安防領域中的人臉識別技術

文/劉晗

人臉識別技術背景

隨著經濟的高速發展以及城鎮化進程的加快，我國城市人口日趨密集，城市人口流動性也大大增加，加強對城市建設中的諸如交通管理、社會治安、重點區域防范、維穩等方面的管理迫在眉睫。另外，近年來社會犯罪率呈逐年升高的態勢，高科技犯罪層出不窮，犯罪行為的突發性、不確定性增強，給防范和偵破工作帶來極大的困難。

至今在安防領域中針對人臉的識別和管理為之甚少，導致公安人員在對犯罪嫌疑人進行人工排查時如大海撈針，成功率極低，效果也不明顯。

而基于密碼、個人識別碼（PIN）、磁卡和鑰匙等傳統身份識別技術存在明顯的缺陷：容易遺忘、丟失或被偽造，更為嚴重的是傳統的身份識別技術無法真正的區分擁有者和冒充者。

正因為如此，現在安防領域最新的人員識別系統大都采用生物特征識別技術（Biometrics）-利用人體固有的生理特征或行為特征來進行身份的鑒別或確認。生理特征通常是指人類個體“與生俱來、獨一無二”的生理特征，如人臉、指紋、虹膜、掌紋、手形、視網膜、耳郭、DNA等；行為特征通常是指人類個體的習慣性行為特點，如簽名、聲紋、步態等。相比傳統的身份鑒定手段，生物特征識別技術具有不易遺忘或丟失、防偽性能好、隨身攜帶等優點，這些優點可以從根本上杜絕偽造和竊取。

人臉識別技術優勢

人臉識別技術是一門融合生物學、心理學和認知學等多學科、多技術(模式識別、圖像處理、計算機視覺等)的新的生物識別技術，可用于身份確認(一對一比對)、身份鑒別(一對多匹配)、訪問控制(門監系統)、安全監控(銀行、海關監控)、人機交互(虛擬現實、游戲)等，因其技術特征而具有廣泛的市場應用前景。

與其它生物特征識別技術相比，人臉識別技術在實用性方面具有獨到的技術優勢，主要體現在以下方面：

非接觸。人臉圖像的采集不同于指紋、掌紋需要接觸指掌紋專用采集設備，指掌紋的采集除了對設備有一定的磨損外，也不衛生，容易引起被采集者的反感，而人臉圖像采集的設備是攝像頭，無須接觸。

非侵擾，無需配合。人臉照片的采集可使用攝像頭自動拍照，無須工作人員干預，也無須被采集者配合，只需以正常狀態經過攝像頭前即可。

友好。人臉是一個人出生之后暴露在外的生物特征，因此它的隱私性并不像指掌紋、虹膜那樣強，因此人臉的采集并不像指掌紋采集那樣難以讓人接受。

直觀。我們判斷一個人是誰，通過看這個人的臉就是最直觀的方式，不像指掌紋、虹膜等需要相關領域專家才可以判別。

快速。從攝像頭監控區域進行人臉的采集是非常快速的，因為它的非干預性和非接觸性，讓人臉采集的時間大大縮短。

簡便。人臉采集前端設備——攝像頭隨處可見，它不是專用設備，因此簡單易操作。

可擴展性好。人臉識別的應用取決于對人臉數據的分析、處理和應用。它的采集端完全可以采用現有視頻監控系統的攝像設備。后端應用的擴展性決定了人臉識別可以應用在出入控制、黑名單監控、人臉照片搜索等多領域。

人臉識別技術應用前景

目前人臉識別技術已開始應用用于政府、軍隊、銀行、社會福利保障、電子商務、安全防務等領域。隨著技術的進一步成熟和社會認同度的提高，人臉識別技術將應用在更多的領域。

企業、住宅安全和管理。如人臉識別門禁考勤系統，人臉識別防盜門等。

電子護照及身份證。這或許是未來規模最大的應用，國際民航組織(ICAO)規定，從2010年起，其118個成員國家和地區，必須使用機讀護照，人臉識別技術是首推識別模式，該規定已經成為國際標準。中國的電子護照計劃公安部一所正在加緊規劃和實施。

公安、司法和刑偵。如利用人臉識別系統和網絡，在全國范圍內搜捕逃犯。

信息安全。如計算機登錄、電子政務和電子商務。在電子商務中交易全部在網上完成，電子政務中的很多審批流程也都搬到了網上。而當前，交易或者審批的授權都是靠密碼來實現，如果密碼被盜，就無法保證安全，但是使用生物特征，就可以做到當事人在網上的數字身份和真實身份統一，從而大大增加電子商務和電子政務系統的可靠性。

人臉支付?，F在的支付方式是通過卡和密碼或者簽字的方式進行確認，這點是有很大風險的，因為一旦用戶卡片和密碼被盜，有人冒充的話，是無法知道是誰冒充的。如果采用“卡+人臉”的方式進行，冒充將變得非常困難。當然，人臉支付的方式也有很多種。

移動互聯網領域。因為現在手機大部分都有鏡頭，那么在手機上做基于人臉識別的身份注冊、認證、登錄等，將會變得更加安全、方便。

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?？低曂ㄟ^多年的潛心研發，成功推出了人臉抓拍比對系統、人臉檢索系統、視頻后檢索系統（人臉）等一系列基于人臉識別技術的應用系統。這些系統主要采用具有自主知識產權的人臉檢測算法、人臉跟蹤算法、人臉質量評分算法以及人臉識別算法，是專門針對人員監控、排查、檢索的系統，是視頻分析、運動跟蹤、人臉檢測和識別技術在安防領域的全新綜合應用。

人臉抓拍比對系統

系統組成：

人臉抓拍比對系統主要由前端采集系統、網絡傳輸系統、后端智能處理分析系統、集中管理控制系統四大部分組成。

系統特點：

·前端攝像機采用國內領先人臉抓拍機方案，人臉抓拍機內嵌人臉抓拍功能，能對圖像中的人臉進行自動抓拍和上傳，減輕網絡帶寬和后端服務器運算能力的壓力，減少視頻編解碼過程對圖像質量的損失，提升人臉圖像質量。

·根據特定重點場所的卡口位置（如港口、碼頭、賓館、機場等出入口）的環境特性，人臉抓拍機內嵌了人臉區域自動曝光功能，能夠根據外部不同場景以及光照變化自動控制調節曝光參數，確保在逆光等情況下抓拍人臉仍較為清晰。

·支持按照布控人員的重要性進行報警等級設置，可按照用戶實際需要進行高中低三個等級靈活設置人臉相識度報警閾值。

系統功能：

·人員人臉信息采集和人臉信息數據庫建立

在特定重點場所的卡口位置（如港口、碼頭、賓館、機場等出入口）部署專用于人臉抓拍的攝像機，人臉抓拍機在能夠對經過設定區域的人員進行人臉檢測和人臉跟蹤，利用人臉質量評分算法能自動篩選出一張人的正面臉部信息最為清晰的人臉圖像作為該人員的抓拍圖像，并把人臉照片、抓拍地點、抓拍時間等信息上傳到人臉管理平臺進行統一存儲，以方便后期的檢索與查詢。（如圖1、圖2所示）

圖1 人臉抓拍流程圖

圖2 人臉抓拍界面示意圖

·人臉比對識別、黑名單實時報警、人員布控功能

系統可以根據需要把要布控人員的信息（包含姓名、性別、身份證號、家庭住址、人臉照片等信息）加入到黑名單數據庫。然后按照時間、地點、布控等級、相識度報警閾值等信息，對人員進行布防。系統對在特定重點場所的卡口位置（如港口、碼頭、賓館、機場等出入口）抓拍的人員實時與黑名單數據庫中的人布控人員進行實時比對，如果人臉的相識度達到設定報警閥值，系統自動可通過聲音等方式進行預警，提醒監控管理人員。監控管理人員可以根據雙擊報警信息查看抓拍原圖和錄像進行核實。（如圖3、圖4所示）

圖3 人臉比對識別流程圖

圖4 人臉比對識別界面示意圖

·人臉檢索功能

人臉檢索功能，在系統中輸入待查詢的人臉照片，系統自動檢測出照片中的人臉信息并截取人臉，用戶選擇需要檢索的人臉后進行相似度、時間段等參數設置后開始檢索，最后檢索出的相似人臉的結果會在界面上顯示出來。（如圖5、圖6所示）

圖5 人臉檢索流程圖

圖6 人臉檢索界面示意圖

·查詢功能

人臉系統查詢包括黑名單報警查詢和人臉抓拍查詢。我們可以通過時間、通道等相關參數快速查詢信息。

黑名單報警：可以查詢某個時間段、通道的所有報警事件，并可詳細查看報警詳細信息。

人臉抓拍查詢：可以查詢某個時間段、通道的所有抓拍人臉事件，并可詳細查看圖片、具體抓拍時間點等信息。

·其他功能

此系統同時具備傳統監控系統包括的視頻預覽、設備管理、智能配置、報警設置、用戶管理等功能。

人臉檢索系統

系統簡介

人臉檢索系統，主要根據公安的業務需求，解決人員身份快速確認，人員信息重復（身份證重復，戶籍重復等），串并案分析而開發的人臉檢索智能系統。系統可基于海量的人臉數據，實現快速檢索與查重，能廣泛應用于公安情報、戶籍、刑偵、科通等部門，為檢索比對人員信息提供了高效便捷的解決方案。

系統特點

·采用B/S架構，直接使用IE訪問配置，方便快捷。

·支持處理海量圖片，每個對比子服務可支持300萬張人臉圖片檢索與比對。

·支持單庫查重和雙庫查重，檢索重復出現的人員信息。

系統功能

·人臉檢索功能：在海量的人員信息中，輸入一張檢索人臉照片，根據篩選條件和人像特征點比對算法，按照相識度依次排列，幫助公安快速找到符合檢索條件的人員信息。

·人臉查重功能：分為單庫查重和雙庫查重。單庫查重指在同一人臉庫內查找重復出現的人員；雙庫查重指在兩個不同的人臉庫內，查找同時出現在兩個庫中人員。

視頻檢索系統（人臉）

系統簡介

視頻檢索系統是?？低曌灾餮邪l的一套集視頻錄像分析、管理和應用的智能化檢索應用系統。該系統集成了?？低晸碛凶灾髦R產權的人臉識別技術算法，通過對視頻的智能分析預處理獲取視頻內感興趣目標的相關信息。

系統功能

·人臉索引

系統通過海康威視人臉識別技術和視頻預處理對視頻中人臉進行整理匯總，獲取視頻內感興趣目標的相關信息，并根據這些人臉信息生成索引。相關人員可以通過查看人臉圖示，在幾分鐘內，查看數個小時視頻中包含的所有目標，并確定嫌疑目標，也可觀看該目標在整個視頻中的存在片段與運動軌跡。（見圖7）

圖7 人臉索引用戶界面圖

·嫌疑人臉檢索

在系統中輸入待查詢的人臉照片，選擇需要檢索的人臉后進行相似度等參數設置后開始檢索，最后檢索出的相似人臉的結果會在界面上顯示出來。（見圖8）

圖8 人臉檢索用戶界面圖

·圖片人臉檢索

在外部獲取非常有價值的包含嫌疑人臉的圖片，想在很多大量的視頻源中查找出這個嫌疑人其他信息，這時候用戶可以將圖片導入系統中，系統會自動檢出這張圖片中所有人的頭像，用戶可以按相似度進行排列，選取相關檢出片段進行再次分析，獲取有效信息。（見圖9）

圖9 圖片人臉檢索

結束語

雖然人臉識別技術現階段還不成熟，復雜環境下人臉識別還比不上人類，但人臉識別技術已經成為了身份識別技術發展的大方向，特別是海量人臉數據比對速度甚至精度方面，現有的自動人臉識別系統（如海康威視人臉識別技術的應用系統）速度和精度上已經超過了人類。相信隨著人臉識別技術研究和開發的深入,人臉識別技術將會在安防領域有著更加廣泛的運用，為人們的工作和生活帶來安全保障。