面向監(jiān)控視頻的人臉識別技術(shù)應(yīng)用分析

蔡碩 陳明 趙津

摘 要：現(xiàn)階段，信息技術(shù)的快速發(fā)展，促使監(jiān)控視頻在日常中應(yīng)用越來越廣泛，比如教育、安全、娛樂、生活等領(lǐng)域。人臉識別技術(shù)是監(jiān)控視頻中進(jìn)行生物特征識別的關(guān)鍵技術(shù)，能夠保證當(dāng)前的安全保障工作。因此，本文主要闡述人臉識別技術(shù)的相關(guān)信息，探究面向監(jiān)控視頻的人臉識別技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控視頻;人臉識別技術(shù);應(yīng)用

以往監(jiān)控視頻中應(yīng)用的人臉識別技術(shù)主要是通過靜態(tài)圖像完成，而在智能化技術(shù)發(fā)展背景下，面向監(jiān)控視頻的人臉識別技術(shù)不再需要人臉呈現(xiàn)靜態(tài)圖像，而是利用相機進(jìn)行人臉捕捉，大大提升人臉識別的效率。人臉識別是監(jiān)控視頻發(fā)展的一項標(biāo)志，能夠有效識別不同物體，及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)控畫面中存在的異常情況，并采用最快最有效的方式提供有價值信息、發(fā)出警報等，幫助相關(guān)人員處理危險情況，盡可能減少漏報或誤報情況的發(fā)生。

一、面向監(jiān)控視頻的人臉識別技術(shù)的相關(guān)信息

（一）人臉識別技術(shù)概念

人臉識別技術(shù)是一種新的生物識別技術(shù)，主要是應(yīng)用計算機、相機、處理技術(shù)等進(jìn)行人臉圖像捕捉、分析，進(jìn)而確定人臉的身份。和指紋識別、眼膜識別等技術(shù)相對比，人臉識別技術(shù)在安全監(jiān)控系統(tǒng)的支撐下，更容易獲取人臉信息，促使其在目前監(jiān)控視頻中占有一定的應(yīng)用優(yōu)勢，在公共安全、人機交互等方面有著良好的應(yīng)用前景，但是人體存在一定的不可預(yù)知性，導(dǎo)致人臉識別技術(shù)自身面臨一些問題。

（二）人臉識別技術(shù)算法

人臉識別技術(shù)需要在算法的支持下實現(xiàn)。在人臉識別技術(shù)中常用的算法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、子空間方法、幾何特征方法、彈性模型方法、特征臉方法、MTCNN算法。其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法主要是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論提取人臉特征，并對特征進(jìn)行識別。子空間方法主要是促使人臉圖像復(fù)雜度降低，進(jìn)而識別人臉。幾何特征方法主要是利用幾何特征對人臉進(jìn)行正面識別，對人臉的眼睛、口、鼻等具有重要特征點的位置以及幾何形狀當(dāng)作分類特征，對這些特征進(jìn)行提出。彈性模型方法主要是利用幾何特征方法、灰度分布信息進(jìn)行小波紋理識別和分析的一種算法，利用人臉結(jié)構(gòu)、灰度分布信息，能夠自動、精準(zhǔn)的確定人臉面部特征，識別率較高。特征臉方法主要是從統(tǒng)計觀念入手，對人臉圖像上分布的基本元素進(jìn)行查詢，確定人臉圖像樣本協(xié)方差矩陣特征向量，從而更好的對人臉圖像進(jìn)行表征。MTCNN算法主要通過深度學(xué)習(xí)，采用人臉檢測和對齊的方式，能夠同時完成這兩項任務(wù)，性能較高，檢測速率快。

（三）人臉識別的技術(shù)

1.人臉檢測技術(shù)

人臉檢測主要是在不同場合中將人臉檢測出來，并能夠準(zhǔn)確的判斷人臉位置。在實際應(yīng)用過程中，由于不同場合具有較強的復(fù)雜性，人臉位置也存在一定的不可預(yù)知性，因此，在進(jìn)行人臉檢測之前，需要明確在該場所中是否存在人臉，在存在人臉的情況下才能對人臉進(jìn)行檢測，并確定人臉位置。但是，人臉檢測會受到各種因素的影響，導(dǎo)致檢測效果不高，例如臉部毛發(fā)、噪聲、光線、化妝品、人臉外貌變化、物品遮擋等，都會在一定程度上增加人臉識別的難度。因此，人臉檢測的根本在于將人臉置于一個較為完整的圖像中，尋找人臉?biāo)趨^(qū)域，并對圖像區(qū)域進(jìn)行科學(xué)合理的分割為人臉區(qū)域和非人臉區(qū)域兩部分，進(jìn)而為接下來的人臉識別奠定基礎(chǔ)。

2.人臉表征技術(shù)

人臉表征主要是應(yīng)用一定方式對檢測出來的人臉和數(shù)據(jù)庫中的已知人臉進(jìn)行表示。一般采用的表示法有特征臉、幾何特征、代數(shù)特征、固定特征、云紋圖等。

3.人臉辨識技術(shù)

人臉辨識主要是將檢測出來的人臉和人臉數(shù)據(jù)庫中已知人臉進(jìn)行對比匹配，并獲取人臉身份信息。在這一階段，其辨識的關(guān)鍵在于確定合適的人臉表征方式，并選擇二者相應(yīng)的匹配方式。再通過系統(tǒng)構(gòu)造和分析，和人臉表征建立聯(lián)系。一般應(yīng)用全局方式或基于特征方式進(jìn)行匹配，很明顯，正面人臉和側(cè)面人臉的特征存在明顯的差別。

4.表情分析技術(shù)

表情分析也就是通過識別確定人臉的表情信息，比如驚恐、悲傷、快樂等，并對其進(jìn)行歸類處理。

5.生理分類技術(shù)

對檢測到的人臉進(jìn)行生理特征分析，能夠獲取其職業(yè)、年齡、性別、種族等方面的信息。但是要完成這一生理分類，需要更深入地對人臉識別技術(shù)進(jìn)行研究。

6.Direcshow視頻圖像獲取技術(shù)

該技術(shù)是自身來源于流媒體處理開發(fā)包，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中常用到的三種視頻捕捉方式在Direcshow視頻圖像獲取技術(shù)的應(yīng)用。一般Direcshow視頻圖像獲取技術(shù)類似于Windows系統(tǒng)組件，促使其能夠在模塊化結(jié)構(gòu)的支持下，通過底層視頻采集，進(jìn)而在頂層媒體進(jìn)行交互，獲取具有針對性的解決方式，進(jìn)而更好地為監(jiān)控視頻提供圖像獲取服務(wù)。

7.Adaboost人臉檢測技術(shù)

該技術(shù)主要是利用自身的分類功能，對人臉檢測出來的結(jié)果進(jìn)行分類處理。一般該人臉檢測技術(shù)的應(yīng)用步驟為確定人臉特征結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對特征數(shù)值進(jìn)行分析，結(jié)合數(shù)值分析結(jié)果選擇弱分類器，并構(gòu)造強分類器，實現(xiàn)弱強分類器聯(lián)合，從而檢測人臉特征。

8.深度學(xué)習(xí)技術(shù)

隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對圖像數(shù)據(jù)特征表現(xiàn)出來的強大提取優(yōu)勢，深度學(xué)習(xí)技術(shù)也成為人臉識別技術(shù)的關(guān)鍵。該技術(shù)的重點在于將圖像中的人臉檢測處理利用關(guān)鍵點對齊之后，將其輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，獲取特征向量，再利用分類訓(xùn)練，促使該特征向量成為人臉特征向量，能夠從兩張類似的人臉中對兩個特征的向量度量差進(jìn)行計算，主要采用cos距離、L1距離、L2距離、SVM、JointBayesian等。

（四）面向監(jiān)控視頻的人臉識別流程

在具體應(yīng)用人臉識別技術(shù)時，在目前的監(jiān)控視頻中，先是獲取視頻圖像，再對人臉進(jìn)行檢測和捕捉，對圖像實施預(yù)處理之后，提取特征并轉(zhuǎn)化規(guī)則，檢索數(shù)據(jù)庫中的規(guī)則，對兩種規(guī)則進(jìn)行對比分析，最終確定人臉身份，這是常用的人臉識別流程。其中獲取視頻圖像主要是獲取被檢測對象的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)。人臉檢測和捕捉主要是針對監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)，判斷該視頻中是否存在人臉，在確定人臉之后，實現(xiàn)人臉和背景圖像的分離。圖像預(yù)處理主要是對提取出來的人臉圖像進(jìn)行放大、縮小等操作之后，并其色差進(jìn)行調(diào)節(jié)，采用白平衡、去光照、降噪等方式，確保人臉圖像在尺度標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，這樣能夠方便后續(xù)人臉識別。提取特征主要是對預(yù)處理之后的圖像進(jìn)行人臉特征提取;在轉(zhuǎn)化規(guī)則中主要是對特征臉部進(jìn)行參數(shù)識別和轉(zhuǎn)變，再對數(shù)據(jù)庫中的人臉規(guī)則進(jìn)行檢索，尋找出相近的規(guī)則，對二者繼續(xù)對比和分析，進(jìn)而確定最終人臉識別結(jié)果。

二、面向監(jiān)控視頻的人臉識別技術(shù)應(yīng)用

（一）種族對比

在種族對比中能夠通過監(jiān)控視頻的人臉識別技術(shù)中的抓拍功能，對不同種族人的面部特征進(jìn)行鑒別和對比。這項技術(shù)應(yīng)用在公共安全、社會安全等方面發(fā)揮了巨大作用。近些年來，暴動、暴恐事件常常發(fā)生，需要公安機關(guān)做好應(yīng)對措施，避免恐怖分子威脅社會安定。同時，為了更好的掌握種族面孔信息，公安機關(guān)需要在特定區(qū)域內(nèi)安裝種族識別器，建立完善的安全監(jiān)控組網(wǎng)，保證社會穩(wěn)定。

（二）情報搜集

現(xiàn)階段，我國很多國安部門構(gòu)建了人臉識別和聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并隨著信息技術(shù)的發(fā)展對其進(jìn)行優(yōu)化，促使其成為國安部門獲取情報信息的關(guān)鍵，利用面向監(jiān)控視頻的人臉識別技術(shù)，盡可能搜集到全面的情報信息，從根本上減少危害社會安全的事件發(fā)生，提升社會發(fā)展的安全性。

（三）戶政領(lǐng)域

面向監(jiān)控視頻的人臉識別技術(shù)在戶籍登記方面也有廣泛的應(yīng)用，在人口數(shù)量規(guī)模不斷加大和現(xiàn)代化發(fā)展水平不斷提升的背景下，逐漸完善戶籍管理，解決人們出現(xiàn)的身份證丟失、冒用等問題，而且還能在人口普查過程中引用該技術(shù)，提升普查的效率。另外，在戶政領(lǐng)域下，能對異常身份戶籍進(jìn)行整理和分析，改善戶籍管理工作。

（四）交通安全

根據(jù)交通管理局相關(guān)業(yè)務(wù)需求，能夠借助面向監(jiān)控視頻的人臉識別技術(shù)選擇合適的業(yè)務(wù)解決方案，提升交通管理服務(wù)形象。同時，還能對視頻監(jiān)控、人臉識別器進(jìn)行通道管理，采取人證合一驗證方式，確保各項業(yè)務(wù)能夠?qū)嵜炞C和辦理。而且還能對預(yù)約叫號系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，采用高效率驗證方式，大大提升工作效率。另外，人臉識別技術(shù)還能對失駕人員進(jìn)行管理和控制，常常在交通管理中出現(xiàn)這些情況，比如一些被吊銷駕駛者、注銷駕駛證的人員依舊開車上路，而且這些人員也常常出現(xiàn)上路目無法紀(jì)、違反法規(guī)的行為，嚴(yán)重影響交通管理的正常進(jìn)行，甚至還會導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。而利用人臉識別系統(tǒng)，能夠?qū)︸{駛?cè)藛T進(jìn)行人臉捕捉，根據(jù)系統(tǒng)中黑名單人物進(jìn)行人臉識別，及時抓拍失駕人員，保證交通安全。

三、總結(jié)

近些年來，我國在監(jiān)控視頻系統(tǒng)構(gòu)建方面獲取良好的成效，在保證社會安全發(fā)展方面做出了巨大貢獻(xiàn)，而且面向監(jiān)控視頻的人臉識別技術(shù)作為新興技術(shù)，涉及的算法、關(guān)鍵技術(shù)較多。同時，在種族對比、情報搜集、戶政領(lǐng)域、交通安全中取得良好的應(yīng)用效果，對保證社會安全、穩(wěn)定發(fā)展等有重要價值。

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作者簡介：蔡碩（1990—），女，漢族，河北保定人，華北電力大學(xué)碩士研究生，國網(wǎng)河北省電力有限公司信息通信分公司中級工程師，主要研究方向為機動應(yīng)急通信系統(tǒng)運維、視頻會議系統(tǒng)運維;陳明（1986—），男，漢族，河北邢臺人，北京科技大學(xué)碩士研究生，國網(wǎng)河北省電力有限公司信息通信分公司中級工程師，主要研究方向為機動應(yīng)急通信系統(tǒng)運維、視頻會議系統(tǒng)運維、信息系統(tǒng)運維、計算機終端運維;趙津（1990—），女，漢族，河北保定人，華北電力大學(xué)碩士研究生，國網(wǎng)河北省電力有限公司信息通信分公司中級工程師，主要研究方向為信息系統(tǒng)運維檢修。