人臉識別系統(tǒng)研究

鄧曉昺

摘 要：人臉識別系統(tǒng)因其在安全驗(yàn)證系統(tǒng)、信用卡驗(yàn)證、醫(yī)學(xué)、檔案管理、視頻會議、人機(jī)交互、系統(tǒng)公安、罪犯識別等方面的巨大應(yīng)用前景而越來越成為當(dāng)前模式識別和人工智能領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

人臉識別系統(tǒng)主要包括人臉的讀入、人臉鎖定、特征提取、人臉識別等四大模塊。人臉識別的目的是讓計(jì)算機(jī)具有通過人臉的特征來鑒別身份的功能。基于人臉特征的身份識別主要設(shè)計(jì)到復(fù)雜場景中的人臉檢測及識別技術(shù)，是一種依托于圖像理解、模式識別及計(jì)算機(jī)視覺、統(tǒng)計(jì)學(xué)和人工智能等高技術(shù)的研究方向。

關(guān)鍵詞：人臉識別；圖像預(yù)處理；特征提取

一、引言

在人類社會的發(fā)展進(jìn)入到21世紀(jì)的今天，安全問題已經(jīng)成為困擾人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾獑栴}之一。社會的發(fā)展促進(jìn)了人的流動性，進(jìn)而也增加了社會的不穩(wěn)定性，使得安全方面的需求成為21世紀(jì)引起廣泛關(guān)注的問題。不論是享受各項(xiàng)服務(wù)如網(wǎng)上沖浪、還是居家、辦公等都涉及到安全，以往這些行為基本上是通過符號密碼來進(jìn)行安全保護(hù)，但是隨著服務(wù)數(shù)量的不斷增加，密碼越來越多以致無法全部記住，而且密碼有時(shí)也會被他人所竊取，各種密碼被破解的概率越來越高，人們對身份識別的安全性、可靠性、準(zhǔn)確和實(shí)用性提出了更高的要求，必須尋求身份識別的新途徑。

于是，近年來人類生物特征越來越廣泛地用于身份識別，而且生物特征可以更好的進(jìn)行安全控制。與原有的人類身分識別技術(shù)相比，基于人類生物特征的識別技術(shù)具有安全可靠、特征唯一、不易偽造、不可竊取等優(yōu)點(diǎn)。人類本身具有很多相對獨(dú)特的特征，如DNA、指紋、虹膜、語音、人臉等?；谶@些相對獨(dú)特的人類特征，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，發(fā)展起眾多的基于人類生物特征的人類身份識別技術(shù)，如DNA識別技術(shù)、指紋識別技術(shù)、虹膜識別技術(shù)、語音識別技術(shù)、人臉識別技術(shù)。

二、人臉識別技術(shù)的特點(diǎn)

人臉圖像識別除了具有重大的理論價(jià)值以及極富挑戰(zhàn)性外，還有許多潛在的應(yīng)用前景，利用人臉圖像來進(jìn)行身份驗(yàn)證，可以不與目標(biāo)相接觸就取得樣本圖像，而其它的身份驗(yàn)證手段，如指紋、眼睛虹膜等必須通過與目標(biāo)接觸或相當(dāng)接近來取得樣木，在某些場合，這些識別手段就會有不便之處。

人臉識別和其他的生物識別比起來有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）其他的生物特征識別方法都需要一些人為的行為配合，而人臉識別不需要。（2）人臉識別可應(yīng)用在遠(yuǎn)距離監(jiān)控中。（3）針對現(xiàn)在的第一、二代身份證，每個(gè)身份證都有人臉的正面照片，也就是人臉庫將是最完善的，包括人最多的，可以利用這個(gè)庫來更直觀、更方便的核查該人的身份。（4）相對于其他基于生物特征識別技術(shù)，人臉識別技術(shù)具有特征錄入方便，信息豐富，使用面廣等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)人臉識別系統(tǒng)更加直接友好。人臉識別技術(shù)作為生物識別技術(shù)的一種，以其特有的穩(wěn)定性、方便性、唯一性等特點(diǎn)被越來越多地應(yīng)用于除安全問題外的各種身份識別領(lǐng)域。

三、人臉識別系統(tǒng)的構(gòu)成

人類似乎具有“與生俱來”的人臉識別能力，賦予計(jì)算機(jī)同樣的能力是人類的夢想之一，這就是所謂的“人臉識別”系統(tǒng)。假設(shè)我們把照相機(jī)、攝像頭、掃描儀等看作計(jì)算機(jī)的“眼睛”，數(shù)字圖像可以看作計(jì)算機(jī)觀察到的“影像”，那么AFR賦予計(jì)算機(jī)根據(jù)其所“看到”的人臉圖片來判斷人物身份的能力。

人臉識別系統(tǒng)包括：

（1）人臉圖像的獲取

一般來說，圖像的獲取都是通過攝像頭攝取，但攝取的圖像可以是真人，也可以是人臉的圖片或者為了相對簡單，可以不考慮通過攝像頭來攝取頭像，而是直接給定要識別的圖像。

（2）人臉的檢測

人臉檢測的任務(wù)是判斷靜態(tài)圖像中是否存在人臉。若存在人臉，給出其在圖像中的坐標(biāo)位置、人臉區(qū)域大小等信息。而人臉跟蹤則需要進(jìn)一步輸出所檢測到的人臉位置、大小等狀態(tài)隨時(shí)間的連續(xù)變化情況。

（3）特征提取

通過人臉特征點(diǎn)的檢測與標(biāo)定可以確定人臉圖像中顯著特征點(diǎn)的位置（如眼睛、眉毛、鼻子、嘴巴等器官），同時(shí)還可以得到這些器官及其面部輪廓的形狀信息的描述。

根據(jù)人臉特征點(diǎn)檢測與標(biāo)定的結(jié)果，通過某些運(yùn)算得到人臉特征的描述（這些特征包括：全局特征和局部特征，顯式特征和統(tǒng)計(jì)特征等）。

（4）基于人臉圖像比對的身份識別

即人臉識別問題。通過將輸入人臉圖像與人臉數(shù)據(jù)庫中的所有已知原型人臉圖像計(jì)算相似度并對其排序來給出輸入人臉的身份信息。這包括兩類識別問題：一類是閉集（Close Set）人臉識別問題，即假定輸入的人臉一定是人臉庫中的某個(gè)個(gè)體；另一類是開集（Open Set）識別，即首先要對輸入人臉是否在已知人臉庫中做出判斷，如果是，則給出其身份。

（5）基于人臉圖像比對的身份驗(yàn)證

即人臉確認(rèn)（Face Verification）問題。系統(tǒng)在輸入人臉圖像的同時(shí)輸入一個(gè)用戶宣稱的該人臉的身份信息，系統(tǒng)要對該輸入人臉圖像的身份與宣稱的身份是否相符作出判斷。

人臉識別的目的是讓計(jì)算機(jī)具有通過人臉的特征來鑒別身份的功能?；谌四樚卣鞯纳矸葑R別主要設(shè)計(jì)到復(fù)雜場景中的人臉檢測及識別技術(shù)，是一種依托于圖像理解、模式識別及計(jì)算機(jī)視覺、統(tǒng)計(jì)學(xué)和人工智能等高技術(shù)的研究方向。

四、結(jié)束語

人臉識別具有重大的理論意義和應(yīng)用意義，它是一項(xiàng)結(jié)合了多學(xué)科，多領(lǐng)域知識方法的技術(shù)。長期以來，如何利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確，快速的人臉識別，一直是圖像處理與模式識別的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。社會的發(fā)展促進(jìn)了身份認(rèn)證技術(shù)市場的急速擴(kuò)大，人臉識別因其自身的優(yōu)點(diǎn)，在身份認(rèn)證中的使用日益頻繁。人臉識別技術(shù)具有廣泛的社會需求和市場前景。

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