人臉檢測(cè)和識(shí)別技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn)

來(lái)源：《綜合布線系統(tǒng)實(shí)用技術(shù)手冊(cè)》吳達(dá)金 編著-僅供學(xué)習(xí)參考更新時(shí)間：2015-03-18

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人臉檢測(cè)和識(shí)別技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn)

 人臉識(shí)別技術(shù)是一種依據(jù)人的面部特征，如統(tǒng)計(jì)或幾何特征來(lái)自動(dòng)進(jìn)行身份鑒別的一種技術(shù)，它綜合運(yùn)用了數(shù)字圖像/視頻處理、模式識(shí)別等多種技術(shù)。  

（一）人臉檢測(cè)和識(shí)別技術(shù)的發(fā)展歷程

1.可見(jiàn)光人臉識(shí)別技術(shù)

 可見(jiàn)光人臉識(shí)別技術(shù)是一種生物識(shí)別加智能視頻分析技術(shù)，通過(guò)視頻采集面部生物特征，在任何可見(jiàn)光和黑暗環(huán)境中與數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)分析比對(duì)，精確識(shí)別合法和黑名單用戶，解決了監(jiān)獄、軍隊(duì)、政府、公安、電力等高端用戶室外可見(jiàn)光環(huán)境下精準(zhǔn)識(shí)別，完全打破世界原有落后的生物技術(shù)識(shí)別和被動(dòng)式監(jiān)控安防格局，創(chuàng)造主動(dòng)式高安全級(jí)別的完整意義的主動(dòng)防范。

 可見(jiàn)光是光譜中人眼可以感知的部分，可見(jiàn)光譜沒(méi)有精確的范圍，一般人的眼睛可以感知可見(jiàn)光的波長(zhǎng)在400~700nm之間。作為可見(jiàn)人眼感知的光源，也是生活中最常見(jiàn)的光源。因此，傳統(tǒng)的人臉識(shí)別技術(shù)主要基于可見(jiàn)光圖像的人臉識(shí)別，這也是人們最熟悉的人臉識(shí)別方式。但這種方式有著難以克服的缺陷，尤其在環(huán)境光照發(fā)生變化時(shí)，識(shí)別效果會(huì)急劇下降，無(wú)法滿足實(shí)際系統(tǒng)的需要。解決光照問(wèn)題的方案有三維圖像人臉識(shí)別和熱成像人臉識(shí)別。

2.多光源人臉識(shí)別技術(shù)

 在自然界中，除人眼可見(jiàn)的光線外，還存在著紅外，紫外等不可見(jiàn)的光線。

 為了克服可見(jiàn)光因環(huán)境因素而變化的影響，相關(guān)企業(yè)做了大量的研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)?；诩t外與可見(jiàn)光融合的多光源人臉識(shí)別方法是人臉識(shí)別技術(shù)的一項(xiàng)革命性創(chuàng)新，目的在于消除可見(jiàn)光變化對(duì)人臉識(shí)別的影響。

可見(jiàn)光圖像受光源影響較大，而單純的紅外圖像可以獨(dú)立光源，但對(duì)溫度變化比較敏感。實(shí)踐證明，紅外與可見(jiàn)光融合的多光源人臉識(shí)別方法比任意單一光源的識(shí)別更有效。它是一種基于融合紅外與可見(jiàn)光圖像人臉識(shí)別方法，對(duì)紅外與可見(jiàn)光人臉圖像分別采用主成分分析與線性辨別分析相結(jié)合的方法進(jìn)行特征提取和識(shí)別，并利用獲得的識(shí)別結(jié)果與它們各自的置信度進(jìn)行決策融合，并確定最終的人臉識(shí)別結(jié)果。實(shí)驗(yàn)表明，可以有效提高人臉識(shí)別性能和對(duì)各種應(yīng)用環(huán)境的適用性。

（二）優(yōu)勢(shì)

人臉識(shí)別作為一種新興的生物特征識(shí)別技術(shù)，與虹膜識(shí)別、指紋掃描、掌形掃描等技術(shù)相比，人臉識(shí)別技術(shù)在應(yīng)用方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。

 1.自然性

 該識(shí)別技術(shù)同人類（甚至其他生物）進(jìn)行個(gè)體識(shí)別時(shí)所利用的生物特征相同。例如臉部識(shí)別，人類也是通過(guò)觀察比較人臉區(qū)分并確認(rèn)身份的。另外具有自然性的識(shí)別還有語(yǔ)音識(shí)別、體形識(shí)別等。而指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別等都不具有自然性，因?yàn)槿祟惢蛘咂渌锊⒉煌ㄟ^(guò)此類生物特征區(qū)別個(gè)體。

 2.不易察覺(jué)性

 不宜被察覺(jué)對(duì)于一種識(shí)別方法也很重要。這會(huì)使該識(shí)別方法不令人反感，并且因?yàn)椴蝗菀滓鹑说淖⒁舛蝗菀妆黄垓_。人臉識(shí)別具有這方面的特點(diǎn)，它完全利用可見(jiàn)光獲取人臉圖像信息。而不同于指紋識(shí)別或虹膜識(shí)別，需要利用電子壓力傳感器采集指紋，或者近距離采集虹膜圖像。這些特殊的采集方式很容易被人察覺(jué)，從而更有可能被偽裝欺騙。這一特點(diǎn)特別適用于逃犯跟蹤系統(tǒng)。

 3.直觀性突出

 人臉識(shí)別技術(shù)所使用的依據(jù)是人的面部圖像，而人臉無(wú)疑是肉眼能夠判別的最直觀的信息源，方便人工確認(rèn)、審計(jì)，“以貌取人”符合人的認(rèn)知規(guī)律。

 4.識(shí)別精確度高，速度快

 與其他生物識(shí)別技術(shù)相比，人臉識(shí)別技術(shù)的識(shí)別精度處于較高的水平，誤識(shí)率、拒認(rèn)率較低。

5.唯一性

在安全性要求高的應(yīng)用場(chǎng)合，人臉識(shí)別技術(shù)要求識(shí)別對(duì)象必須親臨識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)，他人難以仿冒。人臉識(shí)別技術(shù)所獨(dú)具的活性判別能力保證了他人無(wú)法以非活性的照片、木偶、蠟像來(lái)欺騙識(shí)別系統(tǒng)。這是指紋等生物特征識(shí)別技術(shù)所難以做到的。舉例來(lái)說(shuō)，用合法用戶的斷指即可仿冒合法用戶的身份而使識(shí)別系統(tǒng)無(wú)從察覺(jué)。

6.使用通用性設(shè)備

人臉識(shí)別技術(shù)所使用的設(shè)備為一般的計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)等常規(guī)設(shè)備。由于目前計(jì)算機(jī)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)等已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，因此對(duì)于多數(shù)用戶而言使用人臉識(shí)別技術(shù)無(wú)需添置大量專用設(shè)備，從而既保護(hù)了用戶的原有投資又?jǐn)U展了用戶已有設(shè)備的功能，滿足了用戶安全防范的需求。

（三）人臉檢測(cè)和識(shí)別技術(shù)的研究范疇

  人臉檢測(cè)和識(shí)別技術(shù)作為一種新興的生物特征識(shí)別技術(shù)，概括說(shuō)，它是一種依據(jù)人體面部特征的自動(dòng)身份鑒別技術(shù)。其綜合運(yùn)用了數(shù)字圖像/視頻處理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等多種技術(shù)。人臉識(shí)別的研究范圍大致可以分為以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

 1）人臉檢測(cè)（Face Detection）。從各種不同的場(chǎng)景中檢測(cè)出人臉的存在并確定其位置。在大多數(shù)的場(chǎng)合中由于場(chǎng)景較復(fù)雜，人臉的位置是預(yù)先不知道的，因而首先必須確定場(chǎng)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?jī)A斜和人臉大小變化以及各種遮擋等因素會(huì)使人臉檢測(cè)問(wèn)題變得更為復(fù)雜。人臉檢測(cè)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(gè)部分(人臉區(qū)域和非人臉區(qū)域)，從而為后續(xù)處理奠定基礎(chǔ)。

 2）人臉表征（Face Representation）。采取其中表示方式表示檢測(cè)出的人臉和數(shù)據(jù)庫(kù)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）、固定特征模塊、特征臉、云紋圖等。

 3）人臉辨別（Face Identification）。將已檢測(cè)到的待識(shí)別的人臉和數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知人臉進(jìn)行比較匹配，得出相關(guān)信息。這一過(guò)程的核心是選擇適當(dāng)?shù)娜四槺碚鞣绞脚c匹配策略，系統(tǒng)的構(gòu)造與人臉的表征方式密切相關(guān)。通常是選擇全局的方法或者選擇基于特征的方法進(jìn)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。

 4）表情分析（Expression Analysis）。對(duì)待識(shí)別人臉的表情信息（快樂(lè)、悲傷、恐懼、驚奇等）進(jìn)行分析，并對(duì)其加以歸類。

 5）生理分類（Physical Classification）。對(duì)待識(shí)別人臉的生理特征進(jìn)行分析，得出其種族、年齡、性別、職業(yè)等相關(guān)信息。顯然，完成這一操作需要大量的知識(shí)并且通常是非常困難和復(fù)雜的。

 目前，對(duì)人臉識(shí)別的研究工作主要集中在前3個(gè)方面。

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