人体面貌识别技术的原理、应用及进展

    人体生物特征识别技术是依靠人体的生物特征来进行人的身份验证的一种高科技识别技术。而人体面貌识别技术具有比其他生物特征识别技术更直观、简便、准确、可靠及可扩展性良好等众多优势。因而应用广泛。本文介绍人体面貌识别技术的原理、特点、应用及进展。

    一、前言

    随着光电技术、微计算机技术、图像处理技术与模式识别等技术的快速发展，出现了一种崭新的人体生物特征识别技术，这就是依靠人体生物特征来进行人的身份验证的一种高科技识别技术。

    人体生物特征目前主要用到人体的指纹、掌纹、眼虹膜、声音、笔迹、面貌及DNA等。由于这些特征具有人体所固有的不可复制的唯一性和稳定性，因此不可能复制、失窃或被遗忘。所以，利用人体的这些独特的生理特征能准确地鉴别每个人的身份。

    近几年来，已开发应用了声音识别、签字识别、指纹识别、掌形识别、眼虹膜识别等人体生物特征识别技术，与上述识别技术相比较，而最近开发的人体面貌识别技术则具有简便、准确、经济及可扩展性良好等众多优势，因此可广泛应用于出入口控制、安全验证、安防监控与搜寻罪犯等有关方面。下面就简要介绍一下人体面貌识别技术的原理、应用及进展。

    二、人体面貌识别技术的原理

    1、人体面貌识别技术的内容

    人体面貌识别技术包含三个部分：

    （1） 人体面貌检测

    面貌检测是指在动态的场景与复杂的背景中判断是否存在面像，并分离出这种面像。一般有下列几种方法：

    ①参考模板法

    首先设计一个或数个标准人脸的模板，然后计算测试采集的样品与标准模板之间的匹配程度，并通过阈值来判断是否存在人脸

    ②人脸规则法

    由于人脸具有一定的结构分布特征，所谓人脸规则的方法即提取这些特征生成相应的规则以判断测试样品是否包含人脸； 

    ③样品学习法

    这种方法即采用模式识别中人工神经网络的方法，即通过对面像样品集和非面像样品集的学习产生分类器；

    ④肤色模型法

    这种方法是依据面貌肤色在色彩空间中分布相对集中的规律来进行检测。

    ⑤特征子脸法

    这种方法是将所有面像集合视为一个面像子空间，并基于检测样品与其在子孔间的投影之间的距离判断是否存在面像。

    值得提出的是，上述5种方法在实际检测系统中也可综合采用。

    （2）人体面貌跟踪

    面貌跟踪是指对被检测到的面貌进行动态目标跟踪。具体采用基于模型的方法或基于运动与模型相结合的方法。
    此外，利用肤色模型跟踪也不失为一种简单而有效的手段。

    （3）人体面貌比对

    面貌比对是对被检测到的面貌像进行身份确认或在面像库中进行目标搜索。这实际上就是说，将采样到的面像与库存的面像依次进行比对，并找出最佳的匹配对象。所以，面像的描述决定了面像识别的具体方法与性能。目前主要采用特征向量与面纹模板两种描述方法：

    ①特征向量法

    该方法是先确定眼虹膜、鼻翼、嘴角等面像五官轮廓的大小、位置、距离等属性，然后再计算出它们的几何特征量，而这些特征量形成一描述该面像的特征向量。

    ②面纹模板法

    该方法是在库中存贮若干标准面像模板或面像器官模板，在进行比对时，将采样面像所有象素与库中所有模板采用归一化相关量度量进行匹配。

    此外，还有采用模式识别的自相关网络或特征与模板相结合的方法。

    人体面貌识别技术的核心实际为“局部人体特征分析”和“图形/神经识别算法。”这种算法是利用人体面部各器官及特征部位的方法。如对应几何关系多数据形成识别参数与数据库中所有的原始参数进行比较、判断与确认。一般要求判断时间低于1秒。

    2、人体面貌的识别过程

    一般分三步：

    （1）首先建立人体面貌的面像档案。即用摄像机采集单位人员的人体面貌的面像文件或取他们的照片形成面像文件，并将这些面像文件生成面纹（Faceprint）编码贮存起来。

    （2）获取当前的人体面像

    即用摄像机捕捉的当前出入人员的面像，或取照片输入，并将当前的面像文件生成面纹编码。

    （3）用当前的面纹编码与档案库存的比对

    即将当前的面像的面纹编码与档案库存中的面纹编码进行检索比对。上述的“面纹编码”方式是根据人体面貌脸部的本质特征和开头来工作的。这种面纹编码可以抵抗光线、皮肤色调、面部毛发、发型、眼镜、表情和姿态的变化，具有强大的可靠性，从而使它可以从百万人中精确地辩认出某个人。

    人体面貌的识别过程，利用普通的图像处理设备就能自动、连续、实时地完成。

    三、人体面貌识别技术的特点

    人体面貌识别技术与其他人体生物特征识别技术相比较，有其独特的优点。

    （1）人体面貌识别技术有快速、简便、非侵扰和不需要人的被动配合的特点。
    
    因为除这种识别技术以外，其余的人体生物特征识别技术对人们来说都是一种干扰，都需要人的被动配合。如指纹和掌纹识别都需要人们将手放在玻璃表面，而虹膜识别需要用激光照射人的眼睛，而声音识别需要人对着麦克风讲话，字迹识别则需要人签字等等。而人体面貌识别无需干扰人们的行为，你只需要很快从一架摄像机前走过，你的面貌就已经被快速地采集和检验，所以非常简便。

    （2）人体面貌识别技术有良好的防伪、防欺诈、准确、直观、方便的特点。

    因为同其他人体生物特征识别技术相比较，只有面像识别是最直观、最可靠、最准确的，因而它是优良的防伪、防欺诈的。

    （3）人体面貌识别技术具有性价比高、经济、可扩展性良好的特点。

    因为人体面貌识别技术比其他的人体生物特征识别技术的性能要优越，它不要人的行为的配合能方便有效地核查人的身份，而且只需通用的PC硬件及相关软件，因而经济、性价比高；由于其直观、准确，且应用更为广泛，因此具有良好的可扩展性能。

    四、人体面貌识别技术的应用

    由于人体面貌识别技术的独特优点，因而有着十分广泛的应用前景。其应用领域遍及军队、政法、银行、物业、海关、互联网应用等。下面就其主要应用作一简介。

    1、在银行金融系统中的应用

    由于银行金融系统对安全防范控制系统有着极高的要求，如对金库的安全设施、保险柜、自动柜员机以及电子商务信息系统等都需要人体面貌识别技术这种更直观、准确、可靠的识别系统。

    近年来，金融诈骗、抢劫发生率有所增高，对传统的安全措施提出了新的挑战。而人体面貌识别技术根本不需要带任何的电子、机械“钥匙”，因而可杜绝丢失钥匙、密码的现象。如果配合IC卡、指纹识别等技术，就可以更加使安全系数成倍增长。而且，由于对每次操作事件都保存一条有时间、日期和人体面像的记录，所以它具有良好的可跟踪性。

    当前，银行系统正在开展保险柜出租、托管的业务，若银行使用这种识别系统，能提高安全系数和客户对银行的可信度。此外，若在ATM自动取款机上应用这种识别技术，可以解除用户忘记密码的苦恼，而且还可以防止冒领、盗取的事件发生。

    2、在政法系统中的应用

    当前，我国的公、检、法正加强对经济、刑事等犯罪行为的打击力度，正在联合开展“追、逃”斗争。目前多是将逃犯的照片、身份证、特征资料上网发布。但这种方法的判断要通过多种技术鉴定，它对证件资料假冒犯人的查询有较大的难度，对犯罪分子的狡辨、伪装往往要消耗大量的时间和物力来进行确认。如果利用人体面貌识别技术，则可大大提高工作效率，并能对犯罪分子产生极大的威摄力量。如在重要的车站、码头、机场、海关等出入口附近架设摄像机，则系统可在无人职守的情况下自动捕捉进、出上述场所的人员的头像，再通过网络将头像面貌特征数据传送到计算机中心数据库去，与逃犯的头像进行比较，迅速准确地作出身份判断，一旦发现是吻合的头像，即自动记录并报警。如英国伦敦警察局，由于最近使用了人体面貌识别系统，在三个月内破案率就提高了34％。

    3、在其他方面的应用

    除在上面两大领域的应用外，人体面貌识别技术可广泛应用于军队、公安、党政机关、物业管理及其他一切需要的部门的安全验证、监控、门禁及一切出入口控制等多个方面。

    五、人体面貌识别技术的进展

    人体面貌识别技术的最新进展就是可以通过摄像机来搜索捕捉识别活动的人像，而不仅仅是识别静止的照片。如最近由美国新泽西