人臉識別系統研究

鄧曉昺

摘 要：人臉識別系統因其在安全驗證系統、信用卡驗證、醫學、檔案管理、視頻會議、人機交互、系統公安、罪犯識別等方面的巨大應用前景而越來越成為當前模式識別和人工智能領域的一個研究熱點。

人臉識別系統主要包括人臉的讀入、人臉鎖定、特征提取、人臉識別等四大模塊。人臉識別的目的是讓計算機具有通過人臉的特征來鑒別身份的功能。基于人臉特征的身份識別主要設計到復雜場景中的人臉檢測及識別技術，是一種依托于圖像理解、模式識別及計算機視覺、統計學和人工智能等高技術的研究方向。

關鍵詞：人臉識別；圖像預處理；特征提取

一、引言

在人類社會的發展進入到21世紀的今天，安全問題已經成為困擾人們日常生活的重要問題之一。社會的發展促進了人的流動性，進而也增加了社會的不穩定性，使得安全方面的需求成為21世紀引起廣泛關注的問題。不論是享受各項服務如網上沖浪、還是居家、辦公等都涉及到安全，以往這些行為基本上是通過符號密碼來進行安全保護，但是隨著服務數量的不斷增加，密碼越來越多以致無法全部記住，而且密碼有時也會被他人所竊取，各種密碼被破解的概率越來越高，人們對身份識別的安全性、可靠性、準確和實用性提出了更高的要求，必須尋求身份識別的新途徑。

于是，近年來人類生物特征越來越廣泛地用于身份識別，而且生物特征可以更好的進行安全控制。與原有的人類身分識別技術相比，基于人類生物特征的識別技術具有安全可靠、特征唯一、不易偽造、不可竊取等優點。人類本身具有很多相對獨特的特征，如DNA、指紋、虹膜、語音、人臉等。基于這些相對獨特的人類特征，結合計算機技術，發展起眾多的基于人類生物特征的人類身份識別技術，如DNA識別技術、指紋識別技術、虹膜識別技術、語音識別技術、人臉識別技術。

二、人臉識別技術的特點

人臉圖像識別除了具有重大的理論價值以及極富挑戰性外，還有許多潛在的應用前景，利用人臉圖像來進行身份驗證，可以不與目標相接觸就取得樣本圖像，而其它的身份驗證手段，如指紋、眼睛虹膜等必須通過與目標接觸或相當接近來取得樣木，在某些場合，這些識別手段就會有不便之處。

人臉識別和其他的生物識別比起來有以下幾個優點：（1）其他的生物特征識別方法都需要一些人為的行為配合，而人臉識別不需要。（2）人臉識別可應用在遠距離監控中。（3）針對現在的第一、二代身份證，每個身份證都有人臉的正面照片，也就是人臉庫將是最完善的，包括人最多的，可以利用這個庫來更直觀、更方便的核查該人的身份。（4）相對于其他基于生物特征識別技術，人臉識別技術具有特征錄入方便，信息豐富，使用面廣等優點，同時人臉識別系統更加直接友好。人臉識別技術作為生物識別技術的一種，以其特有的穩定性、方便性、唯一性等特點被越來越多地應用于除安全問題外的各種身份識別領域。

三、人臉識別系統的構成

人類似乎具有“與生俱來”的人臉識別能力，賦予計算機同樣的能力是人類的夢想之一，這就是所謂的“人臉識別”系統。假設我們把照相機、攝像頭、掃描儀等看作計算機的“眼睛”，數字圖像可以看作計算機觀察到的“影像”，那么AFR賦予計算機根據其所“看到”的人臉圖片來判斷人物身份的能力。

人臉識別系統包括：

（1）人臉圖像的獲取

一般來說，圖像的獲取都是通過攝像頭攝取，但攝取的圖像可以是真人，也可以是人臉的圖片或者為了相對簡單，可以不考慮通過攝像頭來攝取頭像，而是直接給定要識別的圖像。

（2）人臉的檢測

人臉檢測的任務是判斷靜態圖像中是否存在人臉。若存在人臉，給出其在圖像中的坐標位置、人臉區域大小等信息。而人臉跟蹤則需要進一步輸出所檢測到的人臉位置、大小等狀態隨時間的連續變化情況。

（3）特征提取

通過人臉特征點的檢測與標定可以確定人臉圖像中顯著特征點的位置（如眼睛、眉毛、鼻子、嘴巴等器官），同時還可以得到這些器官及其面部輪廓的形狀信息的描述。

根據人臉特征點檢測與標定的結果，通過某些運算得到人臉特征的描述（這些特征包括：全局特征和局部特征，顯式特征和統計特征等）。

（4）基于人臉圖像比對的身份識別

即人臉識別問題。通過將輸入人臉圖像與人臉數據庫中的所有已知原型人臉圖像計算相似度并對其排序來給出輸入人臉的身份信息。這包括兩類識別問題：一類是閉集（Close Set）人臉識別問題，即假定輸入的人臉一定是人臉庫中的某個個體；另一類是開集（Open Set）識別，即首先要對輸入人臉是否在已知人臉庫中做出判斷，如果是，則給出其身份。

（5）基于人臉圖像比對的身份驗證

即人臉確認（Face Verification）問題。系統在輸入人臉圖像的同時輸入一個用戶宣稱的該人臉的身份信息，系統要對該輸入人臉圖像的身份與宣稱的身份是否相符作出判斷。

人臉識別的目的是讓計算機具有通過人臉的特征來鑒別身份的功能。基于人臉特征的身份識別主要設計到復雜場景中的人臉檢測及識別技術，是一種依托于圖像理解、模式識別及計算機視覺、統計學和人工智能等高技術的研究方向。

四、結束語

人臉識別具有重大的理論意義和應用意義，它是一項結合了多學科，多領域知識方法的技術。長期以來，如何利用計算機進行準確，快速的人臉識別，一直是圖像處理與模式識別的研究熱點與難點。社會的發展促進了身份認證技術市場的急速擴大，人臉識別因其自身的優點，在身份認證中的使用日益頻繁。人臉識別技術具有廣泛的社會需求和市場前景。

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