人臉識別研究技術發(fā)展綜述

合肥工業(yè)大學（安徽宣城） 盧文峰

人臉識別研究技術發(fā)展綜述

合肥工業(yè)大學（安徽宣城） 盧文峰

綜述數(shù)字圖像處理的起源，人臉識別的概念和應用，介紹了將數(shù)字圖像處理方法應用到人臉識別過程中，最后對人臉識別技術現(xiàn)今應用發(fā)展給予了一些闡述。

人臉識別；數(shù)字圖像處理；人臉識別的方法；應用

一、數(shù)字圖像處理發(fā)展起源

20世紀20年代，由英國的倫敦到美國的紐約通過海底電纜采用數(shù)字壓縮技術傳輸了第一幅數(shù)字圖片，這樣數(shù)字圖像處理技術便由此起源。而1964年美國“噴氣推進實驗室”處理了由太空“徘徊者七號”發(fā)回的月球圖片，這也是一個里程碑式的開端，標志著自第三代計算機問世后，數(shù)字圖像處理技術開始得到普遍應用。

二、人臉識別簡述

人臉識別技術，作為一種典型的模式識別問題，簡而言之，這是首先利用計算機分析人臉圖像，進而從中提取有效的識別信息，最后用來辨認身份的一門技術。

人臉識別問題涉及廣泛，涉及多方多面的知識，如圖像處理、計算機視覺、優(yōu)化理論等，與此同時，又與其他學科的研究領域產生密不可分的聯(lián)系，如認知學、神經科學、生理心理學。

人臉識別研究可以追溯到20世紀初.經過研究人員的不懈努力，基于圖像的二維人臉識別技術日趨成熟，在一定約束條件下已取得較好的識別結果。然而，研究實驗表明，光照、姿態(tài)、化妝、表情、年齡等變化顯著地降低了二維人臉識別算法的性能。近年來，學術界開始探索如何利用人臉的三維信息提高系統(tǒng)的識別性能，如美國FBI，NIST等多個部門聯(lián)合資助發(fā)起的“人臉識別大挑戰(zhàn)計劃”。

三維人臉識別是指將采集獲得的待識別對象的臉部三維形狀數(shù)據(jù)作為識別依據(jù)，與庫中已知身份的臉部三維形狀數(shù)據(jù)進行匹配，然后得出待識別對象身份的過程。三維人臉識別是相對基于圖像(及視頻)的人臉識別而言的，而后者所使用的數(shù)據(jù)是二維的圖像，其本質是三維物體在二維平面上的投影，是三維信息在二維空間中的簡約。

三、人臉識別的方法

人臉識別的過程就是通過訓練過程和識別過程相結合。

展開來說，就是人臉識別由圖像獲取、人臉檢測部位、圖形預處理、特征提取和選擇、訓練和識別六大功能模塊組成。

1.通過攝像機或者其他設備來獲取人臉圖像；

2.通過一系列分析所判斷這些輸入的圖像是否存在人臉，而這一步卻是極其重要的，它直接影響后面操作的成敗；

3.通過預處理，去除一些干擾，如一些對圖像有影響的光照或是噪聲等等，最終使圖像保持同一條件下的后續(xù)操作；

4.而對于特征提取和選擇也是重要的一步，而提取的特征的穩(wěn)定性和有效性是后面的識別系統(tǒng)能否識別正確的關鍵一步；

5.將所得到的人臉圖像進行分類，換句話說，即是相同特征或是特征差的并不是太多的圖像可以放在一起（歸為一類），而相反，特征相差巨大則分開（歸為另一類），是類間距離越小越好，而類類距離則越大越好，這樣才能更好地識別出來，使錯誤識別率減至最低；

6.根據(jù)上述操作，把輸入的圖像與訓練庫中的圖像進行匹配，得出最終結果。

這便是人臉識別的基本過程。

人臉識別中特征向量幾乎都是高維數(shù)，但從而導致的問題便是分布在高維空間中很不緊湊，對分類的影響比較大，產生操作上的難度，這些難度包含了計算上難度和復雜度，分析的難度和復雜度等。而為了解決這個問題，Kirby和Turk等人首次在人臉識別中使用了主分量分析的子空間方法及思想，最終使人臉圖像分布較為緊湊，也獲得了較大的成功，在這之后，子空間分析方法就成為了當今人臉識別的主流方法之一。

子空間分析方法其實就是將不緊湊的高維度的特征向量按照所要尋找目標特征將其變?yōu)榈途S度的子空間下，這里便使用了一些線性變換或者是非線性變換方法，最終的目的也就是讓其分布更為緊湊，從而使計算上難度和復雜度，分析的難度和復雜度等大大降低。

目前應用在人臉識別中線性子空間方法有線性判別分析、主分量分析、矢量量化、獨立元分析和非負矩陣因子等方法。這些線性子空間方法方法都是較為成功的?；诤思夹g的非線性子空間分析方法有核主分量分析和核Fisher判決分析等。

四、人臉識別技術的應用

目前人臉識別技術已廣泛應用于各個行業(yè)，如：樓宇人臉門禁、人臉考勤系統(tǒng)；亙聯(lián)網(wǎng)移動支付終端、交友、相親終端APP系統(tǒng)等。

打開攝像頭，刷一下臉，便可以完成支付；從大量的人臉數(shù)據(jù)庫中，公安部門通過人臉識別系統(tǒng)更輕松地找出嫌疑人等等。在9月2日的一則公告中，川大智勝，被譽為國內人臉識別領域龍頭股，稱公司正在開發(fā)的三維人臉識別技術研發(fā)需要巨量采集三維人臉并建立三維人臉庫。這些從側面反映出這些人臉識別技術如科幻電影一樣，將變成現(xiàn)實。

以公安系統(tǒng)中監(jiān)控查拍路人闖紅燈系統(tǒng)為例，如果有行人在闖紅燈的過程，此刻被抓拍，即可根據(jù)人臉識別系統(tǒng)進行記錄備案，鎖定行人目標；

當然在當下極為火熱的人臉考勤系統(tǒng)中，進行“刷臉”考勤，而目前考勤正確率已經達到很高的級別，最典型的就是“刷臉”考勤機，這其實就是一種新型的存儲類考勤機，在這之前首先只需以員工人臉圖像作為采集對象建立起訓練數(shù)據(jù)庫，當員工在上下班考勤時，只需要站在考勤機的識別區(qū)域內，考勤機上就會根據(jù)輸入的圖像與自身的訓練數(shù)據(jù)庫作為比對，同時也將記錄此時的人臉數(shù)據(jù)并存儲。

人臉識別在安防系統(tǒng)中也扮演著不可忽視的作用與價值。人臉識別門禁系統(tǒng)在住所、辦公大樓等重要場所也發(fā)揮著作用，它利用著人臉識別技術相當于一把“鑰匙”作為通行證，這項技術的關鍵是通過掃描設備將所掃描的人臉圖像作為輸入人臉圖像與預先錄入的人臉庫比對，如果比對一致將使門禁系統(tǒng)打開，否則關閉，這其實就是“刷臉”來開啟或關閉建筑物內的人臉識別門禁系統(tǒng)。以人臉識別為主，虹膜識別或是指紋、掌紋識別為輔助，即可更加安全方便地保證重要場所的安全，現(xiàn)如今，銀行等重要場所也已經使用了這種技術，這也是對于人臉識別技術發(fā)展的一種信賴與肯定。

五、總結

在未來，應用圖像處理技術來實現(xiàn)三維人臉識別將會更加嫻熟，三維人臉識別技術將更加準確，更加高效地進行，并且將該技術使用在各行各業(yè)，使用其在醫(yī)療方面來更早地發(fā)現(xiàn)疾病，也將更快地治愈；使用其在公安方面，將更快地讓罪犯繩之以法；使用其在安防系統(tǒng)中，將使人們更加遠離危險等。隨著算法日益簡潔成熟，計算速度更加高速，人臉識別將會使人們在任何地方感到安全和便捷。人臉識別技術的發(fā)展，也將加快我國信息化的進程。

[1]高靖.人臉識別技術在公安應用中的淺析[J].中國安防,2016-09-01.

[2]王躍明,潘綱,吳朝暉.三維人臉識別研究綜述[J].計算機輔助設計與圖形學學報,2008-07-15.