基于人臉識別的公共安全偵測系統(tǒng)的應(yīng)用

作者/林櫟，新疆電子研究所股份有限公司 研發(fā)中心

引言

隨著社會、經(jīng)濟(jì)以及政治領(lǐng)域的快速變化，安保形式越來越嚴(yán)峻，人們更加關(guān)注身份識別的安全性。當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用到生活的各個(gè)領(lǐng)域，時(shí)刻的維護(hù)著公共場所的安全。隨著科技的發(fā)展，人臉識別技術(shù)得到了發(fā)展，為人們的生產(chǎn)生活提供了保障，生物識別技術(shù)具有獨(dú)特的作用，在公共安全偵測系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。

1.人臉識別系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用

人臉識別系統(tǒng)主要核心技術(shù)是人臉識別技術(shù)，是在時(shí)代發(fā)展的進(jìn)程中一種新興的生物識別技術(shù)，合理的將生物統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)融為一體，通過計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)從視頻中來提取人像的主要特征點(diǎn)，運(yùn)用生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理來建立起數(shù)學(xué)模型。從而完成對人臉的識別。人臉識別系統(tǒng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，例如出入管理、門禁考核、監(jiān)控管理以及滇南防范、人臉登記等。該系統(tǒng)可以將登記入庫的人像數(shù)據(jù)進(jìn)行建模從而來提取人臉的特征，將已經(jīng)生成的人臉特征文件保存到數(shù)據(jù)庫中。在人臉?biāo)阉鲿r(shí)，把置頂?shù)娜讼襁M(jìn)行建模，并且與數(shù)據(jù)庫中所有人的模板進(jìn)行對比，最后將相似度高的人員進(jìn)行列表。人臉識別系統(tǒng)相當(dāng)于一臺特殊的攝像機(jī)，其判斷的速度非?？?，人臉識別系統(tǒng)具有超強(qiáng)的存儲功能，會及時(shí)的將潛在危險(xiǎn)性的人物輸入到存儲系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)擅自闖關(guān)的現(xiàn)象，可以及時(shí)的向安保中心發(fā)出警報(bào)。令外，許多重要的領(lǐng)域只允許特定的人員進(jìn)出，所以通過人臉識別系統(tǒng)會將不符合的人群拒之門外。

2.人臉識別的主要方法

2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量的神經(jīng)元所組成的系統(tǒng)，具有較高的自我組織、自我學(xué)習(xí)、自我聯(lián)想的能力，在學(xué)習(xí)的過程中可以自動的提取有效特征。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以將底層的特征進(jìn)行良好組合，從而形成更加抽象的特征。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)越多，所提取的抽象特征也會越多。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別方法在人臉識別中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，主要通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)與分類對人臉特征進(jìn)行提取與識別，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法識別領(lǐng)域，Paul最早運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來提取人臉的幾何特征。在該技術(shù)的研究過程中，可以將根據(jù)六條規(guī)則來對五官進(jìn)行定位，把五官之間的幾何距離輸入到模糊的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行對人臉的識別，該方法相對與其他方法有了一定的改善，對于一些簡單的測試識別效果非常好。由于人臉識別的許多規(guī)律性，在描述的過程中是存在一定困難的，但是通過強(qiáng)大的自學(xué)功能，可以通過反復(fù)學(xué)習(xí)來獲取相應(yīng)的規(guī)律，所以在提取特征后分類識別時(shí)存在一定優(yōu)勢。

2.2 彈性圖匹配法

彈性圖匹配法首先由Lades等人首先提出了Gabor小波變換的匹配算法，彈性圖匹配在二維空間中定義了一種對于人臉變形具有不變性的距離，采用拓?fù)鋱D來替代人臉，拓?fù)鋱D的每個(gè)頂點(diǎn)都會包含一個(gè)特征向量，用來記錄人臉在該頂點(diǎn)位置的信息。這種方法結(jié)合了灰度特性的幾何因素，有效的克服了表情變化對面部識別所帶來的影響。通過在圖像上構(gòu)造二維方形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，把網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上的濾波響應(yīng)當(dāng)作人臉的特征矢量，通過特征矢量的匹配與節(jié)點(diǎn)的幾何位置來實(shí)現(xiàn)人臉識別。運(yùn)用分級結(jié)構(gòu)的彈性圖，可以有效的去除一些冗余的節(jié)點(diǎn)，形成稀疏的人臉結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系可以由幾何距離進(jìn)行表示，從而形成基于二維拓?fù)鋱D的人臉描述，根據(jù)節(jié)點(diǎn)連接之間的相似性來進(jìn)行人臉識別。

3.人臉識別的主要內(nèi)容

3.1 人臉檢測

對人臉的檢測是指在動態(tài)的場景中來判斷是否存在面像，每個(gè)人臉都會存在不同規(guī)則，具備一定的分布特征，通過人臉識別的規(guī)則法可以按照相應(yīng)的規(guī)則在式樣中來鎖定目標(biāo)。運(yùn)用參考模板法來對人臉模板進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后運(yùn)用相應(yīng)的公式來對已經(jīng)采集好的模板之間的匹配度進(jìn)行計(jì)算。也可以根據(jù)特征子臉法把面像集合當(dāng)作一個(gè)集體空間，根據(jù)監(jiān)測樣品在子空間的投影之間的距離來判斷是否存在面像。

3.2 人臉跟蹤

人臉跟蹤技術(shù)是在視頻或者圖像中確定出某個(gè)人臉活動的大小以及軌跡，并且對人臉信息進(jìn)行處理的環(huán)節(jié)，在視頻監(jiān)控、人機(jī)職能等方面具有很大的應(yīng)用價(jià)值。主要是針對對已經(jīng)被檢測到的面貌進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，通過運(yùn)動與模型相結(jié)合的方法來進(jìn)行有效跟蹤，為公共安全的偵破提供強(qiáng)有力的保障。由于人臉屬于復(fù)雜多變的非剛體模式，在運(yùn)動的過程中，人臉的形狀、大小等會發(fā)生變化，所以在現(xiàn)實(shí)中運(yùn)用人臉識別技術(shù)是一項(xiàng)比較復(fù)雜并且具有挑戰(zhàn)性的工作。

3.3 人臉對比

人臉對比是人臉識別系統(tǒng)最常用的方法，首先對被檢測的對象身份進(jìn)行確認(rèn)，然后在面向庫中進(jìn)行搜索，把采集到的面像與圖庫中的面像進(jìn)行對比，最后找出最佳的匹配對象。目前主要采用面紋模板和特征向量兩種方法進(jìn)行對比，通過面紋模板法可以對數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)面向進(jìn)行對比，把采集的要素與模板進(jìn)行對比，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)節(jié)。特征向量法首先要確定面部特征，包括無關(guān)輪廓、大小以及距離，然后計(jì)算出幾何向量，所有的特征向量都會成為人臉識別的重要因素。

4.人臉識別技術(shù)在公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用

人臉識別技術(shù)在我國公共安全領(lǐng)域已經(jīng)不斷展開。目前，我國的人臉識別技術(shù)已經(jīng)走向全世界的最前列，由于社會公共安全防范的迫切需求，人臉識別技術(shù)已經(jīng)越來越成熟，在公共安全中最常用的應(yīng)用如下：

4.1 在公共安全偵破工作中的應(yīng)用

人臉識別系統(tǒng)會在高清的視頻中獲取到人臉照片，遠(yuǎn)程的對人臉進(jìn)行快速布控，職能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與人工的配合對于公共安全的偵破工作起到關(guān)鍵性作用。通過人臉識別技術(shù)，可以對視頻中的圖像、錄像等信息進(jìn)行采集，快速的識別出關(guān)注對象，及時(shí)的與預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行連接，只要發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)可以進(jìn)行自動報(bào)警，公安機(jī)關(guān)在接收到報(bào)警提示后，要在第一時(shí)間才去控制措施。人臉識別技術(shù)最常用于公共領(lǐng)域，合理的分配控制范圍，快速有效的進(jìn)行案件偵破。

人臉識別系統(tǒng)可以達(dá)到非常高的識別水平，根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同分為前端識別與后端識別。在安全偵破領(lǐng)域主要體現(xiàn)出人臉識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，所以人臉識別系統(tǒng)可以運(yùn)用在監(jiān)控系統(tǒng)中，為大程度的為維護(hù)社會治安提供便捷。將過去通過人眼來識別的勞動轉(zhuǎn)換為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)處理，最大程度的提高工作效率，實(shí)現(xiàn)了及時(shí)識別身份的目標(biāo)。

4.2 在門禁安檢制度中的應(yīng)用

在門禁安檢制度中，人臉識別也發(fā)揮著不可磨滅的作用。門禁制度主要分為獨(dú)立門禁和分布式門禁。獨(dú)立門禁主要是針對單獨(dú)的出入口來安裝防范裝置。人臉識別技術(shù)在此方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在存儲固定人員的身份，用戶在使用之前需要熱頂人員登錄并確認(rèn)，當(dāng)門禁裝置識別到正確的信息時(shí)才可以打開控制門。

4.3 在視頻瀏覽中的應(yīng)用

目前，在公共區(qū)域中，視頻監(jiān)控幾乎覆蓋了各個(gè)角落，視頻監(jiān)控中，從大量的監(jiān)控信息中來篩取可疑人員信息始終是最艱巨的任務(wù)，傳統(tǒng)的查找技術(shù)顯然比較繁重。為了解決這一問題，人臉識別技術(shù)在該領(lǐng)域得到開展，系統(tǒng)可以對視頻錄像中的人臉進(jìn)行提取并且標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)了人臉的快速搜索，提高了視頻檢索的效率，大大節(jié)省工作時(shí)間。通過人臉識別技術(shù)不但可以精確到人員的身份，并且對年齡也可以有效的識別，可以根據(jù)年齡對鎖定目標(biāo)進(jìn)行分類，為工作人員帶來更大的便捷。

5.結(jié)束語

近年來，社會公共安全面臨著一些安全性問題，公共安全領(lǐng)域的檢測技術(shù)需要進(jìn)一步完善，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為人臉識別技術(shù)帶來了全新的機(jī)遇。人臉識別技術(shù)是一種價(jià)值度非常高的身份識別技術(shù)，目前在相關(guān)的研究領(lǐng)域中取得了一定的研究成果。人臉識別系統(tǒng)技術(shù)有效的提高了公共安全領(lǐng)域的安防基礎(chǔ)，為社會的和諧穩(wěn)定發(fā)展做出不可磨滅的作用。

* [1]孫國勇.基于深度學(xué)習(xí)的人臉識別系統(tǒng)在公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用 [J].科技傳播 ,2017—02—23.

* [2]沈鑫.人臉識別技術(shù)在公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用淺析[J].中國安防 ,2016—09—01.

* [3]羅德宇.人臉識別技術(shù)在公共安全應(yīng)用中的淺析[J].電子技術(shù)與軟件工程,2016/23.

* [4]劉小飛.淺析人臉比對技術(shù)在出入口控制系統(tǒng)中的發(fā)展及應(yīng)用[J].中國安防,2016/12.