關(guān)于人體面貌識別技術(shù)原理以及應用分析

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

一、前言

隨著(zhù)光電技術(shù)、微計算機技術(shù)、圖像處理技術(shù)與模式識別等技術(shù)的快速發(fā)展，出現了一種嶄新的人體生物特征識別技術(shù)，這就是依靠人體生物特征來(lái)進(jìn)行人的身份驗證的一種高科技識別技術(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制的唯一性和穩定性，因此不可能復制、失竊或被遺忘。所以，利用人體的這些獨特的生理特征能準確地鑒別每個(gè)人的身份。

近幾年來(lái)，已開(kāi)發(fā)應用了聲音識別、簽字識別、指紋識別、掌形識別、眼虹膜識別等人體生物特征識別技術(shù)，與上述識別技術(shù)相比較，而最近開(kāi)發(fā)的人體面貌識別技術(shù)則具有簡(jiǎn)便、準確、經(jīng)濟及可擴展性良好等眾多優(yōu)勢，因此可廣泛應用于出入口控制、安全驗證、安防監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別技術(shù)的原理、應用及進(jìn)展。

二、人體面貌識別技術(shù)的原理

1、人體面貌識別技術(shù)的內容

人體面貌識別技術(shù)包含三個(gè)部分：

(1)人體面貌檢測

面貌檢測是指在動(dòng)態(tài)的場(chǎng)景與復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

首先設計一個(gè)或數個(gè)標準人臉的模板，然后計算測試采集的樣品與標準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人臉規則法

由于人臉具有一定的結構分布特征，所謂人臉規則的方法即提取這些特征生成相應的規則以判斷測試樣品是否包含人臉；

③樣品學(xué)習法

這種方法即采用模式識別中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的方法，即通過(guò)對面像樣品集和非面像樣品集的學(xué)習產(chǎn)生分類(lèi)器；

④膚色模型法

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

⑤特征子臉?lè )?

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)際檢測系統中也可綜合采用。

(2)人體面貌跟蹤

面貌跟蹤是指對被檢測到的面貌進(jìn)行動(dòng)態(tài)目標跟蹤。具體采用基于模型的方法或基于運動(dòng)與模型相結合的方法。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

面貌比對是對被檢測到的面貌像進(jìn)行身份確認或在面像庫中進(jìn)行目標搜索。這實(shí)際上就是說(shuō)，將采樣到的面像與庫存的面像依次進(jìn)行比對，并找出最佳的匹配對象。所以，面像的描述決定了面像識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

該方法是在庫中存貯若干標準面像模板或面像器官模板，在進(jìn)行比對時(shí)，將采樣面像所有象素與庫中所有模板采用歸一化相關(guān)量度量進(jìn)行匹配。此外，還有采用模式識別的自相關(guān)網(wǎng)絡(luò )或特征與模板相結合的方法。

人體面貌識別技術(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。如對應幾何關(guān)系多數據形成識別參數與數據庫中所有的原始參數進(jìn)行比較、判斷與確認。一般要求判斷時(shí)間低于1秒。

2、人體面貌的識別過(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)獲取當前的人體面像。即用攝像機捕捉的當前出入人員的面像，或取照片輸入，并將當前的面像文件生成面紋編碼。

(3)用當前的面紋編碼與檔案庫存的比對。即將當前的面像的面紋編碼與檔案庫存中的面紋編碼進(jìn)行檢索比對。上述的“面紋編碼”方式是根據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(xiàn)、皮膚色調、面部毛發(fā)、發(fā)型、眼鏡、表情和姿態(tài)的變化，具有強大的可靠性，從而使它可以從百萬(wàn)人中精確地辯認出某個(gè)人。人體面貌的識別過(guò)程，利用普通的圖像處理設備就能自動(dòng)、連續、實(shí)時(shí)地完成。

三、人體面貌識別技術(shù)的特點(diǎn)

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

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

因為除這種識別技術(shù)以外，其余的人體生物特征識別技術(shù)對人們來(lái)說(shuō)都是一種干擾，都需要人的被動(dòng)配合。如指紋和掌紋識別都需要人們將手放在玻璃表面，而虹膜識別需要用激光照射人的眼睛，而聲音識別需要人對著(zhù)麥克風(fēng)講話(huà)，字跡識別則需要人簽字等等。而人體面貌識別無(wú)需干擾人們的行為，你只需要很快從一架攝像機前走過(guò)，你的面貌就已經(jīng)被快速地采集和檢驗，所以非常簡(jiǎn)便。

(2)人體面貌識別技術(shù)有良好的防偽、防欺詐、準確、直觀(guān)、方便的特點(diǎn)。

因為同其他人體生物特征識別技術(shù)相比較，只有面像識別是最直觀(guān)、最可靠、最準確的，因而它是優(yōu)良的防偽、防欺詐的。

(3)人體面貌識別技術(shù)具有性?xún)r(jià)比高、經(jīng)濟、可擴展性良好的特點(diǎn)。

因為人體面貌識別技術(shù)比其他的人體生物特征識別技術(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、性?xún)r(jià)比高；由于其直觀(guān)、準確，且應用更為廣泛，因此具有良好的可擴展性能。

四、人體面貌識別技術(shù)的應用

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

1、在銀行金融系統中的應用

由于銀行金融系統對安全防范控制系統有著(zhù)極高的要求，如對金庫的安全設施、保險柜、自動(dòng)柜員機以及電子商務(wù)信息系統等都需要人體面貌識別技術(shù)這種更直觀(guān)、準確、可靠的識別系統。

近年來(lái)，金融詐騙、搶劫發(fā)生率有所增高，對傳統的安全措施提出了新的挑戰。而人體面貌識別技術(shù)根本不需要帶任何的電子、機械“鑰匙”，因而可杜絕丟失鑰匙、密碼的現象。如果配合IC卡、指紋識別等技術(shù)，就可以更加使安全系數成倍增長(cháng)。而且，由于對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。

當前，銀行系統正在開(kāi)展保險柜出租、托管的業(yè)務(wù)，若銀行使用這種識別系統，能提高安全系數和客戶(hù)對銀行的可信度。此外，若在A(yíng)TM自動(dòng)取款機上應用這種識別技術(shù)，可以解除用戶(hù)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、在政法系統中的應用

當前，我國的公、檢、法正加強對經(jīng)濟、刑事等犯罪行為的打擊力度，正在聯(lián)合開(kāi)展“追、逃”斗爭。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，它對證件資料假冒犯人的查詢(xún)有較大的難度，對犯罪分子的狡辨、偽裝往往要消耗大量的時(shí)間和物力來(lái)進(jìn)行確認。如果利用人體面貌識別技術(shù)，則可大大提高工作效率，并能對犯罪分子產(chǎn)生極大的威攝力量。如在重要的車(chē)站、碼頭、機場(chǎng)、海關(guān)等出入口附近架設攝像機，則系統可在無(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 )將頭像面貌特征數據傳送到計算機中心數據庫去，與逃犯的頭像進(jìn)行比較，迅速準確地作出身份判斷，一旦發(fā)現是吻合的頭像，即自動(dòng)記錄并報警。如英國倫敦警察局，由于最近使用了人體面貌識別系統，在三個(gè)月內破案率就提高了34％。

3、在其他方面的應用

除在上面兩大領(lǐng)域的應用外，人體面貌識別技術(shù)可廣泛應用于軍隊、公安、黨政機關(guān)、物業(yè)管理及其他一切需要的部門(mén)的安全驗證、監控、門(mén)禁及一切出入口控制等多個(gè)方面。

五、人體面貌識別技術(shù)的進(jìn)展

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

此外，德國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別。英國也有這類(lèi)產(chǎn)品應用。

TechnologyRecognitionSystems技術(shù)識別系統公司和ForensicSecurity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(xiàn)傳感技術(shù)超越表面細節，而檢查更恒定的內在的解剖學(xué)上的東西。它有不受燈光影響的優(yōu)勢，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準視頻外，近來(lái)的發(fā)展趨勢是熱成像技術(shù)。這種技術(shù)是通過(guò)分析由面部的毛細血管的血液產(chǎn)生的熱線(xiàn)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。

我國目前人體面貌識別技術(shù)的研究和應用還剛剛開(kāi)始，而歐美等發(fā)達國家這一技術(shù)已被應用在許多場(chǎng)所。尤其是“9?11”恐怖事件之后，美國警方率先在冰島國際機場(chǎng)、美國波士頓機場(chǎng)、奧克蘭機場(chǎng)、亞特蘭大機場(chǎng)、休斯頓機場(chǎng)等都開(kāi)始應用這一先進(jìn)技術(shù)，它們借助電視監控系統監控掃描人群，自動(dòng)搜尋警方所需要的恐怖分子?，F在我國不少大專(zhuān)院校與科研單位已著(zhù)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。