人脸识别技术中被广泛采用的区域特征分析算法,采用深度学习技术从视频和照片中中提取人像特征点,利用生物统计学的原理进行分析建立数学模型,即人脸特征模板。利用已建成的人脸特征模板与被测者的人的面像进行特征分析,根据分析的结果来给出一个相似度值,最终搜索到最佳匹配人脸特征模板,并因此确定一个人的身份信息。

广义的人脸识别实际包括构建人脸识别系统的一系列相关技术:包括图像采集、人脸检测、特征建模、比对辨识、身份确认等;而狭义的人脸识别特指通过人脸进行身份确认或者身份查找的技术或系统。

  人脸识别技术包含三个部分:

  人脸检测

  面貌检测是指在动态的场景与复杂的背景中判断是否存在面像,并分离出这种面像。一般有下列几种方法:

  ①参考模板法,首先设计一个或数个标准人脸的模板,然后计算测试采集的样品与标准模板之间的匹配程度,并通过阈值来判断是否存在人脸;②人脸规则法由于人脸具有一定的结构分布特征,所谓人脸规则的方法即提取这些特征生成相应的规则以判断测试样品是否包含人脸;③样品学习法,这种方法即采用模式识别中人工神经网络的方法,即通过对面像样品集和非面像样品集的学习产生分类器;④肤色模型法,这种方法是依据面貌肤色在色彩空间中分布相对集中的规律来进行检测。⑤特征子脸法,这种方法是将所有面像集合视为一个面像子空间,并基于检测样品与其在子孔间的投影之间的距离判断是否存在面像。值得提出的是,上述5种方法在实际检测系统中也可综合采用。

深度学习下的人脸识别技术

  人脸跟踪

  面貌跟踪是指对被检测到的面貌进行动态目标跟踪。具体采用基于模型的方法或基于运动与模型相结合的方法。此外,利用肤色模型跟踪也不失为一种简单而有效的手段。

  人脸比对

  面貌比对是对被检测到的面貌像进行身份确认或在面像库中进行目标搜索。这实际上就是说,将采样到的面像与库存的面像依次进行比对,并找出最佳的匹配对象。所以,面像的描述决定了面像识别的具体方法与性能。目前主要采用特征向量与面纹模板两种描述方法:

  ①特征向量法,该方法是先确定眼虹膜、鼻翼、嘴角等面像五官轮廓的大小、位置、距离等属性,然后再计算出它们的几何特征量,而这些特征量形成一描述该面像的特征向量。②面纹模板法,该方法是在库中存贮若干标准面像模板或面像器官模板,在进行比对时,将采样面像所有象素与库中所有模板采用归一化相关量度量进行匹配。此外,还有采用模式识别的自相关网络或特征与模板相结合的方法。

  人脸识别技术的核心实际为“局部人体特征分析”和“图形/神经识别算法”这种算法是利用人体面部各器官及特征部位的方法。如对应几何关系多数据形成识别参数与数据库中所有的原始参数进行比较、判断与确认。一般要求判断时间低于1秒。

评测一个人脸识别产品的强度,主要基于以下两个要素:误识率(FAR)=(将不同人误认为是同一人而接受的人脸对数/总共测试人脸对数)x100%;通过率(PR)=(正确识别为同一人的人脸对数/总人数)x100%

特别说明:误识率通常是把不同人认为是同一个人,特别是在相似度调到个位数(范围0-100)的时候,可以把非洲壮年大汉跟刚刚出生的亚洲婴儿认为同一个人。而通过率也是同样的情况,如果把相似度调到98或者更加接近于100的时候,同一个人都无法识别通过,双胞胎也是。所以在衡量一个算法强度的时候,需要同时考虑这个两个指标的平衡状态,相似度最佳临界值。从目前国内一些企业公布的辨识率来看,在一些国际标准人脸识别测试库测试中都能达到了99.8%的识别率。

  人脸识别技术特点

  人脸与人体的其它生物特征(指纹、虹膜等)一样与生俱来,它的唯一性和不易被复制的良好特性为身份鉴别提供了必要的前提,与其它类型的生物识别比较人脸识别具有如下特点:

  一是非强制性:用户不需要专门配合人脸采集设备,几乎可以在无意识的状态下就可获取人脸图像,这样的取样方式没有“强制性”;二是非接触性:用户不需要和设备直接接触就能获取人脸图像;三是并发性:在实际应用场景下可以进行多个人脸的分拣、判断及识别;除此之外,还符合视觉特性:“以貌识人”的特性,以及操作简单、结果直观、隐蔽性好等特点。

  人脸识别过程

  一般分三步:一是首先建立人脸的面像档案。即用摄像机采集单位人员的人脸的面像文件或取他们的照片形成面像文件,并将这些面像文件生成面纹编码贮存起来。二是获取当前的人体面像。即用摄像机捕捉的当前出入人员的面像,或取照片输入,并将当前的面像文件生成面纹编码。三是用当前的面纹编码与档案库存的比对。即将当前的面像的面纹编码与档案库存中的面纹编码进行检索比对。上述的“面纹编码”方式是根据人脸脸部的本质特征和开头来工作的。这种面纹编码可以抵抗光线、皮肤色调、面部毛发、发型、眼镜、表情和姿态的变化,具有强大的可靠性,从而使它可以从百万人中精确地辨认出某个人。人脸的识别过程,利用普通的图像处理设备就能自动、连续、实时地完成。

小结

  人脸识别系统的研究始于20世纪60年代,80年代后随着计算机技术和光学成像技术的发展得到提高,而真正进入初级的应用阶段则在90年后期,并且以美国、德国和日本的技术实现为主。

  如今,人脸识别技术已经非常成熟,国内产业链也趋于完善,比如以BAT为主的众多企业,另外,算法上有商汤科技、旷视科技、云从依图等等,在硬件解决方案上有安防行业海康威视、大华股份、天地伟业以及苏州科达等等,都在硬件产品及解决方案中集成人脸识别技术。目前来看,人脸识别的应用已经广泛扩展到需要进行身份认证和识别的场所都可纳入人脸识别技术的市场范围。例如平安城市、金融、医疗、教育、交通、社保等等等领域,有着非常广阔的应用空间。

  人脸识别虽然具有较高的便利性,但是其安全性也相对较弱一些。其识别准确率比如会受到环境的光线、识别距离等多方面因素影响。另外,当用户通过画妆、整容对于面部进行一些改变时也会影响人脸识别的准确性。而且,对于需要戴口罩的一些环境中,人脸识别也难以起到作用。

来源:中国安防协会

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