人體面貌識(shí)別技術(shù)的原理、應(yīng)用及進(jìn)展

2013-11-29

人體生物特征識(shí)別技術(shù)是依靠人體的生物特征來(lái)進(jìn)行人的身份驗(yàn)證的一種高科技識(shí)別技術(shù)。而人體面貌識(shí)別技術(shù)具有比其他生物特征識(shí)別技術(shù)更直觀、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、可靠及可擴(kuò)展性良好等眾多優(yōu)勢(shì)。因而應(yīng)用廣泛。本文介紹人體面貌識(shí)別技術(shù)的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用及進(jìn)展。

一、前言

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，出現(xiàn)了一種嶄新的人體生物特征識(shí)別技術(shù)，這就是依靠人體生物特征來(lái)進(jìn)行人的身份驗(yàn)證的一種高科技識(shí)別技術(shù)。

人體生物特征目前主要用到人體的指紋、掌紋、眼虹膜、聲音、筆跡、面貌及DNA等。由于這些特征具有人體所固有的不可復(fù)制的唯一性和穩(wěn)定性，因此不可能復(fù)制、失竊或被遺忘。所以，利用人體的這些獨(dú)特的生理特征能準(zhǔn)確地鑒別每個(gè)人的身份。

近幾年來(lái)，已開(kāi)發(fā)應(yīng)用了聲音識(shí)別、簽字識(shí)別、指紋識(shí)別、掌形識(shí)別、眼虹膜識(shí)別等人體生物特征識(shí)別技術(shù)，與上述識(shí)別技術(shù)相比較，而最近開(kāi)發(fā)的人體面貌識(shí)別技術(shù)則具有簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)及可擴(kuò)展性良好等眾多優(yōu)勢(shì)，因此可廣泛應(yīng)用于出入口控制、安全驗(yàn)證、安防監(jiān)控與搜尋罪犯等有關(guān)方面。下面就簡(jiǎn)要介紹一下人體面貌識(shí)別技術(shù)的原理、應(yīng)用及進(jìn)展。 二、人體面貌識(shí)別技術(shù)的原理

1、人體面貌識(shí)別技術(shù)的內(nèi)容

人體面貌識(shí)別技術(shù)包含三個(gè)部分：

（1）人體面貌檢測(cè)

面貌檢測(cè)是指在動(dòng)態(tài)的場(chǎng)景與復(fù)雜的背景中判斷是否存在面像，并分離出這種面像。一般有下列幾種方法：

①參考模板法

首先設(shè)計(jì)一個(gè)或數(shù)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)人臉的模板，然后計(jì)算測(cè)試采集的樣品與標(biāo)準(zhǔn)模板之間的匹配程度，并通過(guò)閾值來(lái)判斷是否存在人臉；

②人臉規(guī)則法

由于人臉具有一定的結(jié)構(gòu)分布特征，所謂人臉規(guī)則的方法即提取這些特征生成相應(yīng)的規(guī)則以判斷測(cè)試樣品是否包含人臉；

③樣品學(xué)習(xí)法

這種方法即采用模式識(shí)別中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，即通過(guò)對(duì)面像樣品集和非面像樣品集的學(xué)習(xí)產(chǎn)生分類器；

④膚色模型法

這種方法是依據(jù)面貌膚色在色彩空間中分布相對(duì)集中的規(guī)律來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。

⑤特征子臉?lè)?/span>

這種方法是將所有面像集合視為一個(gè)面像子空間，并基于檢測(cè)樣品與其在子孔間的投影之間的距離判斷是否存在面像。

值得提出的是，上述5種方法在實(shí)際檢測(cè)系統(tǒng)中也可綜合采用。

（2）人體面貌跟蹤

面貌跟蹤是指對(duì)被檢測(cè)到的面貌進(jìn)行動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤。具體采用基于模型的方法或基于運(yùn)動(dòng)與模型相結(jié)合的方法。

此外，利用膚色模型跟蹤也不失為一種簡(jiǎn)單而有效的手段。

（3）人體面貌比對(duì)

面貌比對(duì)是對(duì)被檢測(cè)到的面貌像進(jìn)行身份確認(rèn)或在面像庫(kù)中進(jìn)行目標(biāo)搜索。這實(shí)際上就是說(shuō)，將采樣到的面像與庫(kù)存的面像依次進(jìn)行比對(duì)，并找出最佳的匹配對(duì)象。所以，面像的描述決定了面像識(shí)別的具體方法與性能。目前主要采用特征向量與面紋模板兩種描述方法：

①特征向量法

該方法是先確定眼虹膜、鼻翼、嘴角等面像五官輪廓的大小、位置、距離等屬性，然后再計(jì)算出它們的幾何特征量，而這些特征量形成一描述該面像的特征向量。 ②面紋模板法

該方法是在庫(kù)中存貯若干標(biāo)準(zhǔn)面像模板或面像器官模板，在進(jìn)行比對(duì)時(shí)，將采樣面像所有象素與庫(kù)中所有模板采用歸一化相關(guān)量度量進(jìn)行匹配。

此外，還有采用模式識(shí)別的自相關(guān)網(wǎng)絡(luò)或特征與模板相結(jié)合的方法。

人體面貌識(shí)別技術(shù)的核心實(shí)際為“局部人體特征分析”和“圖形/神經(jīng)識(shí)別算法?！边@種算法是利用人體面部各器官及特征部位的方法。如對(duì)應(yīng)幾何關(guān)系多數(shù)據(jù)形成識(shí)別參數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中所有的原始參數(shù)進(jìn)行比較、判斷與確認(rèn)。一般要求判斷時(shí)間低于1秒。

2、人體面貌的識(shí)別過(guò)程

一般分三步：

（1）首先建立人體面貌的面像檔案。即用攝像機(jī)采集單位人員的人體面貌的面像文件或取他們的照片形成面像文件，并將這些面像文件生成面紋（Faceprint）編碼貯存起來(lái)。

（2）獲取當(dāng)前的人體面像

即用攝像機(jī)捕捉的當(dāng)前出入人員的面像，或取照片輸入，并將當(dāng)前的面像文件生成面紋編碼。

（3）用當(dāng)前的面紋編碼與檔案庫(kù)存的比對(duì)

即將當(dāng)前的面像的面紋編碼與檔案庫(kù)存中的面紋編碼進(jìn)行檢索比對(duì)。上述的“面紋編碼”方式是根據(jù)人體面貌臉部的本質(zhì)特征和開(kāi)頭來(lái)工作的。這種面紋編碼可以抵抗光線、皮膚色調(diào)、面部毛發(fā)、發(fā)型、眼鏡、表情和姿態(tài)的變化，具有強(qiáng)大的可靠性，從而使它可以從百萬(wàn)人中精確地辯認(rèn)出某個(gè)人。

人體面貌的識(shí)別過(guò)程，利用普通的圖像處理設(shè)備就能自動(dòng)、連續(xù)、實(shí)時(shí)地完成。

三、人體面貌識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)

人體面貌識(shí)別技術(shù)與其他人體生物特征識(shí)別技術(shù)相比較，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

（1）人體面貌識(shí)別技術(shù)有快速、簡(jiǎn)便、非侵?jǐn)_和不需要人的被動(dòng)配合的特點(diǎn)。

因?yàn)槌@種識(shí)別技術(shù)以外，其余的人體生物特征識(shí)別技術(shù)對(duì)人們來(lái)說(shuō)都是一種干擾，都需要人的被動(dòng)配合。如指紋和掌紋識(shí)別都需要人們將手放在玻璃表面，而虹膜識(shí)別需要用激光照射人的眼睛，而聲音識(shí)別需要人對(duì)著麥克風(fēng)講話，字跡識(shí)別則需要人簽字等等。而人體面貌識(shí)別無(wú)需干擾人們的行為，你只需要很快從一架攝像機(jī)前走過(guò)，你的面貌就已經(jīng)被快速地采集和檢驗(yàn)，所以非常簡(jiǎn)便。 （2）人體面貌識(shí)別技術(shù)有良好的防偽、防欺詐、準(zhǔn)確、直觀、方便的特點(diǎn)。

因?yàn)橥渌梭w生物特征識(shí)別技術(shù)相比較，只有面像識(shí)別是最直觀、最可靠、最準(zhǔn)確的，因而它是優(yōu)良的防偽、防欺詐的。

（3）人體面貌識(shí)別技術(shù)具有性價(jià)比高、經(jīng)濟(jì)、可擴(kuò)展性良好的特點(diǎn)。

因?yàn)槿梭w面貌識(shí)別技術(shù)比其他的人體生物特征識(shí)別技術(shù)的性能要優(yōu)越，它不要人的行為的配合能方便有效地核查人的身份，而且只需通用的PC硬件及相關(guān)軟件，因而經(jīng)濟(jì)、性價(jià)比高；由于其直觀、準(zhǔn)確，且應(yīng)用更為廣泛，因此具有良好的可擴(kuò)展性能。

四、人體面貌識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

由于人體面貌識(shí)別技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因而有著十分廣泛的應(yīng)用前景。其應(yīng)用領(lǐng)域遍及軍隊(duì)、政法、銀行、物業(yè)、海關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等。下面就其主要應(yīng)用作一簡(jiǎn)介。

1、在銀行金融系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于銀行金融系統(tǒng)對(duì)安全防范控制系統(tǒng)有著極高的要求，如對(duì)金庫(kù)的安全設(shè)施、保險(xiǎn)柜、自動(dòng)柜員機(jī)以及電子商務(wù)信息系統(tǒng)等都需要人體面貌識(shí)別技術(shù)這種更直觀、準(zhǔn)確、可靠的識(shí)別系統(tǒng)。

近年來(lái)，金融詐騙、搶劫發(fā)生率有所增高，對(duì)傳統(tǒng)的安全措施提出了新的挑戰(zhàn)。而人體面貌識(shí)別技術(shù)根本不需要帶任何的電子、機(jī)械“鑰匙”，因而可杜絕丟失鑰匙、密碼的現(xiàn)象。如果配合IC卡、指紋識(shí)別等技術(shù)，就可以更加使安全系數(shù)成倍增長(zhǎng)。而且，由于對(duì)每次操作事件都保存一條有時(shí)間、日期和人體面像的記錄，所以它具有良好的可跟蹤性。

當(dāng)前，銀行系統(tǒng)正在開(kāi)展保險(xiǎn)柜出租、托管的業(yè)務(wù)，若銀行使用這種識(shí)別系統(tǒng)，能提高安全系數(shù)和客戶對(duì)銀行的可信度。此外，若在ATM自動(dòng)取款機(jī)上應(yīng)用這種識(shí)別技術(shù)，可以解除用戶忘記密碼的苦惱，而且還可以防止冒領(lǐng)、盜取的事件發(fā)生。 2、在政法系統(tǒng)中的應(yīng)用

當(dāng)前，我國(guó)的公、檢、法正加強(qiáng)對(duì)經(jīng)濟(jì)、刑事等犯罪行為的打擊力度，正在聯(lián)合開(kāi)展“追、逃”斗爭(zhēng)。目前多是將逃犯的照片、身份證、特征資料上網(wǎng)發(fā)布。但這種方法的判斷要通過(guò)多種技術(shù)鑒定，它對(duì)證件資料假冒犯人的查詢有較大的難度，對(duì)犯罪分子的狡辨、偽裝往往要消耗大量的時(shí)間和物力來(lái)進(jìn)行確認(rèn)。如果利用人體面貌識(shí)別技術(shù)，則可大大提高工作效率，并能對(duì)犯罪分子產(chǎn)生極大的威攝力量。如在重要的車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)、海關(guān)等出入口附近架設(shè)攝像機(jī)，則系統(tǒng)可在無(wú)人職守的情況下自動(dòng)捕捉進(jìn)、出上述場(chǎng)所的人員的頭像，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將頭像面貌特征數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)中心數(shù)據(jù)庫(kù)去，與逃犯的頭像進(jìn)行比較，迅速準(zhǔn)確地作出身份判斷，一旦發(fā)現(xiàn)是吻合的頭像，即自動(dòng)記錄并報(bào)警。如英國(guó)倫敦警察局，由于最近使用了人體面貌識(shí)別系統(tǒng)，在三個(gè)月內(nèi)破案率就提高了34％。

3、在其他方面的應(yīng)用

除在上面兩大領(lǐng)域的應(yīng)用外，人體面貌識(shí)別技術(shù)可廣泛應(yīng)用于軍隊(duì)、公安、黨政機(jī)關(guān)、物業(yè)管理及其他一切需要的部門的安全驗(yàn)證、監(jiān)控、門禁及一切出入口控制等多個(gè)方面。

五、人體面貌識(shí)別技術(shù)的進(jìn)展 人體面貌識(shí)別技術(shù)的最新進(jìn)展就是可以通過(guò)攝像機(jī)來(lái)搜索捕捉識(shí)別活動(dòng)的人像，而不僅僅是識(shí)別靜止的照片。如最近由美國(guó)新澤西州Visionics公司開(kāi)發(fā)的面像局部特征分析法識(shí)別系統(tǒng)，僅用一部攝像機(jī)和一臺(tái)微計(jì)算機(jī)即可在人群中識(shí)別出某個(gè)人來(lái)。

此外，德國(guó)ZN公司的Phantomas可以處理由受害者描繪的一系列疑犯圖像的識(shí)別。英國(guó)也有這類產(chǎn)品應(yīng)用。

Technology Recognition Systems技術(shù)識(shí)別系統(tǒng)公司和Forensic Security法庭服務(wù)公司都更傾向于集中在看不見(jiàn)的面容上，即使用紅外線傳感技術(shù)超越表面細(xì)節(jié)，而檢查更恒定的內(nèi)在的解剖學(xué)上的東西。它有不受燈光影響的優(yōu)勢(shì)，在黑暗中也可象在白天一樣工作。

用于捕捉人體面貌圖像的除了標(biāo)準(zhǔn)視頻外，近來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是熱成像技術(shù)。這種技術(shù)是通過(guò)分析由面部的毛細(xì)血管的血液產(chǎn)生的熱線來(lái)形成面部圖像。熱成像技術(shù)并不需要較好的光源條件，即使在黑暗的情況下也可使用。并可更好地排除胡須、頭發(fā)以及化妝引起的面部變化的干擾。

我國(guó)目前人體面貌識(shí)別技術(shù)的研究和應(yīng)用還剛剛開(kāi)始，而歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家這一技術(shù)已被應(yīng)用在許多場(chǎng)所。尤其是“911”恐怖事件之后，美國(guó)警方率先在冰島國(guó)際機(jī)場(chǎng)、美國(guó)波士頓機(jī)場(chǎng)、奧克蘭機(jī)場(chǎng)、亞特蘭大機(jī)場(chǎng)、休斯頓機(jī)場(chǎng)等都開(kāi)始應(yīng)用這一先進(jìn)技術(shù)，它們借助電視監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控掃描人群，自動(dòng)搜尋警方所需要的恐怖分子?，F(xiàn)在我國(guó)不少大專院校與科研單位已著手這方面的實(shí)質(zhì)性的研究，相信不久即有新型產(chǎn)品問(wèn)世。（信息來(lái)源：樂(lè)通光電新技術(shù)研究所）