計(jì)算機(jī)人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

朱雪斌

（廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院 廣東省珠海市 519090）

1 計(jì)算機(jī)人臉識(shí)別技術(shù)概述

人臉識(shí)別技術(shù)就是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)人的臉部特征進(jìn)行提取并且通過(guò)相關(guān)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行掃描對(duì)比。人臉識(shí)別用更加簡(jiǎn)單易懂的理解方式可以解釋為，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的充分利用，對(duì)人臉部的照片或者視頻信息進(jìn)行掃描識(shí)別，然后有效結(jié)合大數(shù)據(jù)資料庫(kù)從圖像或者視頻中面部掃描的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，然后獲取相關(guān)資料來(lái)確定身份。人臉識(shí)別技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像識(shí)別、圖像處理、生物特征等多個(gè)特種技術(shù)以及多個(gè)學(xué)科理論進(jìn)行有效融合進(jìn)行構(gòu)建的。人臉識(shí)別是當(dāng)前人工智能和模式識(shí)別的研究熱點(diǎn)，其技術(shù)本質(zhì)而言，就是通過(guò)圖像采集設(shè)備獲取用戶的面部圖像，再對(duì)其臉部的特征進(jìn)行計(jì)算分析，進(jìn)而和自身數(shù)據(jù)庫(kù)里已有的樣本進(jìn)行比對(duì)，最后判斷出用戶的真實(shí)身份。這一項(xiàng)技術(shù)研究已有三十多年歷史。

1.1 人臉識(shí)別技術(shù)內(nèi)容

一般來(lái)說(shuō)，一套完整的人臉識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)該由如下幾個(gè)功能模塊：人臉捕捉，人臉檢測(cè)定位，圖像預(yù)處理，特征提取和選擇，訓(xùn)練以及識(shí)別。首先通過(guò)攝像頭、相機(jī)或掃描儀等數(shù)字設(shè)備輸入，人臉圖像數(shù)據(jù)可以是序列或是靜止圖像；接著通過(guò)分析圖像，判斷是否存在人臉，如果存在，則標(biāo)記處出人臉的位置區(qū)域，并把人臉區(qū)域從場(chǎng)景中分離出來(lái)實(shí)現(xiàn)人臉檢測(cè)定位；然后對(duì)圖像的尺度和灰度進(jìn)行歸一化處理；緊接著按照某種機(jī)制策略將處理后的圖像提取出用戶識(shí)別的特征，并通過(guò)對(duì)已有的樣本設(shè)定判別規(guī)則，最后按照該規(guī)則通過(guò)比對(duì)的方法獲得未知的人臉參數(shù)，給出識(shí)別結(jié)果。

1.2 人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀

從二十世紀(jì)六十年代開(kāi)始實(shí)行的人臉識(shí)別技術(shù)，最早運(yùn)用人臉識(shí)別技術(shù)的領(lǐng)域是公安系統(tǒng)，有效運(yùn)用識(shí)別犯罪身份。到了九十年代，根據(jù)時(shí)代發(fā)展的需求，人臉識(shí)別系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域中，在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛運(yùn)用，人臉識(shí)別系統(tǒng)得到了廣泛關(guān)注，成為了當(dāng)時(shí)研究的熱點(diǎn)。但由于研究大多基于理論性缺乏全面驗(yàn)證，再加上各類標(biāo)準(zhǔn)的差異，使得各開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的結(jié)果難以比較。因此，人臉識(shí)別領(lǐng)域總體上還達(dá)不到完全成熟。

自動(dòng)人臉識(shí)別的發(fā)展可以分為3 個(gè)階段：

第一階段，機(jī)械式的識(shí)別階段。主要研究的內(nèi)容是面部特征，依靠數(shù)據(jù)庫(kù)中的人臉特征以及指紋等數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個(gè)綜合的識(shí)別系統(tǒng)。

第二階段，自動(dòng)識(shí)別階段。有效運(yùn)用現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)科技技術(shù)，結(jié)合圖形、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，自動(dòng)是被局域內(nèi)的臉部特征，從發(fā)展過(guò)程來(lái)看，人臉識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步主要依托于人臉描述方式的進(jìn)步與發(fā)展。一方面，最初的人臉描述方式主要通過(guò)幾何特征、代數(shù)特征或是人臉五官屬性來(lái)表現(xiàn)，發(fā)展到最終的通過(guò)把單個(gè)人臉?lè)纸獬啥鄠€(gè)原型人臉的加權(quán)和來(lái)表現(xiàn)，對(duì)人臉的描述方式不斷地從初級(jí)的圖形特征發(fā)展到高級(jí)的面部特征；另一方面，一開(kāi)始進(jìn)行人臉識(shí)別的時(shí)候只是普通圖像，到現(xiàn)在運(yùn)用的是人臉特征，充分實(shí)現(xiàn)了到實(shí)現(xiàn)把人臉視為3D 對(duì)象在2D 平面內(nèi)的投影，基于人臉的先驗(yàn)知識(shí)被不斷的加入到識(shí)別系統(tǒng)中。但是人臉識(shí)別受到因素影響比較多，人臉技術(shù)并不能真正到達(dá)到百分百的正確率，比如說(shuō)發(fā)型、衣裝、化妝技術(shù)等，因此，目前的人臉識(shí)別方法還不是很完善，但是隨著未來(lái)發(fā)展的科學(xué)技術(shù)水平，人臉識(shí)別技術(shù)會(huì)得到更好的發(fā)展。

1.3 人臉的檢測(cè)方法

人臉識(shí)別檢測(cè)系統(tǒng)是屬于任意一個(gè)圖像的，要對(duì)其驚醒采取一定的措施進(jìn)行搜索，系統(tǒng)通過(guò)自我搜索從中確定人臉是否存在，如果系統(tǒng)顯示存在，將會(huì)在人臉的位置給做出標(biāo)記。使用人臉檢測(cè)的需求就是通過(guò)運(yùn)用人們臉部的不同特征，最終卻定是否是同一個(gè)人。一個(gè)自動(dòng)人臉識(shí)別系統(tǒng)主要由人臉定位、人臉特征提取兩個(gè)模塊組成，因此，在整個(gè)人臉識(shí)別系統(tǒng)中，人臉檢測(cè)定位這一步十分重要，它直接影響后續(xù)的特征提取和識(shí)別等工作的成功與否。

1.3.1 基于膚色特征的方法

在開(kāi)展人臉識(shí)別的過(guò)程中檢測(cè)識(shí)別最明顯的一個(gè)特征就是膚色。膚色是人體特征最為明顯的表現(xiàn)，運(yùn)用膚色特征檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)就是減少了對(duì)人臉面部識(shí)別的依賴性，而且還可以有效滿足人臉面部表情的變化，穩(wěn)定性較高，而且檢測(cè)結(jié)果更為直接。

1.3.2 基于啟發(fā)式模型的方法

這種方法抽取幾何形狀、灰度、紋理等特征，然后用先驗(yàn)知識(shí)檢驗(yàn)他們。人臉區(qū)域內(nèi)的各器官具有較為恒定的模式，因此一些方法首先檢測(cè)五官（如：眉毛、眼睛、鼻子、嘴）或局部特征，然后根據(jù)他們的相對(duì)位置關(guān)系判斷各個(gè)區(qū)域是否可以構(gòu)成人臉。其中較為典型的有使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別法，馬賽克邊緣法。

1.3.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人臉檢測(cè)方法

是通過(guò)訓(xùn)練大量的樣本，統(tǒng)計(jì)出各參數(shù)特性構(gòu)成的一個(gè)系統(tǒng)，獲取了大量的人臉和非人臉樣本，最終會(huì)搜索出含有人臉的圖像來(lái)確定人臉。不足之處在于對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度要求很高，普通計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度很難達(dá)到要求。馬賽克檢測(cè)法，采用對(duì)各段邊緣的重心匹配，使用灰度和邊緣特征驗(yàn)證匹配，確定面部器官的位置。此方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于人臉姿態(tài)的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。

2 人臉識(shí)別應(yīng)用研究

2.1 人臉識(shí)別在門禁系統(tǒng)的應(yīng)用

門禁系統(tǒng)的重點(diǎn)在于圖像采集和人臉識(shí)別。前者門禁系統(tǒng)的重點(diǎn)在于圖像采集和人臉識(shí)別。前者負(fù)責(zé)人臉圖像的采集，采集的人臉圖像的效果和后續(xù)人臉識(shí)別效果密切相關(guān)。后者識(shí)別效果密切相關(guān)。后者是人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的核心。人臉定位就是在圖像中確否有人臉以及位置，識(shí)別定位就是在圖像中確否有人臉，識(shí)別門禁系統(tǒng)由于應(yīng)用場(chǎng)合的特殊性，不同一般人臉識(shí)別背門禁系統(tǒng)由于應(yīng)用場(chǎng)合的特殊性，不同一般人臉識(shí)別背門禁系統(tǒng)由于應(yīng)用場(chǎng)合的特殊性，不同一般人臉識(shí)別背景簡(jiǎn)單，人臉位置端正相對(duì)于其他景簡(jiǎn)單，人臉位置端正相對(duì)于其他景簡(jiǎn)單，人臉位置端正相對(duì)于其他應(yīng)用場(chǎng)合，門禁系統(tǒng)中添加人臉識(shí)別技術(shù)能夠更加方便進(jìn)入，以及能夠?qū)νㄟ^(guò)門禁系統(tǒng)的人進(jìn)行識(shí)別記錄。門禁中的人臉識(shí)別技術(shù)的工作內(nèi)容主要是通過(guò)對(duì)需要獲取進(jìn)入權(quán)限人的面部數(shù)據(jù)信息記錄至數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。當(dāng)某一人想要通過(guò)該門禁時(shí)，門禁前端的攝像頭會(huì)對(duì)來(lái)訪者面部信息進(jìn)行掃描記錄，并且將掃描的信息在數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)識(shí)別，當(dāng)掃描獲取的面部數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息匹配一致時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)對(duì)門禁系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)開(kāi)門指令的下達(dá)，通過(guò)相關(guān)硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)門開(kāi)關(guān)的控制作用。如果在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)未找到相匹配的掃描信息則不會(huì)觸動(dòng)開(kāi)門系統(tǒng)，并且會(huì)對(duì)已掃描的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄保存[1]。

2.2 人臉識(shí)別在網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的應(yīng)用

我國(guó)科學(xué)技術(shù)在高速發(fā)展的同時(shí)也帶動(dòng)了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)登錄、電子商務(wù)、收集授權(quán)都需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成，隨著信息系統(tǒng)的不斷升級(jí)，傳統(tǒng)的密碼身份識(shí)別技術(shù)容易遭受到黑客技術(shù)侵襲，沒(méi)有辦法保障信息系統(tǒng)的安全?；谶@種安全環(huán)境背景下，人臉識(shí)別技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)識(shí)別中得到了廣泛應(yīng)用，在網(wǎng)絡(luò)安全中應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù)可以有效保障網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的安全。目前，人臉識(shí)別認(rèn)證在電子商務(wù)如支付寶、微信、銀行等應(yīng)用額的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，已經(jīng)可以作為身份登錄的一種方式予以實(shí)施，充分發(fā)揮生物識(shí)別技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的作用，切實(shí)保障網(wǎng)絡(luò)信息安全[2]。

2.3 人臉識(shí)別物資儲(chǔ)備領(lǐng)域的應(yīng)用

物資儲(chǔ)備是保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的重要因素，隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，智能犯罪的比重日益加大，這為倉(cāng)儲(chǔ)的安全防范敲響了警鐘。倉(cāng)儲(chǔ)安防的首要任務(wù)是保證物資的安全，防止物資在未經(jīng)允許的情況下被帶出倉(cāng)庫(kù)，所以其工作重點(diǎn)在于嚴(yán)格控制人員的進(jìn)出。而目前大多數(shù)倉(cāng)庫(kù)出入管理仍采用傳統(tǒng)的警衛(wèi)人員人工辨認(rèn)或門禁卡的管理方式，這種方式存在著很多的弊端，既耗費(fèi)人力和時(shí)間，又容易出現(xiàn)門禁卡被竊取、冒用等情況的產(chǎn)生，因此，根據(jù)現(xiàn)存的倉(cāng)儲(chǔ)門禁系統(tǒng)，考慮到基于人臉識(shí)別的生物識(shí)別技術(shù)具有唯一性、穩(wěn)定性和安全性等優(yōu)點(diǎn)，因此，在研究人臉識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于人臉識(shí)別的全自動(dòng)物流倉(cāng)儲(chǔ)門禁系統(tǒng)[3]。

2.4 人臉識(shí)別在國(guó)家、軍事和公共等各安全領(lǐng)域

人臉識(shí)別廣泛運(yùn)用在國(guó)家、軍事和公共等安全領(lǐng)域，比如駕照驗(yàn)證、交通監(jiān)控、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。常見(jiàn)的應(yīng)用包括安檢系統(tǒng)的應(yīng)用，在高鐵站、地鐵站等場(chǎng)合，利用人臉主動(dòng)捕捉技術(shù)，識(shí)別用戶信息已經(jīng)在我國(guó)有了大量的應(yīng)用，將人臉圖像上傳到公安網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，如果這個(gè)罪犯出現(xiàn)在具有監(jiān)控識(shí)別的系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別并對(duì)公安部門進(jìn)行預(yù)警，可以有效幫助公安抓捕在逃罪犯；例如用于“深圳香港生物護(hù)照旅客快速通關(guān)系統(tǒng)”的中科奧森人臉識(shí)別系統(tǒng)，可以有效提高旅客過(guò)關(guān)時(shí)間，充分保障工作人員的工作效率，而且人臉識(shí)別率具有高度的準(zhǔn)確性，極大地提高了旅客通關(guān)速度，并且有效提高工作人員地工作效率[3]。

2.5 人臉識(shí)別在民事、社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域

目前，我國(guó)銀行系統(tǒng)中也逐漸應(yīng)用了人臉識(shí)別技術(shù)，通過(guò)人臉識(shí)別進(jìn)行持卡人的身份驗(yàn)證，通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)開(kāi)展身份驗(yàn)證方式。例如Web 遠(yuǎn)程人像身份驗(yàn)證登錄系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)與原有的賬號(hào)、密碼相互驗(yàn)證、結(jié)合使用，或直接通過(guò)用戶人臉識(shí)別驗(yàn)證的計(jì)算機(jī)登錄方式，從根本上杜絕因帳號(hào)及密碼被盜而給用戶帶來(lái)的損失[4]。

2.6 人臉識(shí)別在社交網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

人臉識(shí)別在社交網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用原理就是利用人臉識(shí)別理論下的人臉檢測(cè)、面部特征識(shí)別以及提取技術(shù)，通過(guò)攝像頭或者用戶上傳照片，利用“變臉系統(tǒng)”對(duì)其捕捉人物頭像及五官，并根據(jù)用戶的需求實(shí)現(xiàn)不開(kāi)刀不開(kāi)刀、不整形，把其五官變成理想的明星模樣，生成網(wǎng)絡(luò)形象。將此應(yīng)用于各大SNS 網(wǎng)站，可以更有效提高自身人氣，提升用戶之間的良好印象，更快速建立龐大的社交圈，同時(shí)也為人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在娛樂(lè)領(lǐng)域提供一個(gè)范例[5]。

2.7 人臉識(shí)別在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

人臉識(shí)別技術(shù)在其他領(lǐng)域也有著極其廣泛的應(yīng)用，其次，刷臉識(shí)別技術(shù)在民航、支付等領(lǐng)域也是有了相關(guān)的應(yīng)用，用戶不必通過(guò)人工識(shí)別，直接通過(guò)人臉識(shí)別即可完成身份認(rèn)證，效率和準(zhǔn)確度也是相對(duì)可靠的；除此之外，人臉識(shí)別技術(shù)還廣泛應(yīng)用于娛樂(lè)應(yīng)用場(chǎng)合，匹配相似度、圖像對(duì)比等等都有著大量的應(yīng)用。人臉識(shí)別技術(shù)還可以應(yīng)用在家庭娛樂(lè)方面，豐富家庭生活，提高家庭生活樂(lè)趣，比如家庭中的而智能玩具具備相應(yīng)的人臉識(shí)別功能，可以有效識(shí)別家人的身份；一些手機(jī)軟件可以根據(jù)人臉識(shí)別設(shè)置真實(shí)圖像[6]。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)科技水平在高速發(fā)展的同時(shí)也帶動(dòng)了人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)被被應(yīng)用到社會(huì)中的各個(gè)領(lǐng)域，不僅可以用有效提升人們的生活質(zhì)量還可以切實(shí)保障人們的生活安全。人臉研究領(lǐng)域是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，其不僅僅涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別等學(xué)科，還涉及到心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等諸多學(xué)科。人臉特征點(diǎn)的定位、跟蹤和識(shí)別受到諸多內(nèi)部和外部因素的影響，比如人的表情、姿勢(shì)、光照、說(shuō)話習(xí)慣，甚至圖像清晰度和攝像機(jī)每秒所攝錄的幀數(shù)。