淺析人臉姿態識別技術在智能駕考系統中的應用

引言：面部姿態識別算法是解析安裝在車內駕駛人前方的攝像頭視頻流，根據駕駛人頭部轉向進行駕駛人面部方向的自動分析，輸出不同面部姿態通過UDP發送協議包，智能駕考系統主判程序根據公安部考試評判要求接收該協議包進行考試項目的評判。

一、智能駕考系統集成臉姿態要求的必要性

依據中華人民共和國公安部令第123號《機動車駕駛證申領和使用規定》的相關內容和要求，科目三考試實現智能化輔助評判系統對“觀察左、右方交通情況”實現自動化評判，涉及考試項目和扣分內容如下表：（僅供參考）

智能化駕考系統以自動化評判為核心，為科目三考試建立了一整套科學化的監控、管理機制，提高了工作效率，減少了考試員的勞動強度和人為因素，確?？荚嚨墓剑?，公開。

詳細評判內容請參考附件《智能考試系統考試輔助評判標準參數》

二、面部姿態識別的實現原理

（一）面部姿態識別基本概念

面部姿態識別是指在輸入圖像中確定所有人臉（如果存在）的位置、大小和姿態的過程。面部姿態識別輸入的是可能包含人臉的圖像，輸出的是圖像中是否存在人臉和人臉數目、位置、尺度、姿態等信息的參數化描述。面部姿態識別的任務是完成涉及從復雜的背景中分割、抽取、驗證人臉區域和可能用到的人臉特征（如眼睛、唇色等）在不同光線、人臉方向條件下等。

（二）面部姿態識別實現原理

視頻序列的人臉檢測主要是人臉跟蹤，在不同光線、人臉方向背景條件下從視頻流中抓取每幀圖片進行分割、抽取、驗證人臉區域和可能用到的人臉特征，如眼睛、嘴唇、鼻子等，根據這些特征部位的位置、尺度、姿態等信息輸出參數化描述，智能化評判系統根據這些參數值進行面部姿態位置的識別，如下圖：

（圖一）面部姿態的跟蹤圖示

（三）面部姿態識別的挑戰性

人臉是一類具有相當復雜細節變化的自然結構目標，受以下因素的影響，實際中的人臉檢測極具挑戰性人臉本質上是三維的非剛性可變的物體，人臉由于姿態、外貌、表情、膚色等不同，具有模式的可變性；一般意義下的人臉上，可能存在眼鏡、胡須等附屬物；三維體的人臉的影像不可避免地受到由光照產生的陰影的影響；

因此，穩定的面部姿態識別率是此系統的巨大挑戰。

三、智能駕考系統集成面部姿態方案

（一）智能駕考系統集成面部姿態流程

面部姿態識別系統根據面部特征部位的位置、尺度、姿態等信息輸出參數化描述，通過UDP協議包傳遞給智能化評判系統后者根據這些參數值進行面部姿態位置的識別，其流程如下圖：

（圖二）智能駕考系統集成面部姿態流程

（二）智能駕考系統整合面部姿態硬件集成方案

現有科目三考試系統中，已有工控機和視頻服務器，工控機尚有剩余的計算資源，視頻服務器也有剩余接口，因此考慮共用的方案。軟件運行于科目三考試系統所用的工控機上，視頻接入通過視頻服務器。工控機的性能要求算法能達到實時分析，滿足系統要求器配置如下：

采用Intel Atom 1.6G低功耗CPU，處理能力強大；32G工業級SSD硬盤作為存儲設備操作系統為：Windows XP

（三）智能駕考系統集成面部姿態技術目標

1.利用視頻信息，算法實時自動判斷駕駛員考試時觀察方向，輸出人臉不同姿態

2.運行在多倫車載高性能工控機上，單幀圖像處理能力不小于美妙10幀；

3.該產品可在白天應用，也可在夜間使用；

4.能夠適應不同天氣變化；

5.能夠適應不同人群，對戴眼鏡也適應（大墨鏡除外）；

6.具有幀間跟蹤功能，評判穩定可靠；

7.對于人都無法或難以判別的情況或惡劣場景不做要求；

（四）系統設計原則

機動車駕駛人考試是具有權威性和嚴肅性的一項考試，同時也是公安交警部門面向廣大社會群眾的一個重要窗口，應體現公安部所倡導的公平、公正、公開的三公原則，同時，根據機動車駕駛人考試的特點，系統設計應遵循以下原則：

穩定性和可靠性，由于設備使用環境復雜，面臨夏季高溫、冬季寒冷氣候，雨、雪、霧、風等復雜的自然條件以及灰塵、泥沙等使用環境。所以如何提高設備的穩定性和可靠性是最基本的原則。

先進性和成熟性，由于該系統涉及的技術面廣、實現難度大，應盡量采用各類成熟的技術和科研成果，以便節約研發成本、縮短研發周期，盡快向市場推出性能穩定、功能實用的計算機考試產品。

實用性和經濟性，以滿足機動車駕駛人考試的順利、正常進行，為一切系統實現功能的出發點，充分發揮系統的整體功能，最大程度的減少考試員的勞動強度，節約警力。同時需要對系統進行合理配置，避免不必要的浪費，為用戶節約投資。

開放性和標準性，考試系統作為機動車駕駛人考試系統中一個子系統，涉及與駕管工作其他各項業務的互連，所以系統應具有良好的開放性，通過制定統一接口規范的策略，使得系統具有良好的開放性和標準性。系統中的各技術子系統之間具有良好的互聯能力和互操作能力。

在軟件設計規范方面，嚴格遵守最新的國際標準、國家標準和行業標準?？梢耘c其它相關系統聯網和通訊；支持標準的應用開發平臺，系統軟硬件平臺的良好擴容、擴展能力，可方便地與外部設備/系統連接。

擴展性和易維護性，系統設計應具有良好的升級、擴展能力，具有一定的考試冗余容量，和很好的擴展余地，為保持系統的規模和功能擴展留下空間。

四、綜述

基于面部姿態識別的智能駕考系統，是一套集計算機技術、自動控制技術、差分GPS定位、生物識別技術、慣性導航技術和WLAN/3G通信技術于一體的綜合性考試設備。該系統以自動化評判為核心，為科目三考試建立了一整套科學化的監控、管理機制，提高了工作效率，減少了考試員的勞動強度和人為因素，確?？荚嚨墓剑?，公開。

參考文獻

[1]《中華人民共和國道路交通安全法》

[2]中華人民共和國公安部令第123號《機動車駕駛證申領和使用規定》

[3]《機動車駕駛人考試系統通用技術條件第3部分：場地駕駛技能考試系統》

[4]（中華人民共和國公共安全行業標準GA/T 1028.3—2012）

[5]《機動車駕駛人考試場地及其設施設置規范》

[6]（中華人民共和國公共安全行業標準GA 1029—2012）

[7]《機動車運行安全技術條件》（GB7258-2004）

（作者單位：南京多倫科技股份有限公司）