淺談人臉識(shí)別的研究意義和背景

于洋 艾秋竹 鄧鈞文 張柳 高天附（沈陽(yáng)師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

淺談人臉識(shí)別的研究意義和背景

于洋 艾秋竹 鄧鈞文 張柳 高天附（沈陽(yáng)師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

在處于高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，“快速、便捷、安全”成為當(dāng)代社會(huì)的代名詞。隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)和光電技術(shù)的快速發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越希望自己生活在一個(gè)安全的環(huán)境下，尤其是自己的人身安全以及財(cái)產(chǎn)安全。為了讓生活更加便捷，使人們?cè)诜敝氐膭趧?dòng)中解救出來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用已經(jīng)成為人們生活中扮演這必不可少的角色。

其中人工智能技術(shù)的開發(fā)和運(yùn)用成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者和研究人員研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。在人工智能領(lǐng)域中，三維人臉識(shí)別技術(shù)的研究已經(jīng)成為一個(gè)熱門研究領(lǐng)域，它可以應(yīng)用于需要身份認(rèn)證的各種各樣的場(chǎng)所之中，例如在金融領(lǐng)域中的銀行交易身份驗(yàn)證，互聯(lián)網(wǎng)或網(wǎng)銀上的交易身份驗(yàn)證：在國(guó)家安全防御中出入安全檢查，各種監(jiān)控系統(tǒng)以及門禁系統(tǒng)等，是解絕身份識(shí)別的有效手段。它可以有效避免2維人臉識(shí)別中存在的缺陷和不足，具有更高的精準(zhǔn)性和可信度。

圖1 需要身份認(rèn)證的場(chǎng)所

早在1964年，國(guó)外人員就開始從事人臉識(shí)別技術(shù)的研究。人臉識(shí)別是生物識(shí)別技術(shù)的一種形式，它涉及模式識(shí)別，計(jì)算機(jī)視覺(jué)，心理學(xué)及生理學(xué)及認(rèn)知科學(xué)等方面的諸多方式，在計(jì)算機(jī)的輔助下實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別，是基于人獨(dú)有的特征進(jìn)行身份驗(yàn)證的有效手段。也可以說(shuō)，人臉識(shí)別也是指對(duì)于給定一幅人臉作為輸入，在待識(shí)別的數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找匹配，在數(shù)據(jù)庫(kù)中找到與輸入人臉一致的人臉圖像。

起初人臉識(shí)別是通過(guò)計(jì)算在二維圖像的特征點(diǎn)，如雙眼間距，五官比例等，其算法的本質(zhì)是將人臉?lè)殖蒒部分，分部分計(jì)算的問(wèn)題，即將需要識(shí)別的人臉輸入分類器給出類別判定，相似度最高的是同一人的圖像。

早期由于數(shù)據(jù)采集設(shè)備的限制，取得人臉的三維數(shù)據(jù)非常困難，因此大部分的人臉識(shí)別方法針對(duì)的主要是二維圖像，隨著研究的逐漸深入，二維人臉的識(shí)別方法顯露出越來(lái)越大的弊端，其準(zhǔn)確性也很難得不到保障。二維人臉識(shí)別性容易收到外界光照，使用者表情，姿態(tài)，背景等因素的影響。

為了提高人臉識(shí)別的準(zhǔn)確性，研究人員提出三維人臉識(shí)別的設(shè)想，經(jīng)過(guò)大量的研究表明，三維人臉信息比二維人臉信息更豐富，減少了使用者因表情變化和姿勢(shì)改變帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差，大大的提高了人臉識(shí)別的準(zhǔn)確性。大量的研究人員投入到三維人臉識(shí)別的研究中來(lái)，使得三維人臉識(shí)別技術(shù)得到快速的發(fā)展。目前不少的三維人臉掃描設(shè)備已經(jīng)投入商用，例如Head Color 3D scanner、3D Capture、VIVID910等。

與國(guó)外先比，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展時(shí)間相對(duì)較晚，但是發(fā)展速度迅速，在20世紀(jì)90年代起，國(guó)內(nèi)開始從事人臉?lè)矫娴南嚓P(guān)研究，各個(gè)研究機(jī)構(gòu)相應(yīng)的建立起來(lái)。其中，最具有代表性的研究機(jī)構(gòu)和學(xué)校是，清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系、自動(dòng)化系和電子系，哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系和中科院制動(dòng)化研究所模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等等，這些研究機(jī)構(gòu)，研究小組和學(xué)校在人臉識(shí)別以及其他模式識(shí)別領(lǐng)域進(jìn)行了許多有意義的嘗試，取得了注目的研究成果。越來(lái)越多的學(xué)者，博士生，碩士生投入到人臉識(shí)別的研究中來(lái)，發(fā)表了大量的，高水平的相關(guān)論文。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，中國(guó)在安防系統(tǒng)中也首次采用了這項(xiàng)技術(shù)，為北京奧運(yùn)會(huì)的順利召開提供了堅(jiān)實(shí)的安全保障。

人臉識(shí)別技術(shù)在20世紀(jì)就開始逐漸進(jìn)入人們的視野。人臉識(shí)別作為生物識(shí)別技術(shù)的一種形式，它涉及模式識(shí)別，計(jì)算機(jī)視覺(jué)，心理學(xué)及生理學(xué)及認(rèn)知科學(xué)等方面的諸多方式，在計(jì)算機(jī)的輔助下實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別，是基于人獨(dú)有的特征進(jìn)行身份驗(yàn)證的有效手段。人臉識(shí)別并不是一個(gè)單獨(dú)的研究領(lǐng)域。起初，人臉識(shí)別只是被作為一般性的模式識(shí)別問(wèn)題進(jìn)行研究，方法也是僅僅是針對(duì)人臉幾何特征實(shí)現(xiàn)的算法。到20世紀(jì)90年代后，人臉研究開始突飛猛進(jìn)，不僅建立了數(shù)個(gè)大型人臉庫(kù)的建立，而且出現(xiàn)了一些商業(yè)化的人臉識(shí)別系統(tǒng)。最為該技術(shù)作為獲取空間數(shù)據(jù)的有效手段，能夠快速的掃描人臉信息進(jìn)行辨識(shí)，具有掃描速度快，精度高的特點(diǎn)。盡管人臉識(shí)別技術(shù)早在20世紀(jì)就開始研究，已經(jīng)發(fā)展多年，但還是未能達(dá)到人們的預(yù)期目標(biāo)，因此，人們對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的研究仍然在探索之中。目前這種技術(shù)很少應(yīng)用，但我相信隨著科學(xué)的進(jìn)步，人臉識(shí)別技術(shù)將會(huì)在我們生活中廣泛應(yīng)用起來(lái)。

[1]董建文，陳定塵，龐曉寧，劉遠(yuǎn)致，許宗璽.空域計(jì)算全息三維成像技術(shù).中國(guó)激光,10.3788/CJL-20144 1.0701001.

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高天附：沈陽(yáng)師范大學(xué)副教授碩士研究生生導(dǎo)師。