guò)預(yù)測(cè)分析學(xué)的相關(guān)理論，識(shí)別出哪些人是潛在購(gòu)買(mǎi)者，并采用多目標(biāo)優(yōu)化推薦算法，將旅客感興趣的商品列表反饋到他的移動(dòng)設(shè)備。

3.6 實(shí)時(shí)定位精準(zhǔn)尋人

乘機(jī)時(shí)常見(jiàn)的一個(gè)情況就是登機(jī)時(shí)間已經(jīng)到了，但個(gè)別旅客遲遲未到，飛機(jī)上的旅客都不得不苦苦等待，幾名地勤人員拿著擴(kuò)音器到處尋找，航班也因此延誤，這種情況不僅耽誤了其它旅客的出行時(shí)間，也是對(duì)緊缺的機(jī)場(chǎng)資源的一種不必要的浪費(fèi)?；谌四樧R(shí)別的實(shí)時(shí)定位和廣播系統(tǒng)，可以根據(jù)旅客安檢時(shí)留存的人臉識(shí)別的圖像，精準(zhǔn)定位到任意旅客在候機(jī)樓內(nèi)所處的位置，并使用離他最近的廣播系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行廣播，還可以呼叫離他最近的工作人員直接去找他。這一技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于節(jié)約機(jī)場(chǎng)資源，提高正點(diǎn)率有很大的幫助。另外，如果機(jī)場(chǎng)有人走失，這一技術(shù)也能迅速定位尋人。

4 “人臉識(shí)別”發(fā)展展望

人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)比較成熟，應(yīng)用范圍廣泛，識(shí)別技術(shù)的準(zhǔn)確率也日益提升。人臉識(shí)別已不再是遙不可及，束之高閣的技術(shù)研究，找準(zhǔn)技術(shù)與業(yè)務(wù)的契合點(diǎn)，可以有效提高生產(chǎn)效率，提升服務(wù)水平。

目前，人臉識(shí)別技術(shù)在銀川機(jī)場(chǎng)的八個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景已部署完成，其中安檢人證合一比對(duì)，自助登機(jī)，出入口安防布控都已投入使用，收效甚佳。其它的應(yīng)用也在逐步啟用的過(guò)程中，需求與技術(shù)需要進(jìn)一步調(diào)整融合。

人臉識(shí)別是一種成熟的人體生物識(shí)別技術(shù)，但與機(jī)場(chǎng)的業(yè)務(wù)結(jié)合還只是在起步階段，對(duì)已使用的系統(tǒng)，要不斷調(diào)整適應(yīng)。未來(lái)，可以深入發(fā)掘關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，打造出更高效、更便捷、更人文的產(chǎn)品，為集團(tuán)安全保障及整體經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)作出積極貢獻(xiàn)。

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