淺談人臉識別技術(shù)發(fā)展和應用
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人臉識別是屬于生物識別技術(shù)，通過檢測對比人臉圖像來達到識別的目的。人臉圖像由于年齡、姿態(tài)、表情、光照等因素而具有“一人千面”的特點，因 此，人臉識別技術(shù)具有極大的挑戰(zhàn)性。由于傳統(tǒng)身份識別的缺陷，全球每年涉及的詐騙案至少為信用卡5億美元、移動電話10億美元和取款機30億美元。采用生 物識別技術(shù)進行個人身份鑒定，取代傳統(tǒng)的使用鑰匙、身份證、密碼等方法，可廣泛應用于銀行、機場、公安等領域的出入管理。
據(jù)各種組織和機構(gòu)的報告，2005年全球生物識別市場總規(guī)模大約為56億美金，同時國內(nèi)生物識別市場的總?cè)萘看蠹s在3.5個億的市場規(guī)模。保守 地估計到2007年全球生物識別將形成年銷售136—170億美元的市場，而其中人臉識別市場將達到47.6—59.5億美元的市場規(guī)模。人臉識別中國作 為發(fā)展中國家，人臉識別技術(shù)潛在市場同樣巨大。在國家安全、軍事安全、金融、公安、司法、民政、海關、邊境、口岸、民航、保險以及社會安防、民用安防等領 域，急需人臉識別的相關產(chǎn)品來填補市場空白。
人臉識別技術(shù)優(yōu)勢
863計劃、國家科技支撐計劃、自然科學基金都撥出?？钯Y助人臉識別的相關研究。國家“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃中也將人臉識別技術(shù)的研究與發(fā)展列 入其中[4]，明確指出：“要在生物特征識別技術(shù)領域縮小與世界先進水平的差距，開展生物特征識別應用技術(shù)研究，人臉識別具有高安全性、低誤報率的出入口 控制新產(chǎn)品?！痹谶@種環(huán)境下，國內(nèi)一些科研院所和院校在人臉識別技術(shù)方面取得了很大進展。如中科院自動化所，清華大學，中科院計算所自主開發(fā)的人臉識別技 術(shù)已經(jīng)達到了國際先進的水平。人臉識別作為一種新興的生物特征識別技術(shù)(Biometrics)，與虹膜識別、指紋掃描、掌形掃描等技術(shù)相比，人臉識別技 術(shù)在應用方面具有獨到的優(yōu)勢：
1.人臉識別使用方便，用戶接受度高。人臉識別技術(shù)使用通用的攝像機作為識別信息獲取裝置，以非接觸的方式在識別對象未察覺的情況下完成識別過程。
2.直觀性突出。人臉識別技術(shù)所使用的依據(jù)是人的面部圖像，而人臉無疑是肉眼能夠判別的最直觀的信息源，方便人工確認、審計，“以貌取人”符合人的認知規(guī)律。
3.識別精確度高，速度快。與其它生物識別技術(shù)相比，人臉識別技術(shù)的識別精度處于較高的水平，誤識率、拒認率較低。
4.不易仿冒。在安全性要求高的應用場合，人臉識別技術(shù)要求識別對象必須親臨識別現(xiàn)場，他人難以仿冒。人臉識別技術(shù)所獨具的活性判別能力保證了 他人無法以非活性的照片、木偶、蠟像來欺騙識別系統(tǒng)。這是指紋等生物特征識別技術(shù)所很難做到的。舉例來說，用合法用戶的斷指即可仿冒合法用戶的身份而使識 別系統(tǒng)無從覺察。
5.使用通用性設備。人臉識別技術(shù)所使用的設備為一般的PC、攝像機等常規(guī)設備，由于目前計算機、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)等已經(jīng)得到了廣泛的應用，因 此對于多數(shù)用戶而言使用人臉識別技術(shù)無需添置大量專用設備，從而既保護了用戶的原有投資又擴展了用戶已有設備的功能，滿足了用戶安全防范的需求。
6.基礎資料易于獲得。人臉識別技術(shù)所采用的依據(jù)是人臉照片或?qū)崟r攝取的人臉圖像，因而無疑是最容易獲得的。
7.成本較低，易于推廣使用。由于人臉識別技術(shù)所使用的是常規(guī)通用設備，價格均在一般用戶可接受的范圍之內(nèi)，與其它生物識別技術(shù)相比，人臉識別產(chǎn)品具有很高的性能價格比。
概括地說，人臉識別技術(shù)是一種高精度、易于使用、穩(wěn)定性高、難仿冒、性價比高的生物特征識別技術(shù)，具有極其廣闊的市場應用前景。
我將人臉識別的一些應用列舉出來，希望拋轉(zhuǎn)引玉，大家不斷完善，開拓更多的應用領域。
1)監(jiān)控布控
實時實現(xiàn)多路攝像機對數(shù)十萬布控對象的現(xiàn)場識別和報警提示，廣泛用于機場、火車站、銀行等場所，實現(xiàn)對特定人群的布控,
2)公安照片搜索系統(tǒng)
公安系統(tǒng)目前面臨的一個難題是無法充分利用手頭上現(xiàn)成的(身份證、暫住證等)數(shù)以百萬計的照片資源，在查案過程中拿到一張照片卻無法有效的定位 其身份，人工的逐張進行照片對比幾乎是不可能完成的工作，只能花費大量的警力和時間進行排查。采用人臉識別實現(xiàn)快速人臉檢索查找，充分體現(xiàn)科技強警的威 力。
3)門禁出入
人臉識別的另一主流應用方向，其優(yōu)勢在于非接觸操作而且直觀方便便于事后查驗。
4)身份識別
應用有考場考生身份識別系統(tǒng)，公安局罪犯積分系統(tǒng)等
人臉識別技術(shù)的研究范圍
人臉識別的研究范圍大致可以分為如下幾個方面:
1.人臉識別(Face Identification)：即將已檢測到的待識別的人臉與數(shù)據(jù)庫中的已知人臉進行比較匹配，得出相關信息，這一過程的核心是選擇適當?shù)娜四樀谋碚鞣? 式與匹配策略，系統(tǒng)的構(gòu)造與人臉的表征方式密切相關。通?；蚴沁x擇全局的方法或是選擇基于特征的方法進行匹配。顯然，基于側(cè)面像所選擇的特征和基于正面像 的特征是有很大的區(qū)別的。
2.人臉檢測(Face Detection)：即從各種不同的場景中檢測出人臉的存在并確定其位置。在大多數(shù)的場合中由于場景較復雜，人臉的位置是預先不知道的，因而首先必須確 定場景中是否存在人臉，如果存在人臉，再確定圖像中人臉的位置。臉部毛發(fā)、化妝品、光照、噪聲、面部傾斜和人臉大小變化以及各種各樣遮擋等因素都會使人臉 檢測問題變得更為復雜。人臉檢測的主要目的是在輸入的整幅圖像上尋找人臉區(qū)域，把圖像分割成兩個部分-人臉區(qū)域和非人臉區(qū)域，從而為后續(xù)的應用作準備。
3.人臉表征(Face Representation)：即采取某種表示方式表示檢測出的人臉和數(shù)據(jù)庫中的已知人臉。通常的表示法包括幾何特征(如歐氏距離、曲率、角度)、代數(shù)特征(如矩陣特征矢量)、固定特征模板、特征臉、云紋圖等。
4.表情分析(Expression Analysis)：即對待識別人臉的表情信息(快樂、悲傷、恐懼、驚奇等)進行分析，并對其加以歸類。
5.生理分類(Physical Classification)：即對待識別人臉的生理特征進行分析，得出其種族、年齡、性別、職業(yè)等相關信息。顯然，完成這一操作需要大量的知識并且通常是非常困難和復雜的。
人臉識別技術(shù)在相關場所的重要性
維護國家和公共的安全
1.如何在機場、車站、碼頭、賓館、商場等口岸或公共場所的人群中發(fā)現(xiàn)特定的目標。安全部門、公安部門以往的做法只能是靠人工布控、蹲守。這種方式除了耗費大量的警力以外，還往往因為有關人員的疏忽而造成特定目標漏網(wǎng)
2.犯罪嫌疑人在被控制以后，不愿意透露自己的真實身份，而且身上沒有任何可以證明身份的線索。公安人員往往因為無從確認其身份而不得不將其釋放。在受害人身份確認方面同樣也存在類似的難題;
3.在出入境管理方面，常常有受控人員使用假的身份證件而成功逃脫有關部門的監(jiān)控。
而基于視頻的實時人臉識別系統(tǒng)，使用視頻圖像的比對，已經(jīng)能夠較好地滿足安全、公安部門的需求。人臉識別系統(tǒng)所具備的高速自動識別能力很大程度 上可以將公安、安全部門從以往的“人海戰(zhàn)術(shù)”中解脫了出來，大大提升了整個國家、社會的安全防范水平，從而達到威懾犯罪、懲治罪犯、維護社會穩(wěn)定、保障國 家安全的目的。
對門禁/出入控制系統(tǒng)的完善
門禁及出入控制系統(tǒng)的核心在于人的身份鑒別與核查，從而確保合法用戶能夠順暢地進入受控區(qū)域，使非法用戶被拒之門外。
傳統(tǒng)的身份鑒別技術(shù)主要有如下幾種類型：
1.個人識別碼及密碼，或兩者組合使用
這種方式的關鍵是用戶要牢記識別碼、密碼，若識別碼被他人獲悉，則可輕易假冒而進入受控區(qū)域。
2.IC/ID卡，
這種方式顯然有了明顯進步，合法用戶只需持卡即可進入受控區(qū)，但這一身份鑒別技術(shù)的問題在于：
a 卡證遺失會給合法持卡人帶來極大的不便。
b 存在被偽造的可能;
c 無法確保持卡人就是合法人，易被他人借用或冒用;
d 人工查驗存在有出錯或徇私舞弊的可能，使持卡人有可能進入非授權(quán)區(qū)。
3.指紋、掌形、虹膜等生物特征識別技術(shù)
與前兩種識別技術(shù)相比，基于人體生物特征識別技術(shù)的安全性顯然要高得多。
基于指紋識別技術(shù)的系統(tǒng)從實際應用來看，還存在著如下幾個方面的問題：
a 實驗表明，指紋存在著被他人復制的可能，這無疑降低了系統(tǒng)的安全性。
b 要求用戶配合程度高，在指紋采集過程中需要直接接觸指紋采集儀，易產(chǎn)生被侵犯的感覺，導致用戶對指紋識別技術(shù)的接受度降低;
c 部分用戶的指紋難以采集，存在著較高的系統(tǒng)拒絕錄入率問題;
基于掌形、虹膜識別技術(shù)的識別精度比指紋識別技術(shù)要高，但仍存在著要求用戶配合的問題，要使用專用設備、價格昂貴等缺點，難以成為市場主流產(chǎn)品。
4.人臉識別技術(shù)
在不同的生物特征識別方法中，人臉識別有其自身特殊的優(yōu)勢，因而在生物識別中有著重要的地位。在典型應用環(huán)境下，人臉識別技術(shù)的識別精度可以達 到與指紋識別技術(shù)相當?shù)某潭?，而其用戶友好性明顯要高于其它的幾種生物特征識別技術(shù)。其價格適中和優(yōu)越的性能更能獲得用戶的認可。同時，人臉識別技術(shù)可以 實現(xiàn)與數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的無縫集成，從而為門禁/出入控制系統(tǒng)提供了良好的審計、核查機制，大大地提高了系統(tǒng)的安全性和易用性。
結(jié)語
綜上所述，人臉識別技術(shù)對于維護國家安全和社會穩(wěn)定、打擊各類犯罪活動具有十分重大的意義。在新興的信息安全應用領域，人臉識別技術(shù)提供了一種 更為安全可靠易用的身份鑒別手段，從而提升了整個網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的安全性能，有效地遏止各類網(wǎng)絡違法犯罪活動。同時，人臉識別技術(shù)在傳統(tǒng)的安防領域可以便捷 的與原有技術(shù)實現(xiàn)緊密的結(jié)合，大大提升原有系統(tǒng)的智能化程度、安全性及易用性，拓展了原有系統(tǒng)的應用領域，從而促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級。人臉識別技術(shù)雖 然離我們的目標仍然有一定的差距，但是隨著科學技術(shù)的發(fā)展及各種技術(shù)手段的綜合應用，一定會推動人臉識別技術(shù)不斷向前發(fā)展。