安防系統(tǒng)中人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用探討

劉詮剛

摘 要：近年來(lái)，隨著科技水平的不斷提升，人臉識(shí)別技術(shù)在安防系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，取得諸多顯著成果，推進(jìn)了我國(guó)安防產(chǎn)業(yè)的信息化發(fā)展進(jìn)程，具有重要的意義?；ヂ?lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，讓人工智能融入人們的生活，安防系統(tǒng)在加入了人臉識(shí)別技術(shù)后，更加方便人們的生活，并且極大的提高了安防系統(tǒng)的安全性。因此，本文對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)在安防系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：安防系統(tǒng);人臉識(shí)別技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391.413 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）08-0049-03

1 人臉識(shí)別技術(shù)概述

人臉識(shí)別技術(shù)指，以人體臉部圖像特征加以判定，精確對(duì)比臉部器官位置、大小、形態(tài)等信息，完成人臉特征信息提取工作。隨后，將所提取人臉特征信息與配套數(shù)據(jù)庫(kù)所存儲(chǔ)具有較高關(guān)聯(lián)性的特征信息進(jìn)行對(duì)比分析，即可精確識(shí)別監(jiān)控對(duì)象的真實(shí)身份。本質(zhì)上講，可將人臉識(shí)別技術(shù)視作為一項(xiàng)生物特征識(shí)別技術(shù)，對(duì)生物體本身的生物特征進(jìn)行提取、對(duì)比識(shí)別，從而區(qū)分生物體個(gè)體。與人眼識(shí)別極限能力（97.53%）相比，人臉識(shí)別技術(shù)的準(zhǔn)確率高達(dá)98.52%，具有極為廣闊的應(yīng)用前景。在人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用中，主要從人臉對(duì)比、人臉檢測(cè)與面部特征定位三個(gè)方面進(jìn)行識(shí)別。以面部特征定位為例，對(duì)人體臉部器官的位置、形狀等信息加以測(cè)定和提取，隨后采取特定方式加以表達(dá)，如幾何特征、固定特征、云紋圖等。

2 安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀與人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用必要性

2.1 難以確定監(jiān)控場(chǎng)景

在傳統(tǒng)安防監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中，主要采用視頻信息捕捉方式，對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景內(nèi)人物的行為特征加以監(jiān)測(cè)，以人物為主體對(duì)象。雖然在所監(jiān)控對(duì)象存在異常行為時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)送預(yù)警信息，通過(guò)外鏈傳感器方法判斷場(chǎng)景實(shí)體，但卻難以對(duì)視頻中人物的具體活動(dòng)變化加以精確識(shí)別，也難以確定監(jiān)控場(chǎng)景實(shí)體。對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了這一問(wèn)題，可直接確定監(jiān)控場(chǎng)景實(shí)體，并有效識(shí)別監(jiān)控對(duì)象的活動(dòng)變化[1]。

2.2 監(jiān)控對(duì)象確定層面

在傳統(tǒng)安防監(jiān)控系統(tǒng)中，普遍以外界調(diào)價(jià)為輔助監(jiān)控途徑，因此在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，往往受到位置高低、光照強(qiáng)度、實(shí)物大小等因素的干擾影響，監(jiān)控圖像質(zhì)量較差，難以在場(chǎng)景變化過(guò)程中快速確定、持續(xù)鎖定監(jiān)控對(duì)象，無(wú)法確定監(jiān)控對(duì)象的特征信息，技術(shù)應(yīng)用價(jià)值沒(méi)有得到充分發(fā)揮。在人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)具有關(guān)鍵特性修正功能，將對(duì)各項(xiàng)模糊特征信息進(jìn)行自動(dòng)修正。雖然人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)周邊光線環(huán)境較為敏感，對(duì)識(shí)別準(zhǔn)確性造成了一定程度的干擾影響[2]。但從系統(tǒng)整體運(yùn)行角度來(lái)看，為監(jiān)控圖像質(zhì)量提供了有力保障，將明確顯示監(jiān)控對(duì)象的具體特征。

2.3監(jiān)控對(duì)象識(shí)別層面

多數(shù)安防系統(tǒng)的運(yùn)行目的有兩點(diǎn)：第一，在探測(cè)器或傳感器裝置檢測(cè)到非法進(jìn)入設(shè)防區(qū)域的行為時(shí)，自動(dòng)發(fā)送預(yù)警信息;第二，對(duì)監(jiān)控視頻圖像內(nèi)監(jiān)控對(duì)象的身份進(jìn)行識(shí)別、并判斷監(jiān)控對(duì)象所實(shí)施的各項(xiàng)動(dòng)作行為[3]。因此，安防系統(tǒng)在公安布控、公共安全與出入境管理等諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。從安防系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用角度來(lái)看，由于監(jiān)控對(duì)象數(shù)量眾多，且監(jiān)控對(duì)象實(shí)施多項(xiàng)工作行為，難以在段時(shí)間內(nèi)對(duì)監(jiān)控對(duì)象的真實(shí)身份做到有效辨識(shí)。人臉識(shí)別技術(shù)具有并發(fā)性特征，可在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景同時(shí)對(duì)多個(gè)監(jiān)控對(duì)象的臉部特征信息進(jìn)行提取、分揀、判斷與識(shí)別，并主動(dòng)獲取人臉圖像信息，具有極高的識(shí)別精度與速度，逐漸成為移動(dòng)支付認(rèn)證、安全身份核對(duì)的主要方式。

2.4 監(jiān)控檢索效果差

在現(xiàn)有安防系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需要將監(jiān)控視頻信息傳輸至監(jiān)控中心，對(duì)大量視頻圖像進(jìn)行分析比對(duì)，或是采取大范圍視頻回放方式進(jìn)行檢索，監(jiān)控檢索效果較差，難以在短時(shí)間內(nèi)顯示具有較高關(guān)聯(lián)性的數(shù)據(jù)信息。這一問(wèn)題的存在也限制了安防系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用。人臉識(shí)別技術(shù)將對(duì)所采集、導(dǎo)入生物體面部特征信息圖像進(jìn)行編碼，在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景與復(fù)雜背景下，靈活采用人臉規(guī)則法、參考模板法、膚色模型法等識(shí)別方法，分離并識(shí)別面相特征，從而鎖定監(jiān)控對(duì)象的具體身份。例如將監(jiān)控對(duì)象面部特征信息與標(biāo)準(zhǔn)人臉模板的匹配程度進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)閥值判斷是否存在該人臉。與傳統(tǒng)的線性順序存儲(chǔ)策略、檢索方式相比，人臉識(shí)別技術(shù)的檢索方式具有較強(qiáng)針對(duì)性，將快速辨識(shí)監(jiān)控對(duì)象的真實(shí)身份。如表1所示為人臉識(shí)別技術(shù)與其他識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用對(duì)比結(jié)果。

3 人臉識(shí)別技術(shù)在安防系統(tǒng)中的應(yīng)用策略

3.1 輔助構(gòu)成安防系統(tǒng)

在安防系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，唯有結(jié)合人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用特征，建立相應(yīng)的管理模塊，才能最大程度發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用價(jià)值。以某安防系統(tǒng)為例，基于人臉識(shí)別技術(shù)，將系統(tǒng)劃分為圖像采集模塊、面部探測(cè)捕捉模塊、面部圖像處理模塊以及面部特征信息服務(wù)器，各項(xiàng)管理模塊具體如下。（1）圖像采集模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)將目標(biāo)區(qū)域轉(zhuǎn)換為靜態(tài)圖片信息，抑或是動(dòng)態(tài)視頻圖像信息，為后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行提供基礎(chǔ)。（2）面部探測(cè)捕捉模塊。以所轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)視頻圖像與靜態(tài)圖片信息為主要依據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)分析、識(shí)別監(jiān)控視頻圖像中是否分布生物體并對(duì)生物體的面部進(jìn)行鎖定、跟蹤監(jiān)控，探測(cè)捕捉生物體的面部特征信息、行為特征。（3）面部圖像處理模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)模糊特征信息進(jìn)行修正，生成標(biāo)準(zhǔn)面部圖片。隨后，基于面部特征處理單元對(duì)面部圖片加以處理，精確顯示具體面部特征信息，提高人臉識(shí)別精度。（4）面部特征信息服務(wù)器。將所生成標(biāo)準(zhǔn)面部圖片與相關(guān)面部特征信息傳輸至系統(tǒng)配套數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，對(duì)所關(guān)聯(lián)信息圖像進(jìn)行比對(duì)，從而精確判斷監(jiān)控對(duì)象的真實(shí)身份[4]。

3.2明確系統(tǒng)工作流程

目前，在部分安防系統(tǒng)中，雖然加強(qiáng)對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用力度，但在制定安防系統(tǒng)工作流程存在不合理的問(wèn)題，難以充分發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用效能。因此，在人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)優(yōu)先運(yùn)行面部捕捉模塊，對(duì)監(jiān)控視頻圖像內(nèi)監(jiān)控對(duì)象的面部特征、體態(tài)特征進(jìn)行采集、分析，生成標(biāo)準(zhǔn)面部圖片。隨后，將面部圖片經(jīng)由圖像處理模塊加以篩選，挑選與之相匹配的標(biāo)準(zhǔn)人臉模板、并對(duì)圖片進(jìn)行加工處理、開(kāi)展圖片數(shù)字解釋工作。最后，安防系統(tǒng)以面部特征數(shù)據(jù)為主要依據(jù)，構(gòu)建圖像對(duì)比模型，逐一對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)相似面部特征數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果，辨識(shí)監(jiān)控對(duì)象的真實(shí)身份。

3.3 探索系統(tǒng)應(yīng)用方向

（1）人物對(duì)比。采用分布式系統(tǒng)架構(gòu)開(kāi)發(fā)安防系統(tǒng)，經(jīng)由攝像頭等監(jiān)控設(shè)備持續(xù)采集視頻監(jiān)控圖像信息，并將信息傳輸至系統(tǒng)服務(wù)器，基于人臉識(shí)別技術(shù)，自動(dòng)對(duì)視頻圖像對(duì)生物體的面部特征信息加以采集、修正與分析，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中黑名單人臉信息加以對(duì)比。如若對(duì)比結(jié)果一致，或是具有較高匹配度，系統(tǒng)將自動(dòng)向相關(guān)部門(mén)與系統(tǒng)管理人員發(fā)送預(yù)警信息。（2）門(mén)禁系統(tǒng)。所配置視頻監(jiān)測(cè)裝置或感應(yīng)器將對(duì)特定區(qū)域所停留生物體的面部特征信息進(jìn)行識(shí)別，與數(shù)據(jù)庫(kù)中人員名單及面部信息進(jìn)行比對(duì)，辨識(shí)人員身份信息。隨后，根據(jù)所確定人員身份及權(quán)限等級(jí)，自動(dòng)開(kāi)啟門(mén)禁門(mén)等裝置。（3）電子護(hù)照憑證。以人臉識(shí)別技術(shù)作為首推識(shí)別模式，系統(tǒng)采集人臉等生物特征以辨識(shí)監(jiān)控對(duì)象的真實(shí)身份，便于電子護(hù)照管理與身份識(shí)別工作的開(kāi)展。目前，我國(guó)公安部正加緊規(guī)劃與實(shí)施電子護(hù)照管理計(jì)劃。（4）校園安防系統(tǒng)。目前我國(guó)多數(shù)高等院校普遍存在校內(nèi)人員流動(dòng)性過(guò)大、現(xiàn)有安防系統(tǒng)管理效率低下的問(wèn)題，難以對(duì)校內(nèi)出入人員的身份加以有效識(shí)別、篩選，導(dǎo)致校園犯罪率居高不下，存在一定的安全隱患。具體來(lái)講，在校園安防系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，所面臨主要問(wèn)題在于，人員流動(dòng)性過(guò)大，系統(tǒng)無(wú)法速鎖定、跟蹤監(jiān)測(cè)大量的監(jiān)控對(duì)象，難以精確識(shí)別監(jiān)控對(duì)象的真實(shí)身份。

人臉識(shí)別技術(shù)具有非接觸性、非強(qiáng)制性與并發(fā)性等技術(shù)特點(diǎn)，在與監(jiān)控對(duì)象無(wú)直接接觸的前提下，可在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下同時(shí)對(duì)多個(gè)監(jiān)控對(duì)象的面部特征信息進(jìn)行獲取、修正、分揀、判斷與識(shí)別，極適用于校園安防系統(tǒng)中。

以某高等院校為例，將人臉識(shí)別技術(shù)融合至校園安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，增設(shè)人臉實(shí)時(shí)抓拍、運(yùn)動(dòng)跟蹤、人臉自動(dòng)檢索、人臉布防預(yù)警、黑名單對(duì)比等功能模塊。在所識(shí)別監(jiān)控對(duì)象信息與黑名單庫(kù)中可疑人員信息相符時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)送預(yù)警信號(hào)，采取多種聯(lián)動(dòng)方式疏散人員、并與公安等相關(guān)部門(mén)開(kāi)展協(xié)同管理工作，抓獲犯罪嫌疑人、鎖定犯罪嫌疑人的具體行動(dòng)路線。

在校園安防系統(tǒng)中，受到技術(shù)因素限制，難以充分發(fā)揮人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用效能。從技術(shù)實(shí)際應(yīng)用與系統(tǒng)運(yùn)行角度來(lái)看，系統(tǒng)最多同時(shí)支持16路人臉抓拍機(jī)，并將人臉與黑名單進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比。同時(shí)，黑名單人數(shù)應(yīng)控制在1000人以內(nèi)，如若黑名單對(duì)象人數(shù)過(guò)多，將會(huì)對(duì)人臉檢索與黑名單對(duì)比效率造成影響。

4 人臉識(shí)別技術(shù)在安防系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 系統(tǒng)研制特點(diǎn)

以我國(guó)山東博物館為例，將人臉識(shí)別技術(shù)作為安防系統(tǒng)開(kāi)發(fā)核心，針對(duì)性配置人臉警示功能與配套檢索系統(tǒng)。山東博物館安防系統(tǒng)的具體研制特點(diǎn)如下：

系統(tǒng)將對(duì)監(jiān)控對(duì)象的面部圖像與固定M面部圖像進(jìn)行逐一比對(duì)，以相似性為排序依據(jù)，對(duì)相關(guān)圖像排列執(zhí)行面部識(shí)別操作，隨后在輸入面顯示監(jiān)控對(duì)象的身份信息數(shù)據(jù);采取N∶M動(dòng)態(tài)檢測(cè)識(shí)別模式，從動(dòng)態(tài)視頻圖像信息中跟蹤鎖定監(jiān)控對(duì)象，提取并識(shí)別監(jiān)控對(duì)象的面部特征;采取非合作被動(dòng)獲取方式，基于安檢門(mén)視頻監(jiān)控設(shè)備等硬件設(shè)備，多角度對(duì)監(jiān)控對(duì)象的面部信息進(jìn)行采集，同時(shí)聯(lián)動(dòng)多個(gè)攝像頭設(shè)備，在保障全面獲取面部特征性信息的同時(shí)，避免出現(xiàn)監(jiān)控死角，在真正意義上做到了對(duì)多個(gè)監(jiān)控對(duì)象的實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè);采取遠(yuǎn)程采集人臉信息方式，視頻監(jiān)控設(shè)備與監(jiān)控對(duì)象間距在7m以內(nèi)時(shí)，即可在不被訪問(wèn)者注意的前提下快速、精確獲取面部圖像信息;采用多相機(jī)采集模式，結(jié)合博物館建筑結(jié)構(gòu)，將攝像頭設(shè)備在制定位置進(jìn)行高低配置（低位置安裝與高處懸掛），以此解決面部間距問(wèn)題，并克服面罩等障礙物。

4.2人臉采集測(cè)試

山東博物館為驗(yàn)證人臉識(shí)別技術(shù)在安防系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)期技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)，選擇開(kāi)展人臉采集測(cè)試作業(yè)，在博物館室內(nèi)區(qū)域內(nèi)設(shè)置50個(gè)測(cè)試儀，測(cè)試儀高度范圍在1.6m～1.9m區(qū)間范圍內(nèi)。隨后，將樣本在博物館游覽觀眾群體中加以散步、并模擬正常觀眾的行走姿勢(shì)及速度。而50個(gè)樣本由25個(gè)黑名單與25個(gè)二級(jí)庫(kù)組成，測(cè)試時(shí)間為9：00～16：00，具體測(cè)試結(jié)果如表2所示。

通行總?cè)藬?shù)為6109，多角度人臉采集的觀眾人數(shù)為6072、有效建模數(shù)為5895、樣本通行人數(shù)為50、樣本采集人數(shù)為50、樣本有效建模數(shù)為50、人臉采集率為99.3%、有效建模率為96.5%。單攝像機(jī)人臉采集的總采集人數(shù)為5430、觀眾有效建模數(shù)為4706、樣本通信與采集人數(shù)均為50、樣本有效建模數(shù)為48、人臉采集率為89.6%、有效建模率為77.1%?；跍y(cè)試結(jié)果可知，在安防系統(tǒng)中，對(duì)多角度人臉采集模式的應(yīng)用，將充分發(fā)揮人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用效能，其具有較高的有效建模率、面部檢測(cè)率，并確保了捕獲圖像的質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，安防系統(tǒng)是保障社會(huì)環(huán)境安全的重要環(huán)節(jié)，但是傳統(tǒng)安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式中，存在諸多設(shè)計(jì)問(wèn)題與不足。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)在安防系統(tǒng)中的應(yīng)用力度，充分發(fā)揮人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用效能，并對(duì)原有安防系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)加以完善補(bǔ)充，不斷增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)用安全效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 秦紅亮，闞躍.人臉識(shí)別技術(shù)在安防系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)安防，2018（11）：120-124.

[2] 孔勇，顧鳴鶴，奚松波.人臉識(shí)別技術(shù)在安防系統(tǒng)中的應(yīng)用研究及其示范[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（3）：143-144.

[3] 楊仁山.人臉識(shí)別技術(shù)在視頻安防系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2018（3）：62.

[4] 何勇軍，田顯俊，郭蓉.關(guān)于人臉識(shí)別在安防系統(tǒng)的運(yùn)用分析[J].信息記錄材料，2019，20（7）：79-80.