基于人臉支付的高校消費(fèi)方式研究

胡銳 芮忠

（蘇州科技大學(xué) 信息化建設(shè)與管理中心，江蘇 蘇州 215009）

一、引言

人臉識(shí)別與指紋識(shí)別、掌紋識(shí)別、視網(wǎng)膜識(shí)別、骨骼識(shí)別、心跳識(shí)別等都屬于人體生物特征識(shí)別技術(shù)，都是隨著光電技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)與模式識(shí)別等技術(shù)的快速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的。它是一種基于人的相貌特征信息進(jìn)行身份認(rèn)證的生物特征識(shí)別技術(shù)，技術(shù)的最大特征是能避免個(gè)人信息泄露，并采用非接觸的方式進(jìn)行識(shí)別[1-3]。

人臉支付，是一種用AI 智能去識(shí)別出的新型支付方式，能得到重要信息，重要的是在支付過(guò)程中，能有效防止虛假攻擊，識(shí)別幾率將近百分百。可以快捷、精準(zhǔn)、衛(wèi)生地進(jìn)行身份認(rèn)定;具有不可復(fù)制性，即使做了整容手術(shù)，該技術(shù)也能從幾百項(xiàng)臉部特征中找出“原來(lái)的你”。無(wú)需其他，只需自己，就可以完成整個(gè)支付過(guò)程，讓交易過(guò)程變得更簡(jiǎn)單[4]。

目前，刷臉支付的應(yīng)用更是不存在任何行業(yè)限制，而是不斷滲透到各個(gè)細(xì)分的領(lǐng)域，應(yīng)用于各個(gè)場(chǎng)景。如：智慧醫(yī)療、智慧校園、智慧城市、智慧金融等[5]。

二、人臉支付原理

它主要是通過(guò)人臉識(shí)別的方式進(jìn)行，再結(jié)合數(shù)據(jù)處理的方式，通消費(fèi)者將自己的臉部正放入攝像頭將棋采集，可以是靜態(tài)，也可以是動(dòng)態(tài)，在不同的地方和，不同的表情都可以識(shí)別出來(lái)，攝像頭把他們的人臉特征全部都記錄下來(lái)，將有用的信息挑選出來(lái)，并利用這些特征實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別，當(dāng)消費(fèi)者達(dá)到了系統(tǒng)上的人臉拍攝的范圍時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)收集該用戶(hù)的人臉頭像。圖1 人臉識(shí)別原理圖。

對(duì)于特征的提取，可以歸納為兩種，一種是匹配法，另一種是根據(jù)人臉的描述和他們的距離來(lái)判斷。所謂特征值，即面部特征所組成的信息集。我們辨別一個(gè)人的特征，可能會(huì)記住他是雙眼皮、黑眼睛、藍(lán)色頭發(fā)、塌鼻梁……但人工智能算法可以辨別和記住的面部特征會(huì)比肉眼所能觀察到的多很多。

人臉識(shí)別算法通過(guò)深度學(xué)習(xí)，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)海量人臉圖片進(jìn)行學(xué)習(xí)，借助輸入圖像，提取出對(duì)區(qū)分不同人臉的特征向量，以替代人工設(shè)計(jì)的特征。每張人臉在算法中都有一組對(duì)應(yīng)的特征值，這也是進(jìn)行人臉比對(duì)的依據(jù)。同一人的不同照片提取出的特征值，在特征空間里距離很近，不同人的臉在特征空間里相距較遠(yuǎn)。我們就是通過(guò)這個(gè)來(lái)識(shí)別兩張臉是不是同一個(gè)人。

人臉識(shí)別算法一般會(huì)設(shè)定一個(gè)閾值作為評(píng)判通過(guò)與否的標(biāo)準(zhǔn)，該閾值一般是用分?jǐn)?shù)或者百分比來(lái)衡量。業(yè)界一般采用“認(rèn)假率（FAR，又稱(chēng)誤識(shí)率，把某人誤識(shí)為其他人）”和“拒真率（FRR 拒真率，本人注冊(cè)在底庫(kù)中，但比對(duì)相似度達(dá)到不預(yù)定的值）”，來(lái)作為評(píng)判依據(jù)。

當(dāng)人臉比對(duì)的相似度值大于此閾值時(shí)，則比對(duì)通過(guò)，是同一個(gè)人，否則比對(duì)失敗，不是同一個(gè)人。每個(gè)閾值我們都可以統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)的FARFRR，不同閾值的FAR/FRR 值可繪成ROC 曲線（Receiver Operating Curve），我們可以通過(guò)ROC 曲線選定一個(gè)合理的閾值點(diǎn)。

三、人臉支付構(gòu)成

（一）硬件基礎(chǔ)

采用AVS03A+Sony 方案設(shè)計(jì)。保持性能和價(jià)格的完美結(jié)合。Sony 方案色彩更艷麗，對(duì)光線明暗交界處還原更好。自帶OSD 控制，提供人臉識(shí)別、強(qiáng)光抑制、動(dòng)態(tài)白平衡、隱蔽遮擋、背光補(bǔ)償、畫(huà)面調(diào)整等多種功能。提供人臉識(shí)別、智能放大功能。采用大功率臺(tái)灣鼎元超遠(yuǎn)陣列紅外燈設(shè)計(jì)，提供室內(nèi)外：50-70 米的夜視距離?？蛇x擇3.6mm，6mm，8mm，12mm 多種鏡頭。超過(guò)48db 的信噪比，有效提高信號(hào)抗干擾能力。

（二）通訊基礎(chǔ)

云平臺(tái)的承載能力越來(lái)越強(qiáng)，5G 加WIFI 的優(yōu)良通訊環(huán)境為刷臉支付提供平臺(tái)和通訊。在WiFi 斷網(wǎng)情況下，也能采用5G 網(wǎng)絡(luò)。5G 模塊采用華為MH5000-315G 工業(yè)模組。此工業(yè)模組核心采用華為巴龍5000 芯片，核心器件包括主芯片、PMU、射頻等完全自主可控；支持NSA/SA 雙模，幫助行業(yè)客戶(hù)靈活接入不同5G 模式網(wǎng)絡(luò)，支持中國(guó)5G SA 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；支持單芯全模，2G/3G/4G/5G 全兼容，直接同步5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋節(jié)奏，保護(hù)客戶(hù)設(shè)備投資。下行速率高達(dá)2Gbps，上行速率高達(dá)230Mbps，滿足行業(yè)應(yīng)用的高帶寬要求；工作溫度范圍廣至-40℃～85℃，采用高可靠性器件以及工業(yè)獨(dú)特設(shè)計(jì)，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的多樣化；微內(nèi)核加持TrustZone 的雙重安全機(jī)制，讓工業(yè)環(huán)境使用真正安全可靠；自帶高性能的應(yīng)用處理器，其算力達(dá)14400DMPIS，擁有業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的多個(gè)硬件接口，充分滿足工業(yè)設(shè)備接口需求。支持Ant 1,TRX,824MHz～5GHz、Ant 2,TRX,824MHz～5GHz、Ant 3,RX,1805MHz～5GHz、Ant 4,RX,1805MHz～5GHz 4 種頻段，大大的提高了信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（三）數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

需要采集人員數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫(kù)。采集時(shí)保持?jǐn)z像機(jī)及照明設(shè)備等物理?xiàng)l件基本一致。數(shù)據(jù)庫(kù)中男女性別比例應(yīng)基本保持平衡。人臉數(shù)據(jù)庫(kù)中盡量多攝取各年齡段的人臉樣本，避免采集的樣本太集中于某個(gè)年齡段。如果原來(lái)帶眼鏡的飾物，除要求帶飾物的圖像外，其它所有圖像在攝取前應(yīng)除下飾物，所用飾物如眼鏡等應(yīng)盡量根據(jù)個(gè)人情況隨機(jī)選取，即不規(guī)定只采用何種眼鏡等。

在攝取過(guò)程中，命名采集對(duì)象的文件名時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（a）同名同姓的不同采集對(duì)象不應(yīng)歸類(lèi)為同一個(gè)識(shí)別號(hào)；

（b）在不同時(shí)期攝取的同一采集對(duì)象應(yīng)歸類(lèi)為同一個(gè)識(shí)別號(hào)。應(yīng)建立專(zhuān)門(mén)的完成圖像攝入任務(wù)的程序，對(duì)每個(gè)采集對(duì)象的輸入只應(yīng)包括姓名、性別、出生日期以及命名規(guī)則中的相關(guān)項(xiàng)，攝入數(shù)據(jù)庫(kù)中圖像文件名應(yīng)由輸入程序產(chǎn)生以減少人工輸入所造成的錯(cuò)誤。合理安排對(duì)采集對(duì)象的攝取順序，以減少輸入時(shí)間。

為了擴(kuò)大本數(shù)據(jù)庫(kù)的影響和針對(duì)以后進(jìn)行的各種標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，需建立一個(gè)公開(kāi)發(fā)行的比較典型的基本代表了本數(shù)據(jù)庫(kù)特性的發(fā)布子庫(kù)和不同的測(cè)試子庫(kù)，即建立如下的子庫(kù)：發(fā)布子庫(kù)每人10 幅圖像、標(biāo)準(zhǔn)正面中性表情單人臉子庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)正面人臉子庫(kù)（中性表情）、表情變化子庫(kù)、姿態(tài)實(shí)驗(yàn)子庫(kù)、光照實(shí)驗(yàn)子庫(kù)。

四、人臉支付流程

人臉支付包含4 個(gè)部分：拍照、數(shù)據(jù)處理、人臉對(duì)比到最后完成支付，流程圖如圖2。

（一）拍照數(shù)據(jù)采集

人臉識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)攝像機(jī)對(duì)人臉的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，可以智能采集各種人臉，對(duì)人臉進(jìn)行采集時(shí)候可以對(duì)人臉進(jìn)行跟蹤，確保采集到的是有效的人臉數(shù)據(jù)。

（二）數(shù)據(jù)處理

在對(duì)人臉的圖形進(jìn)行采集完成后，系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的圖像，進(jìn)行處理，由于采集到的人臉受到光線、表情以及角度的影響，所以要進(jìn)行處理，通過(guò)光線補(bǔ)償、幾何校正等技術(shù)，對(duì)人臉進(jìn)行修復(fù)。

（三）數(shù)據(jù)對(duì)比

人臉識(shí)別后進(jìn)行匹配。在采集到人臉后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)里面開(kāi)始檢索，檢索到匹配度最高的人臉信息，通過(guò)設(shè)置一個(gè)匹配度的值，如果對(duì)比的結(jié)果超過(guò)或者約等于這個(gè)設(shè)置的值，就對(duì)人臉信息進(jìn)行輸出，所以總體來(lái)說(shuō)，匹配的依據(jù)就是根據(jù)人臉的相似值，值越高，那么匹配度就越精準(zhǔn)。

（四）消費(fèi)扣款

人臉比對(duì)完畢后，判斷賬戶(hù)上余額是否足夠支付目前購(gòu)買(mǎi)的商品，如果滿足，則扣除相應(yīng)賬戶(hù)上錢(qián)；如果不滿足，則提示余額不足。

五、總結(jié)

隨著光電技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)與模式識(shí)別等技術(shù)的快速發(fā)展人臉支付已經(jīng)很成熟。校園人員短時(shí)間流動(dòng)性低，每年畢業(yè)或開(kāi)學(xué)才會(huì)形成大面積人員流動(dòng)，身份庫(kù)更新要求不高，有利于人臉識(shí)別與支付。且人臉支付在一定程度上解決了校園公共浴室洗澡可不帶手機(jī)問(wèn)題。在未來(lái)幾年，人臉支付一定能在校園支付方式上占一定比例。