計(jì)算機(jī)視覺(jué)在人臉識(shí)別領(lǐng)域中的應(yīng)用

姚靜姝

（山西大同大學(xué) 山西省大同市 037009）

人臉識(shí)別技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)與模式識(shí)別領(lǐng)域的課題之一，基于人的臉部特征而開(kāi)展相關(guān)的活動(dòng)。根據(jù)人的面部特征所蘊(yùn)含的信息來(lái)進(jìn)行身份識(shí)別活動(dòng)，從本質(zhì)上說(shuō)這是一種生物識(shí)別技術(shù)，主要是進(jìn)行信息的采集以及信息的分析。因此，需要運(yùn)用到計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，采用攝像機(jī)或者是攝像頭來(lái)進(jìn)行人面部圖像信息以及視頻信息的采集，并且可以對(duì)于圖像中所存在的人臉進(jìn)行科學(xué)的跟蹤以及檢測(cè)，從而尋找更多的面部特征，提取信息，進(jìn)行記憶儲(chǔ)存和比對(duì)辨識(shí)，從而達(dá)到人臉識(shí)別的目的。近年來(lái)人臉識(shí)別領(lǐng)域的研究成果迭出，更多的新技術(shù)和新概念得以運(yùn)用，這也加劇了該領(lǐng)域研究活動(dòng)的激烈程度。依托廣闊的市場(chǎng)開(kāi)展多樣化的競(jìng)爭(zhēng)，需要針對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)本身進(jìn)行探討，因而在本文中主要從計(jì)算機(jī)視覺(jué)的角度出發(fā)來(lái)進(jìn)行研究工作。

1 人臉識(shí)別技術(shù)的具體定義以及發(fā)展前景

人臉識(shí)別技術(shù)所包含的內(nèi)容是十分廣泛的，并且這也是一個(gè)十分活躍的研究領(lǐng)域，主要包括模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、生理學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)、心理學(xué)以及數(shù)學(xué)等諸多學(xué)科。具有學(xué)科交叉的特征，也體現(xiàn)出了學(xué)科融合以及內(nèi)容多元化的特征。人臉識(shí)別技術(shù)所廣泛采用的方法是區(qū)域特征分析算法。這一統(tǒng)計(jì)算法可以對(duì)于生物學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理以及計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)進(jìn)行融合和創(chuàng)新，從而達(dá)到提高精確度，提高辨識(shí)度的核心目標(biāo)。利用計(jì)算機(jī)以及其他的信息技術(shù)設(shè)備從照片以及視頻中提取人像的特征，進(jìn)行比對(duì)和分析，從而達(dá)到識(shí)別人物身份的目的。人臉識(shí)別技術(shù)以及相關(guān)領(lǐng)域的研究工作正在深入的進(jìn)行，并且和移動(dòng)支付、便捷通訊等領(lǐng)域進(jìn)行融合和交叉。中國(guó)人口規(guī)模相對(duì)較大，同時(shí)處于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的穩(wěn)定階段。對(duì)于可靠性強(qiáng)、普及性強(qiáng)的人臉識(shí)別技術(shù)的需求越來(lái)越迫切。人臉識(shí)別技術(shù)以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)正在逐漸的走入人們的日常生活，從無(wú)卡取款再到刷臉支付，普及和推廣的速度在逐漸加快，范圍在逐漸的延伸，其發(fā)展前景值得肯定。

大致可以將人臉識(shí)別的算法劃分成兩部分：基于特征的人臉識(shí)別算法以及基于外觀的人臉識(shí)別算法。在人臉識(shí)別算法運(yùn)用的早期階段，主要是運(yùn)用基于特征的人臉識(shí)別算法。但是由于容錯(cuò)度低并且普及效率低，因而逐漸的被新的算法來(lái)替代?；谕庥^的人臉識(shí)別算法由于操作簡(jiǎn)單，同時(shí)技術(shù)門檻相對(duì)較低，因此受到了企業(yè)以及高校研究者的關(guān)注。根據(jù)人臉識(shí)別的定義來(lái)進(jìn)行相關(guān)人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用研究就顯得尤為重要，這可以推動(dòng)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)面部識(shí)別領(lǐng)域研究活動(dòng)的順利進(jìn)行。

2 計(jì)算機(jī)視覺(jué)用于人臉識(shí)別領(lǐng)域所應(yīng)當(dāng)遵循的若干原則

實(shí)用性原則：很多高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)教師認(rèn)為人臉識(shí)別領(lǐng)域的研究工作更應(yīng)當(dāng)和市場(chǎng)接軌，突出實(shí)踐性的相關(guān)特征。而在進(jìn)行計(jì)算機(jī)視覺(jué)相關(guān)技術(shù)的探究和運(yùn)用時(shí)，也應(yīng)當(dāng)滿足實(shí)用性的原則。在商業(yè)領(lǐng)域，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了普遍的應(yīng)用，并且催生了新的營(yíng)銷手段和運(yùn)營(yíng)模式，帶動(dòng)了精準(zhǔn)營(yíng)銷、便捷支付、定向推送、精確分析等活動(dòng)的順利推進(jìn)。而在進(jìn)行應(yīng)用研究時(shí)，也應(yīng)當(dāng)從實(shí)用的角度出發(fā)來(lái)深化研究的內(nèi)容和范圍，在研究領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)更多的研究熱點(diǎn)和研究方向。因此，專業(yè)教學(xué)應(yīng)當(dāng)圍繞著實(shí)用性原則而開(kāi)展，同樣實(shí)踐研究工作也應(yīng)當(dāng)如此，突出實(shí)用性的本質(zhì)特征。

創(chuàng)新性原則：人臉識(shí)別領(lǐng)域研究工作需要不斷地進(jìn)行創(chuàng)新。教師在進(jìn)行教學(xué)時(shí)要進(jìn)行教學(xué)方法和教學(xué)策略的創(chuàng)新，同樣學(xué)生在開(kāi)展基礎(chǔ)應(yīng)用研究時(shí)也要對(duì)于自己的研究方法和研究理念進(jìn)行創(chuàng)新。對(duì)于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的應(yīng)用研究工作要從創(chuàng)新的角度出發(fā)，依托市場(chǎng)需求以及創(chuàng)新的本質(zhì)要求來(lái)對(duì)于人臉識(shí)別的算法進(jìn)行優(yōu)化。從基于特征的人臉識(shí)別算法再到基于外觀的人臉識(shí)別算法，以及精確尋找匹配等技術(shù)手段，都是在創(chuàng)新的要求下而實(shí)現(xiàn)的。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智能人機(jī)交互系統(tǒng)的推廣、智能手機(jī)的應(yīng)用普及活動(dòng)都為創(chuàng)新活動(dòng)提供了相應(yīng)的土壤和環(huán)境。教師在開(kāi)展教學(xué)以及研究時(shí)應(yīng)該將運(yùn)用的范圍和領(lǐng)域進(jìn)行擴(kuò)大，將使用方法進(jìn)行創(chuàng)新，無(wú)疑可以提高應(yīng)用研究的整體效率。

安全性原則：中國(guó)正在向數(shù)字化、信息化社會(huì)而邁進(jìn)。對(duì)于人臉識(shí)別技術(shù)以及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的要求在逐漸的提高，但是不會(huì)由于追求便利和快捷而放松對(duì)安全保障的要求。因此，計(jì)算機(jī)視覺(jué)在人臉識(shí)別領(lǐng)域中的應(yīng)用研究的重點(diǎn)之一應(yīng)當(dāng)是安全性研究。從安全支付，再到安全出行、安全認(rèn)證都需要如此，才能為人臉識(shí)別領(lǐng)域的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)于用戶個(gè)人信息的保護(hù)工作也要有條不紊的開(kāi)展，通過(guò)人臉識(shí)別以及密碼學(xué)研究，確保運(yùn)用方式的安全是下一階段的研究重點(diǎn)。

3 計(jì)算機(jī)視覺(jué)在人臉識(shí)別領(lǐng)域中的具體運(yùn)用策略

3.1 注重運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)相關(guān)的技術(shù)拓展?fàn)I銷手段和運(yùn)用范圍

商業(yè)應(yīng)用前景無(wú)疑是計(jì)算機(jī)技術(shù)普及和運(yùn)用的最大推動(dòng)者。很多高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)的教師都會(huì)從商業(yè)領(lǐng)域的某一角度出發(fā)，來(lái)進(jìn)行人臉識(shí)別技術(shù)的開(kāi)發(fā)和運(yùn)用，從計(jì)算機(jī)視覺(jué)的角度發(fā)現(xiàn)更多的研究點(diǎn)。在商業(yè)領(lǐng)域人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)形成了一些新的營(yíng)銷手段，使得精準(zhǔn)營(yíng)銷、科學(xué)營(yíng)銷成為了現(xiàn)實(shí)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在一些品牌的專賣店里，店家都會(huì)利用人臉識(shí)別系統(tǒng)來(lái)對(duì)于顧客的面部信息進(jìn)行精確采集和識(shí)別，同時(shí)對(duì)于顧客的性別、年齡、以及在某一商品上停留的時(shí)間，在門店停留的時(shí)間，甚至是顧客的人種和膚色特征進(jìn)行精確分析，然后進(jìn)行判斷和識(shí)別。店里的屏幕會(huì)進(jìn)行有針對(duì)性的廣告推送，運(yùn)用計(jì)算機(jī)分析出顧客的個(gè)人喜好，來(lái)進(jìn)行的精準(zhǔn)營(yíng)銷活動(dòng)可以大大提高顧客的購(gòu)買欲，產(chǎn)生更多的商機(jī)。這種營(yíng)銷活動(dòng)收到了人們的一致好評(píng)，同時(shí)也帶來(lái)了一些新的問(wèn)題。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)可以在圖片、文檔、影音的元素上展現(xiàn)出更好的融合效果，依托計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力進(jìn)行3D 仿真技術(shù)的廣泛運(yùn)用，相較于傳統(tǒng)的平面圖形展示，計(jì)算機(jī)視覺(jué)的運(yùn)用范圍更加廣泛，同時(shí)具有更強(qiáng)、更加豐富的視覺(jué)感染力，用多種形式來(lái)給人們多種體驗(yàn)是該技術(shù)的特征之一，這可以讓運(yùn)用范圍得以延伸。計(jì)算機(jī)視覺(jué)在人臉識(shí)別領(lǐng)域中的應(yīng)用研究工作會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，要注重運(yùn)用范圍的推廣和普及，以市場(chǎng)推動(dòng)研究，相信會(huì)提高計(jì)算機(jī)視覺(jué)在人臉識(shí)別領(lǐng)域的研究和運(yùn)用范圍。例如，計(jì)算機(jī)視覺(jué)在進(jìn)行安全系統(tǒng)信息收集、信用卡驗(yàn)證、醫(yī)學(xué)檔案管理、視頻會(huì)議，以及公安系統(tǒng)的罪犯識(shí)別等方面具有非常巨大的運(yùn)用潛力，這些都成為了計(jì)算機(jī)專業(yè)研究者們的關(guān)注重點(diǎn)。

3.2 開(kāi)發(fā)人臉檢測(cè)與跟蹤技術(shù)以提高計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用研究的效率

對(duì)于人臉的檢測(cè)是人臉自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該技術(shù)已經(jīng)成為了圖像處理與模式識(shí)別領(lǐng)域的重點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)也是人臉識(shí)別領(lǐng)域中的基礎(chǔ)研究方向。從具體的定義來(lái)看，人臉識(shí)別技術(shù)是基于人的面部特征信息而進(jìn)行的身份識(shí)別。但是這中間要經(jīng)過(guò)好多環(huán)節(jié)，需要諸多技術(shù)設(shè)備的支持。因此，人體識(shí)別智能監(jiān)控系統(tǒng)的作用是極其重要的，這可以使得人臉檢測(cè)與跟蹤技術(shù)得到深入的運(yùn)用。計(jì)算機(jī)視覺(jué)在人臉識(shí)別領(lǐng)域中的應(yīng)用研究的目的之一是根據(jù)所定位的人體進(jìn)行人臉識(shí)別，這樣可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性，提高正確的分辨率，以及運(yùn)行率，還可以增強(qiáng)系統(tǒng)整體的實(shí)用性。人臉已經(jīng)成為日常生活中最重要的名片和標(biāo)簽，人臉識(shí)別技術(shù)將會(huì)滲透于生活的各個(gè)角落，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞?。智能人機(jī)交互系統(tǒng)的應(yīng)用需求在擴(kuò)大，人臉問(wèn)題的研究將會(huì)成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)的研究?jī)?nèi)容。定向檢測(cè)與定向跟蹤將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)，這已經(jīng)成為了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的核心課題之一，并且對(duì)于人臉檢測(cè)與跟蹤技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和發(fā)展可以體現(xiàn)出實(shí)用價(jià)值和研究意義。電子商務(wù)的迅猛發(fā)展，電子銀行、掌上銀行的普及對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全的要求在逐漸的增多。急需高效的自動(dòng)身份認(rèn)證技術(shù)，通過(guò)人臉檢測(cè)與跟蹤可以實(shí)現(xiàn)與密碼學(xué)的科學(xué)結(jié)合，為網(wǎng)上用戶的不接觸交易，提供更多的保障，從而為電子商務(wù)本身的跨越式發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而這都需要高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的教師和學(xué)生進(jìn)行深入的探討，切實(shí)扮演重要的角色，發(fā)揮積極的作用。

3.3 針對(duì)幾何特征的人臉識(shí)別方法進(jìn)行研究和運(yùn)用

構(gòu)建一個(gè)可以模仿人類感知，并且自動(dòng)識(shí)別人臉的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究的重點(diǎn)方向，同時(shí)這也是人臉識(shí)別領(lǐng)域的經(jīng)典問(wèn)題。這就需要運(yùn)用到表情識(shí)別技術(shù)，以及根據(jù)幾何特征的人臉識(shí)別法。在人臉表情識(shí)別算法中需要對(duì)于面部的幾何特征進(jìn)行提取。當(dāng)同一個(gè)人的面部表情發(fā)生變化時(shí)，所提取到的幾何特征也會(huì)產(chǎn)生變化。這就會(huì)帶來(lái)很多的問(wèn)題，同時(shí)也會(huì)降低識(shí)別的準(zhǔn)確度，影響整體的識(shí)別效果。要想針對(duì)性地解決這些問(wèn)題，就需要根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)手段來(lái)改進(jìn)幾何特征的三維人臉識(shí)別方法。因此，可以采用局部形狀特征，如人的五官、眼睛、口腔以及鼻子。根據(jù)這些局部形狀特征來(lái)進(jìn)行判斷提取人的臉部特征點(diǎn)的形狀和幾何關(guān)系，以此為依據(jù)對(duì)于面部特征進(jìn)行判斷。人臉的輪廓各不相同，位置和分布也存在差異，因此需要運(yùn)用到一些計(jì)算相互距離以及形狀的算法，同時(shí)這些算法的識(shí)別速度相對(duì)較快，需要的運(yùn)行內(nèi)存相對(duì)較少，可以通過(guò)這些算法來(lái)求出幾何特征的關(guān)聯(lián)程度。計(jì)算哪一種幾何變化與識(shí)別的結(jié)果是無(wú)關(guān)的，哪一種又是有關(guān)的？這可以解決人臉表情變化時(shí)的準(zhǔn)確三維識(shí)別問(wèn)題。開(kāi)展仿真和運(yùn)用，進(jìn)行具體方法的改進(jìn)，可以使得識(shí)別更加的高效，同時(shí)提高準(zhǔn)確性，使得計(jì)算機(jī)視覺(jué)在人臉識(shí)別領(lǐng)域中的應(yīng)用研究工作順利進(jìn)行。

3.4 基于紅外圖像的多光源人臉識(shí)別技術(shù)的研究和運(yùn)用以提高計(jì)算機(jī)視覺(jué)的運(yùn)用效率

在復(fù)雜環(huán)境下來(lái)進(jìn)行人臉識(shí)別是計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。人臉識(shí)別技術(shù)以及多光源識(shí)別的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)性的突破。這可以使得人臉識(shí)別不再受到晝夜環(huán)境以及時(shí)間的束縛，進(jìn)而提高整體的識(shí)別和運(yùn)用效率。與此同時(shí)，人的一些生物特征，例如虹膜、指紋都是不同的，具有不被復(fù)制的獨(dú)特特征。這可以為人臉識(shí)別以及專業(yè)身份鑒別提供更多的可行性。面部圖像的外觀會(huì)隨著光照條件的變化而產(chǎn)生差異，這種差異往往要大于因人不同而產(chǎn)生的差異。這就需要對(duì)于多光源下人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行探討，盡量避免光照的影響。這也是人臉識(shí)別技術(shù)在所面臨的困境之一。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行紅外光線的技術(shù)運(yùn)用就顯得尤為必要。基于紅外圖像的多光源人臉識(shí)別技術(shù)有十分廣闊的運(yùn)用前景，要加強(qiáng)相關(guān)交叉技術(shù)的研究力度，提高整體的研究效率。并且人臉識(shí)別具有無(wú)需被采集對(duì)象配合、無(wú)需直接接觸就可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)信息采集以及信息判斷的優(yōu)點(diǎn)。因此，要根據(jù)實(shí)際運(yùn)用環(huán)境和運(yùn)用范圍來(lái)進(jìn)行更深層次的研究，使得計(jì)算機(jī)視覺(jué)在人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用研究領(lǐng)域可以取得更多的突破。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，計(jì)算機(jī)視覺(jué)在人臉識(shí)別領(lǐng)域中的應(yīng)用研究活動(dòng)已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，計(jì)算機(jī)專業(yè)的教師和學(xué)生一起開(kāi)展了深入的探究，緊跟科技前沿，立足市場(chǎng)需求，確立教學(xué)目標(biāo)和研究目標(biāo)。對(duì)于面部識(shí)別以及人工智能、計(jì)算機(jī)技術(shù)普及應(yīng)用開(kāi)展了更多的研究，在研究的過(guò)程中不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域的教師和專家學(xué)者注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，不斷的提高對(duì)學(xué)生的要求，給學(xué)生營(yíng)造良好的實(shí)訓(xùn)環(huán)境，為計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)活動(dòng)的順利推進(jìn)奠定了良好的基礎(chǔ)。高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的師生以及專業(yè)研究人才對(duì)于人臉識(shí)別技術(shù)的了解和認(rèn)知也在逐漸的深化，人臉識(shí)別領(lǐng)域的范圍和市場(chǎng)需求都會(huì)逐漸的擴(kuò)大，為計(jì)算機(jī)視覺(jué)等技術(shù)的普及運(yùn)用奠定了良好的基礎(chǔ)。人臉識(shí)別技術(shù)和相關(guān)的識(shí)別系統(tǒng)的性能也在不斷的發(fā)展和完善，本著服務(wù)于人民群眾，服務(wù)于社會(huì)需求來(lái)開(kāi)展應(yīng)用研究是下一階段的重點(diǎn)方向。