高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)與人臉識別技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

崔蓬

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也在娛樂、教育、安全及生活等領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用，目前也朝著、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化及智能化的方向發(fā)展。人臉識別在生物特征識別中是關(guān)鍵，目前人工智能的研究熱點之一就是人臉識別技術(shù)。人臉識別技術(shù)廣泛應(yīng)用于訪問控制、司法應(yīng)用、電子商務(wù)和視頻監(jiān)控等領(lǐng)域。人臉識別過程以特征提取為核心，其可以對分類的速度和識別功能質(zhì)量的高低產(chǎn)生一個非常直接有效的影響。在當(dāng)今經(jīng)濟快速增長，人民生活水平日益提高的今天，高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)與人臉識別技術(shù)的結(jié)合具有巨大實際意義和非常廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)；人臉識別技術(shù)；結(jié)合應(yīng)用

中圖分類號：TP39 文獻標(biāo)識碼：A

概述

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平越來越高，交通工具也越來越便捷，鐵路的提速，公路的建設(shè)正在日益的加強中。然而隨之而來的則是交通事故等的頻繁發(fā)生。為了更好地維護社會的安全秩序，高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)得到普及，可以看到公路上到處都是攝像頭，電子警察等等。但是這也有一個缺陷，就是不能快速進行身份識別。根據(jù)視頻監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)來進行排查往往耗時頗多。在這樣一種情況下，人臉識別技術(shù)就顯示了它獨特的優(yōu)越性。人臉識別技術(shù)能夠從監(jiān)控視頻的圖像中迅速查找定位人臉，并將之與數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對，從而快速識別身份。將高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)與人臉識別技術(shù)結(jié)合起來十分必要。

1 高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)

高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以有效的監(jiān)控公路上的交通流量和交通運行的狀況，還能對交通樞紐、交通危險地帶等根據(jù)氣象預(yù)測，做出及時有效的控制，以此保證高速公路的安全、告訴運行。

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的三大組成部分是前端攝像機、傳輸線路網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控控制軟件。前端攝像機就是我們在公路的沿線、收費車道等地方可以看見的一些攝像設(shè)施。傳輸線路和網(wǎng)絡(luò)的主要傳輸方式是點對點，傳輸媒介由傳輸距離的遠(yuǎn)近決定。傳輸媒介選擇后，還可進行光端機的匹配。監(jiān)控室主要設(shè)備包括監(jiān)控中心電腦、視頻矩陣、硬盤錄像機、監(jiān)視墻、對講系統(tǒng)以及監(jiān)控室電源等。

當(dāng)今時代是信息的時代，網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，數(shù)字技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到各個方面，圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，以及這些技術(shù)的相關(guān)成本的不斷降低，使得監(jiān)控技術(shù)也在不斷的發(fā)展和改進，并且得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在很多超市商店里都在使用得半路電視監(jiān)控系統(tǒng)也正在接受著巨大的挑戰(zhàn)，它們終將被越來越先進便捷高速的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)所取代。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)是以模擬電子技術(shù)為基礎(chǔ)的，這些系統(tǒng)很難擴展開來，系統(tǒng)之間難以聯(lián)系，不但管理起來苦難重重，而且無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。根據(jù)當(dāng)今社會對監(jiān)控系統(tǒng)的實際要求，我們借鑒國外在安全防范這方面做得比較好的國家，采用以計算機為中心的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，基于圖像數(shù)據(jù)壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻處理技術(shù)，這是一種新型的監(jiān)控系統(tǒng)，它將自動控制、計算機網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代信息技術(shù)等技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)有機結(jié)合起來，克服了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷，便于計算機處理；適合遠(yuǎn)距離傳輸；便于查找；提高了圖像的質(zhì)量與監(jiān)控效率以及便于系統(tǒng)的管理和維護等特點。因此數(shù)字視頻管理系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，這為高速公路管理的高效安全化提供了可能。

2 人臉識別技術(shù)

2.1 人臉識別技術(shù)的研究范圍及其實際應(yīng)用。人臉識別是對生物的特征進行辨析識別的重要內(nèi)容，是人與人之間直接進行辨識的手段，是人類視覺系統(tǒng)的基本功能。概括地說，人臉識別技術(shù)就是一種根據(jù)人臉的基礎(chǔ)特征對物體的身份進行識別辨析的一項技術(shù)。人臉識別技術(shù)結(jié)合了圖像處理、計算機圖形學(xué)、模式識別、視頻處理、人體生理學(xué)等多種技術(shù)已在公共安全、人機交互等領(lǐng)域得到了廣泛的推廣應(yīng)用。人臉識別的流程一般分三步首先進行人體面貌的面像檔案建立，然后獲取當(dāng)前的人體面像，接著根據(jù)檔案庫存，對比當(dāng)前的面像的面紋編碼，如圖1。人臉識別技術(shù)的研究范圍主要包括以下幾個方面。

（1）人臉的檢測。人臉的檢測就是在各種不同的環(huán)境場景中，檢測人臉存在與否，并且確定其具體位置。一般場合場景復(fù)雜，不能預(yù)先確定人臉的位置，所以要先檢測分辨對場景環(huán)境中有沒有人臉。加入有人臉，才能夠檢測確定其具體位置。妝容、燈光變化、噪聲影響、面部傾斜角度及表情變化等及各種遮擋因素都會使人臉檢測問題復(fù)雜化。人臉的檢測技術(shù)的主要目的是在獲取的整個圖像上檢測人臉存在的區(qū)域，根據(jù)這個目的，并且為后續(xù)的檢測工作做好鋪墊，人臉識別技術(shù)會將獲取的圖像劃分成兩個區(qū)域：人臉存在區(qū)和人臉不存在區(qū)。

（2）人臉的表征。將數(shù)據(jù)庫中的已知人臉及檢測出的人臉以某種方式進行表示。幾何表征、代數(shù)表征、特征表征等是幾種常用的表征方法。

（3）人臉的辨識。根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的已知人臉對已檢測到的待識別的人臉進行匹配比較。在這一過程中，最為關(guān)鍵的、基本決定了檢測結(jié)果的一點就是人臉的表征方式以及匹配方式。人臉的表征方式影響的是輸入系統(tǒng)的信息，表征方式不恰當(dāng)，信息的輸入就存在問題，匹配出來的結(jié)果就不準(zhǔn)確。人臉的特征根據(jù)不同的方面有所不同，匹配方式的選擇決定了參與信息匹配的人臉信息，就會影響匹配的結(jié)果。目前特征向量與面紋模板兩種描述方法比較常用。

（4）表情分析。分析人臉的喜、怒、哀、樂等表情信息并進行歸類。

（5）生理分類。分析待識別人臉的生理特征，獲得性別、年齡、種族等信息。很明顯要對這項工作完成是非常困難和復(fù)雜的并且還要具備海量的知識。

2.2 人臉識別技術(shù)優(yōu)勢。對于掌形掃描、紅外溫譜、虹膜等技術(shù)，作為一種新興的生物特征識別技術(shù)的人臉識別技術(shù)具有以下特點：使用便捷，用戶容易接受；直觀性強；具備較高的識別精確度，也很快速；不容易被仿冒；使用的通用性設(shè)備，不用購買價格高昂的設(shè)備；容易得到基礎(chǔ)資料。

3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)中人臉識別的總體設(shè)計

3.1 人臉識別視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)。圖2及圖3分別為整個系統(tǒng)的原理圖及系統(tǒng)架構(gòu)。前置攝像頭會將人臉的圖像采集下來，然后提交給人臉對比系統(tǒng)。對比系統(tǒng)會將輸入的人臉信息與數(shù)據(jù)庫中的人臉信息進行比對，并顯示比對的結(jié)果。如果找到了與之相符的信息，系統(tǒng)就會自動做出提示。

視頻處理/人臉捕獲工作站、黑名單數(shù)據(jù)庫和報警顯示工作站及人臉比對工作站是人臉識別視頻監(jiān)控系統(tǒng)有四大核心部分。各個模塊的作用如下圖4顯示。

3.2 人臉識別監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。對于傳輸過來的人臉圖像，系統(tǒng)先進行預(yù)處理操作，其內(nèi)容包括：光照補償、人臉定位、矯正有旋轉(zhuǎn)角度的人臉圖像。

（1）光照補償。人臉識別性能受光照變化的直接影響，對這個問題解決了可以很大程度推進人臉識別的實用化進程。將人臉固有的屬性及非固有屬性如光源、遮擋、面部的化妝等從人臉圖像中分離開來，預(yù)處理人臉圖像或歸一化階段的光照進行有針對性的補償，將非均勻正面光照引起的陰影等影響進行消除?？梢圆捎靡韵碌墓舛妊a償算法：光照均勻的標(biāo)準(zhǔn)圖像，系統(tǒng)會對其進行選擇，并且計算該標(biāo)準(zhǔn)圖像中各個象素點的亮度平均值；然后計算等待檢測的圖像中的各個象素點的亮度平均值，將標(biāo)準(zhǔn)圖像象素點的亮度平均值與待檢測圖像的相減，若大于7則要進行該象素點亮度補償。

上式中待檢測圖像要光照補充的光照補償象素點的R， G，B分量為r′，g′，b′，其平均值為mr′， mg′， mb′，方差為差sr′， sg′， sb′；標(biāo)準(zhǔn)圖像要光照補充的光照補償象素點的R， G，B分量為r，g，b，其平均值為mr ， mg ， mb ，方差為sr ， sg ， sb。

（2）人臉定位。人臉身份識別先要進基于行人臉檢測定位進行人臉跟蹤，持續(xù)跟蹤檢測運動序列后續(xù)幀中的目標(biāo)人臉的運動軌跡和輪廓變化。在復(fù)雜背景下，基于人臉檢測技術(shù)如彩色信息、模板匹配等的多級結(jié)構(gòu)的人臉檢測與跟蹤系統(tǒng)對平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的人臉或者任意姿態(tài)的運動的人臉進行檢測。

（3）人臉識別中的姿態(tài)問題。在各式圖像中，人臉呈現(xiàn)的姿勢不一，對于非正面呈現(xiàn)的人臉，系統(tǒng)會采用輻射模板法來計算人臉的側(cè)轉(zhuǎn)程度，再用坐標(biāo)變換把側(cè)轉(zhuǎn)的人臉恢復(fù)為正面呈現(xiàn)的人臉。這里我們簡要介紹一下輻射模板法。如圖5所示，輻射模板是一個被分成若干個均勻的扇形的圓形模板，并且從最頂上扇形逆時針方向?qū)ζ溥M行編號。人臉的大小是不同的，為了解決這一問題，我們用不同半徑的同心輻射模板進行分級檢測。如圖6：

找到輻射模板的中心位置，并且將人臉面部的中心位置與之重合，就會有邊緣像素點落入不同的扇形區(qū)域，計算這些邊緣象素點的個數(shù)，我們就可以得到一個輻射模板直方圖。圖7、8、9分別為人臉的正面、左旋轉(zhuǎn)和右旋轉(zhuǎn)的直方圖。

額頭部位的圖像位于直方圖波谷，這是因為人臉額頭部位的邊緣點不是很多。圖7中正面人臉直方圖中的1、2號是左眼，實際上是人眼的右眼邊緣圖像，以此類推。對人臉的旋轉(zhuǎn)角度可以輻射模板直方圖中0 號扇形的旋轉(zhuǎn)角度進行計算。

輻射模型直方圖中的3 個波峰分別為左眼、鼻子下部分、嘴唇以及右眼。位于雙眼之間的就是編號為0的扇形區(qū)域。

4 高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)與人臉識別技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

在所有的安全監(jiān)控中，與其他的場所相比，高速公路是相對封閉的場合，監(jiān)控視頻中的主要內(nèi)容是周邊的自然景色和車輛。視頻中很少能看到人臉。人臉識別技術(shù)與高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)合使用主要在以下方面：

4.1 交通事故追蹤。封閉環(huán)境的高速公路，交通事故發(fā)生之后，少有人證，那么高速公路上的視頻監(jiān)控資料就是追蹤肇事者的主要證據(jù)，有了人臉識別技術(shù)的幫助，可以在大量的信息中快速將相應(yīng)的視頻信息提取出來。

4.2 輔助交通自動監(jiān)管。封閉式的高速公路，視頻的主要內(nèi)容是車輛與景色，人臉一般不會出現(xiàn)。如果在視頻監(jiān)控的過程中檢測到了人臉，有可能發(fā)生了異常的情況。這時候可以調(diào)去相關(guān)的視頻資料進行查看，如果確有異常情況發(fā)生，就可以在第一時間采取措施。而且人臉識別系統(tǒng)能夠保存所有出現(xiàn)在監(jiān)管視頻中的人臉信息，這對于安全監(jiān)管工作帶來了極大的便利。

例如某高速公路安裝了某人臉識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)內(nèi)存256萬張人臉，絕大多數(shù)是由公安機關(guān)提供的在逃犯、刑滿釋放人員等“重點”人像，其速率每秒鐘對人臉的檢測速度可達(dá)90幅。 “臉庫”中的照片也許永遠(yuǎn)不變，但現(xiàn)實中每個人都會隨著歲月變化而逐漸衰老。該系統(tǒng)通過推理預(yù)測出幾十年后人臉的變化。雖然經(jīng)過歲月的“磨煉” ，但以“青澀”的照片做引，仍能找到現(xiàn)在的查找對象。人臉識別系統(tǒng)具有極強的辨認(rèn)能力，帽子、眼鏡等道具根本擋不住人臉識別系統(tǒng)的“火眼金睛”。因為系統(tǒng)中對人像 的提取是以編碼排序，如果是對臉部進行小范圍的整容修復(fù)，比如拉個雙眼皮、墊個鼻梁，系統(tǒng)在辨認(rèn)上不會受到任何影響。 除非是面目全非，否則系統(tǒng)還是能在最快的時間找到原本的查找對象。系統(tǒng)由提取人像到自動報警所用時間僅需一秒?！半娮友邸睂⒄盏降恼掌瑐骰卦O(shè)在收費站的中控室，計算機中的人臉識別系統(tǒng)將照片轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)圖像如果人像與“臉庫”中的在逃人員相似，系統(tǒng)將發(fā)出語音提示。在收費口的通道上方按正負(fù)15度的角度安裝三個至三個以上的探頭，用來捕捉乘客的正面、側(cè)面各個角度，值班民警根據(jù)打印出的圖片，迅速提示高速公路的巡邏人員，對可疑分子進行盤查。

結(jié)語

人臉識別技術(shù)能夠應(yīng)用到各個區(qū)域，人臉識別系統(tǒng)能夠捕捉到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中出現(xiàn)過的人臉，自動記憶，自動學(xué)習(xí)人臉的特征，保存信息，當(dāng)目標(biāo)再次出現(xiàn)時，即時捕獲目標(biāo)，自動跟蹤，為高速公路的智能化與信息化建設(shè)提供了有力保證。

參考文獻

[1]周激流，張曄.人臉識別理論研究進展[J].計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報，1993（02）.

[2]蘇光大，張翠平.人臉識別綜述[J].中國圖像圖形學(xué)報，2000（11）.

[3]謝戰(zhàn)旗.高速公路視頻監(jiān)控方案淺析[J].現(xiàn)代通信，2001（10）.

視頻處理/人臉捕獲工作站、黑名單數(shù)據(jù)庫和報警顯示工作站及人臉比對工作站是人臉識別視頻監(jiān)控系統(tǒng)有四大核心部分。各個模塊的作用如下圖4顯示。

3.2 人臉識別監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。對于傳輸過來的人臉圖像，系統(tǒng)先進行預(yù)處理操作，其內(nèi)容包括：光照補償、人臉定位、矯正有旋轉(zhuǎn)角度的人臉圖像。

（1）光照補償。人臉識別性能受光照變化的直接影響，對這個問題解決了可以很大程度推進人臉識別的實用化進程。將人臉固有的屬性及非固有屬性如光源、遮擋、面部的化妝等從人臉圖像中分離開來，預(yù)處理人臉圖像或歸一化階段的光照進行有針對性的補償，將非均勻正面光照引起的陰影等影響進行消除?？梢圆捎靡韵碌墓舛妊a償算法：光照均勻的標(biāo)準(zhǔn)圖像，系統(tǒng)會對其進行選擇，并且計算該標(biāo)準(zhǔn)圖像中各個象素點的亮度平均值；然后計算等待檢測的圖像中的各個象素點的亮度平均值，將標(biāo)準(zhǔn)圖像象素點的亮度平均值與待檢測圖像的相減，若大于7則要進行該象素點亮度補償。

上式中待檢測圖像要光照補充的光照補償象素點的R， G，B分量為r′，g′，b′，其平均值為mr′， mg′， mb′，方差為差sr′， sg′， sb′；標(biāo)準(zhǔn)圖像要光照補充的光照補償象素點的R， G，B分量為r，g，b，其平均值為mr ， mg ， mb ，方差為sr ， sg ， sb。

（2）人臉定位。人臉身份識別先要進基于行人臉檢測定位進行人臉跟蹤，持續(xù)跟蹤檢測運動序列后續(xù)幀中的目標(biāo)人臉的運動軌跡和輪廓變化。在復(fù)雜背景下，基于人臉檢測技術(shù)如彩色信息、模板匹配等的多級結(jié)構(gòu)的人臉檢測與跟蹤系統(tǒng)對平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的人臉或者任意姿態(tài)的運動的人臉進行檢測。

（3）人臉識別中的姿態(tài)問題。在各式圖像中，人臉呈現(xiàn)的姿勢不一，對于非正面呈現(xiàn)的人臉，系統(tǒng)會采用輻射模板法來計算人臉的側(cè)轉(zhuǎn)程度，再用坐標(biāo)變換把側(cè)轉(zhuǎn)的人臉恢復(fù)為正面呈現(xiàn)的人臉。這里我們簡要介紹一下輻射模板法。如圖5所示，輻射模板是一個被分成若干個均勻的扇形的圓形模板，并且從最頂上扇形逆時針方向?qū)ζ溥M行編號。人臉的大小是不同的，為了解決這一問題，我們用不同半徑的同心輻射模板進行分級檢測。如圖6：

找到輻射模板的中心位置，并且將人臉面部的中心位置與之重合，就會有邊緣像素點落入不同的扇形區(qū)域，計算這些邊緣象素點的個數(shù)，我們就可以得到一個輻射模板直方圖。圖7、8、9分別為人臉的正面、左旋轉(zhuǎn)和右旋轉(zhuǎn)的直方圖。

額頭部位的圖像位于直方圖波谷，這是因為人臉額頭部位的邊緣點不是很多。圖7中正面人臉直方圖中的1、2號是左眼，實際上是人眼的右眼邊緣圖像，以此類推。對人臉的旋轉(zhuǎn)角度可以輻射模板直方圖中0 號扇形的旋轉(zhuǎn)角度進行計算。

輻射模型直方圖中的3 個波峰分別為左眼、鼻子下部分、嘴唇以及右眼。位于雙眼之間的就是編號為0的扇形區(qū)域。

4 高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)與人臉識別技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

在所有的安全監(jiān)控中，與其他的場所相比，高速公路是相對封閉的場合，監(jiān)控視頻中的主要內(nèi)容是周邊的自然景色和車輛。視頻中很少能看到人臉。人臉識別技術(shù)與高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)合使用主要在以下方面：

4.1 交通事故追蹤。封閉環(huán)境的高速公路，交通事故發(fā)生之后，少有人證，那么高速公路上的視頻監(jiān)控資料就是追蹤肇事者的主要證據(jù)，有了人臉識別技術(shù)的幫助，可以在大量的信息中快速將相應(yīng)的視頻信息提取出來。

4.2 輔助交通自動監(jiān)管。封閉式的高速公路，視頻的主要內(nèi)容是車輛與景色，人臉一般不會出現(xiàn)。如果在視頻監(jiān)控的過程中檢測到了人臉，有可能發(fā)生了異常的情況。這時候可以調(diào)去相關(guān)的視頻資料進行查看，如果確有異常情況發(fā)生，就可以在第一時間采取措施。而且人臉識別系統(tǒng)能夠保存所有出現(xiàn)在監(jiān)管視頻中的人臉信息，這對于安全監(jiān)管工作帶來了極大的便利。

例如某高速公路安裝了某人臉識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)內(nèi)存256萬張人臉，絕大多數(shù)是由公安機關(guān)提供的在逃犯、刑滿釋放人員等“重點”人像，其速率每秒鐘對人臉的檢測速度可達(dá)90幅。 “臉庫”中的照片也許永遠(yuǎn)不變，但現(xiàn)實中每個人都會隨著歲月變化而逐漸衰老。該系統(tǒng)通過推理預(yù)測出幾十年后人臉的變化。雖然經(jīng)過歲月的“磨煉” ，但以“青澀”的照片做引，仍能找到現(xiàn)在的查找對象。人臉識別系統(tǒng)具有極強的辨認(rèn)能力，帽子、眼鏡等道具根本擋不住人臉識別系統(tǒng)的“火眼金睛”。因為系統(tǒng)中對人像 的提取是以編碼排序，如果是對臉部進行小范圍的整容修復(fù)，比如拉個雙眼皮、墊個鼻梁，系統(tǒng)在辨認(rèn)上不會受到任何影響。 除非是面目全非，否則系統(tǒng)還是能在最快的時間找到原本的查找對象。系統(tǒng)由提取人像到自動報警所用時間僅需一秒?！半娮友邸睂⒄盏降恼掌瑐骰卦O(shè)在收費站的中控室，計算機中的人臉識別系統(tǒng)將照片轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)圖像如果人像與“臉庫”中的在逃人員相似，系統(tǒng)將發(fā)出語音提示。在收費口的通道上方按正負(fù)15度的角度安裝三個至三個以上的探頭，用來捕捉乘客的正面、側(cè)面各個角度，值班民警根據(jù)打印出的圖片，迅速提示高速公路的巡邏人員，對可疑分子進行盤查。

結(jié)語

人臉識別技術(shù)能夠應(yīng)用到各個區(qū)域，人臉識別系統(tǒng)能夠捕捉到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中出現(xiàn)過的人臉，自動記憶，自動學(xué)習(xí)人臉的特征，保存信息，當(dāng)目標(biāo)再次出現(xiàn)時，即時捕獲目標(biāo)，自動跟蹤，為高速公路的智能化與信息化建設(shè)提供了有力保證。

參考文獻

[1]周激流，張曄.人臉識別理論研究進展[J].計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報，1993（02）.

[2]蘇光大，張翠平.人臉識別綜述[J].中國圖像圖形學(xué)報，2000（11）.

[3]謝戰(zhàn)旗.高速公路視頻監(jiān)控方案淺析[J].現(xiàn)代通信，2001（10）.

視頻處理/人臉捕獲工作站、黑名單數(shù)據(jù)庫和報警顯示工作站及人臉比對工作站是人臉識別視頻監(jiān)控系統(tǒng)有四大核心部分。各個模塊的作用如下圖4顯示。

3.2 人臉識別監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。對于傳輸過來的人臉圖像，系統(tǒng)先進行預(yù)處理操作，其內(nèi)容包括：光照補償、人臉定位、矯正有旋轉(zhuǎn)角度的人臉圖像。

（1）光照補償。人臉識別性能受光照變化的直接影響，對這個問題解決了可以很大程度推進人臉識別的實用化進程。將人臉固有的屬性及非固有屬性如光源、遮擋、面部的化妝等從人臉圖像中分離開來，預(yù)處理人臉圖像或歸一化階段的光照進行有針對性的補償，將非均勻正面光照引起的陰影等影響進行消除?？梢圆捎靡韵碌墓舛妊a償算法：光照均勻的標(biāo)準(zhǔn)圖像，系統(tǒng)會對其進行選擇，并且計算該標(biāo)準(zhǔn)圖像中各個象素點的亮度平均值；然后計算等待檢測的圖像中的各個象素點的亮度平均值，將標(biāo)準(zhǔn)圖像象素點的亮度平均值與待檢測圖像的相減，若大于7則要進行該象素點亮度補償。

上式中待檢測圖像要光照補充的光照補償象素點的R， G，B分量為r′，g′，b′，其平均值為mr′， mg′， mb′，方差為差sr′， sg′， sb′；標(biāo)準(zhǔn)圖像要光照補充的光照補償象素點的R， G，B分量為r，g，b，其平均值為mr ， mg ， mb ，方差為sr ， sg ， sb。

（2）人臉定位。人臉身份識別先要進基于行人臉檢測定位進行人臉跟蹤，持續(xù)跟蹤檢測運動序列后續(xù)幀中的目標(biāo)人臉的運動軌跡和輪廓變化。在復(fù)雜背景下，基于人臉檢測技術(shù)如彩色信息、模板匹配等的多級結(jié)構(gòu)的人臉檢測與跟蹤系統(tǒng)對平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的人臉或者任意姿態(tài)的運動的人臉進行檢測。

（3）人臉識別中的姿態(tài)問題。在各式圖像中，人臉呈現(xiàn)的姿勢不一，對于非正面呈現(xiàn)的人臉，系統(tǒng)會采用輻射模板法來計算人臉的側(cè)轉(zhuǎn)程度，再用坐標(biāo)變換把側(cè)轉(zhuǎn)的人臉恢復(fù)為正面呈現(xiàn)的人臉。這里我們簡要介紹一下輻射模板法。如圖5所示，輻射模板是一個被分成若干個均勻的扇形的圓形模板，并且從最頂上扇形逆時針方向?qū)ζ溥M行編號。人臉的大小是不同的，為了解決這一問題，我們用不同半徑的同心輻射模板進行分級檢測。如圖6：

找到輻射模板的中心位置，并且將人臉面部的中心位置與之重合，就會有邊緣像素點落入不同的扇形區(qū)域，計算這些邊緣象素點的個數(shù)，我們就可以得到一個輻射模板直方圖。圖7、8、9分別為人臉的正面、左旋轉(zhuǎn)和右旋轉(zhuǎn)的直方圖。

額頭部位的圖像位于直方圖波谷，這是因為人臉額頭部位的邊緣點不是很多。圖7中正面人臉直方圖中的1、2號是左眼，實際上是人眼的右眼邊緣圖像，以此類推。對人臉的旋轉(zhuǎn)角度可以輻射模板直方圖中0 號扇形的旋轉(zhuǎn)角度進行計算。

輻射模型直方圖中的3 個波峰分別為左眼、鼻子下部分、嘴唇以及右眼。位于雙眼之間的就是編號為0的扇形區(qū)域。

4 高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)與人臉識別技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

在所有的安全監(jiān)控中，與其他的場所相比，高速公路是相對封閉的場合，監(jiān)控視頻中的主要內(nèi)容是周邊的自然景色和車輛。視頻中很少能看到人臉。人臉識別技術(shù)與高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)合使用主要在以下方面：

4.1 交通事故追蹤。封閉環(huán)境的高速公路，交通事故發(fā)生之后，少有人證，那么高速公路上的視頻監(jiān)控資料就是追蹤肇事者的主要證據(jù)，有了人臉識別技術(shù)的幫助，可以在大量的信息中快速將相應(yīng)的視頻信息提取出來。

4.2 輔助交通自動監(jiān)管。封閉式的高速公路，視頻的主要內(nèi)容是車輛與景色，人臉一般不會出現(xiàn)。如果在視頻監(jiān)控的過程中檢測到了人臉，有可能發(fā)生了異常的情況。這時候可以調(diào)去相關(guān)的視頻資料進行查看，如果確有異常情況發(fā)生，就可以在第一時間采取措施。而且人臉識別系統(tǒng)能夠保存所有出現(xiàn)在監(jiān)管視頻中的人臉信息，這對于安全監(jiān)管工作帶來了極大的便利。

例如某高速公路安裝了某人臉識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)內(nèi)存256萬張人臉，絕大多數(shù)是由公安機關(guān)提供的在逃犯、刑滿釋放人員等“重點”人像，其速率每秒鐘對人臉的檢測速度可達(dá)90幅。 “臉庫”中的照片也許永遠(yuǎn)不變，但現(xiàn)實中每個人都會隨著歲月變化而逐漸衰老。該系統(tǒng)通過推理預(yù)測出幾十年后人臉的變化。雖然經(jīng)過歲月的“磨煉” ，但以“青澀”的照片做引，仍能找到現(xiàn)在的查找對象。人臉識別系統(tǒng)具有極強的辨認(rèn)能力，帽子、眼鏡等道具根本擋不住人臉識別系統(tǒng)的“火眼金睛”。因為系統(tǒng)中對人像 的提取是以編碼排序，如果是對臉部進行小范圍的整容修復(fù)，比如拉個雙眼皮、墊個鼻梁，系統(tǒng)在辨認(rèn)上不會受到任何影響。 除非是面目全非，否則系統(tǒng)還是能在最快的時間找到原本的查找對象。系統(tǒng)由提取人像到自動報警所用時間僅需一秒?！半娮友邸睂⒄盏降恼掌瑐骰卦O(shè)在收費站的中控室，計算機中的人臉識別系統(tǒng)將照片轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)圖像如果人像與“臉庫”中的在逃人員相似，系統(tǒng)將發(fā)出語音提示。在收費口的通道上方按正負(fù)15度的角度安裝三個至三個以上的探頭，用來捕捉乘客的正面、側(cè)面各個角度，值班民警根據(jù)打印出的圖片，迅速提示高速公路的巡邏人員，對可疑分子進行盤查。

結(jié)語

人臉識別技術(shù)能夠應(yīng)用到各個區(qū)域，人臉識別系統(tǒng)能夠捕捉到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中出現(xiàn)過的人臉，自動記憶，自動學(xué)習(xí)人臉的特征，保存信息，當(dāng)目標(biāo)再次出現(xiàn)時，即時捕獲目標(biāo)，自動跟蹤，為高速公路的智能化與信息化建設(shè)提供了有力保證。

參考文獻

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