被動人臉識別在智能安全控制系統中的應用

吳限，劉崎峰

上海船舶電子設備研究所，上海 201108

被動人臉識別在智能安全控制系統中的應用

吳限，劉崎峰

上海船舶電子設備研究所，上海 201108

研究了如何設計被動人臉識別系統以達到實際應用中所需智能安全控制等級要求。隨著民眾對個人信息保護意識的增強以及犯罪分子對主動識別裝置的刻意偽裝，被動檢測系統體現出其較優越的使用價值。根據所涉及的安全智能控制系統中的應用要求，利用人臉信息搭建人臉識別系統。系統采用結構化設計的方法，將各分系統的設計指標及相互之間的聯系給出定量的分析，該結構在類似的智能控制系統中具有較強的通用性。

安防系統；人臉識別；智能安全控制；系統搭建

隨著計算機技術和光學成像技術的發展，人臉識別登上安防系統的舞臺。人臉識別技術是現在安防系統中使用較為廣泛的技術之一。相比其他生物特征，人臉特征具有非接觸性、穩定性好、難仿冒等優點，易于為用戶所接受［1］。智能視頻監控是計算機視覺領域最近幾年發展起來的熱點研究方向和應用方向［2］?；谝曨l監控下的人臉識別由于受到光照、躁聲以及人臉多姿態性等因素的干擾，實現起來比靜態人臉識別困難得多［3］。隨著對人臉技術的不斷開發提升，以往因無法充分利用的復雜光照環境條件而被丟棄的人臉采集數據，通過某些條件篩選后的一部分數據也可以在一定程度上進行識別建模，并最終參與到系統的識別比對，從而增強了系統的采集能力。因此，在我們降低對識別系統中采集端的要求的同時，也使得非配合的被動人臉采集納入人臉識別系統的應用成為可能。

被動人臉識別系統即在采集點架設采集設備，不需要被采集人員配合，在其不知情的情況下將其信息采集、保存并進行識別。采集設備經歷了從模擬相機到數字高清攝像機的換代后，采集數據也隨之發生了根本性的變化。采集數據量的提升給人臉識別系統的處理能力提出了更高的要求，采集數據質量的提升則給人臉識別系統更大的選擇余地。被動識別系統的難點在于整個系統的采集端和識別端。沒有了被采集人員的配合，采集數據的光照條件變得更為復雜、行為不可預料、表情豐富姿態不可控。因此，被動識別系統的采集端及識別端性能的好壞直接決定整套系統的性能。目前，市場上非配合的被動人臉采集系統使用的范圍并不是很廣，但其較強大的適裝性將更容易被使用場所接受。

1 系統組成

被動人臉識別系統主要由采集端、檢測端、識別端、預警端及數據存儲服務器組成，構成如圖1所示。

圖1 系統組成示意

采集端主要完成被動系統檢測對象的采集。檢測端主要完成對采集數據的初步檢測，將無人臉或臉部信息缺失的數據從輸入數據源中剔除。識別端主要完成對通過檢測的輸入數據進行人臉識別、建模、模板制作、信息標定等較復雜的工作。預警端主要完成在預置中模板檢索、比對，在成功匹配后對當前被采集對象發出警報，并將信息標定寫入報警數據庫中。數據存儲服務器主要將系統成功報警的采集信息寫入服務器，供后期數據分析及檢索，另外還可以分流系統關心的用戶數據，對實際應用的被采集對象行為進行分析以促進其他系統的應用。

2 各子系統的難點

被動人臉識別系統的結構相對來說比較固定，其組合方式如圖2所示。

圖2 系統結構

對于整個系統的應用來說，采集端是整個系統的核心。采集數據的好壞一方面決定了系統的采集效果，另一方面也決定了后端處理系統難度的大小。而檢測能力及識別能力也從另一個角度制約著系統的處理能力。

2.1 采集端子系統

采集端決定著系統數據可用程度，制約系統的處理速度。根據現場的實際條件選擇采集端的架設位置，確定采集位置就可以調整采集區域內的光線條件匹配系統。本套系統中對人臉采集的角度進行制約，如圖3所示，將俯仰角控制在10°以內。

圖3 采集角度示意

2.2 檢測端子系統

視頻監控系統中，主要關注的是視頻圖像序列的實時性的要求［4］。人臉檢測算法不僅需要克服光照和姿態對識別效果的影響，同時還應注重提高人臉識別系統的速度［5-6］。整套系統的采集端有多處，各采集點場景的光線存在區別導致檢測端的檢測條件有所不同。整個采集過程又是在遠距離、動態采集中完成的。其難點在于如何將各采集端數據歸一化或者在不同采集端利用定制條件進行判斷篩選。檢測原理如圖4所示。

圖4 檢測原理示意

系統檢測能級也是整套系統能力指標之一。系統中決定檢測能級的要素為：檢測分辨率、檢測頻率，整體檢測區域面積。檢測分辨率越大則系統識別精度越高，檢測頻率越高則對系統性能配置要求越高，在同樣配置情況下整體檢測區域越大對系統運算能力要求越高。

2.3 識別端子系統

識別端相對來說功能較單一，在現有模型的基礎上對系統采集數據生成模型。其識別過程如圖5所示。

圖5 識別過程示意

本套系統中由于人臉模型及特征提取已固定，則不存在調整操作。

2.4 預警端子系統

預警端則是對報警能力的控制。報警涉及2個指標，即正確報警率及漏報率。由于被動采集的數據多樣性，人臉姿態不可控以及比對數據的非同源性，都使得正確報警率及漏報率隨著光源、姿態等要素的變化而動態變化。如何將二者調整到最佳也是整套系統的難點之一。

2.5 數據存儲服務器

數據存儲服務器在系統中主要負責數據存儲、分類、統計等功能。可根據系統的需求配置合適的硬件，并對數據存儲及備份的周期進行確認。

3 子系統之間的相互制約

被動人臉識別系統的子系統較多，其之間的制約條件也比較復雜。比較受關注的是采集端與識別端的制約。采集端的數據傳輸速度受檢測端、識別端的處理速度的制約。

系統流程如圖6所示。另一個需要重點考慮的就是數據量與數據質量對系統的限制。系統源數據的采集區域大小以及照片質量決定了系統傳輸的帶寬，并給后端系統提出了處理速度要求。根據采集端提供數據的質量，檢測端根據系統對照片的質量要求例如照片的清晰度、對比度等指標進行篩選。將不滿足識別要求的低質量照片在本環節中刪減。

圖6 系統流程

大多數情況下，受分辨率、光照、運動姿態以及遮擋物的影響，采集到的人臉信息并不完整［7］。但在視頻監控系統中，由于被采集對象運動具有連續性且具有一定的運動規律［8］，在跟蹤的基礎上對軌跡中的人臉特征點進行篩選［9-10］。對照片的質量要求是識別端在建模過程中對數據源的最低要求。質量再低的照片在建模后的模板數據不是很精確，會造成比對過程中出現較大誤差。因此，檢測過程中必須將此類低質量的數據進行剔除。

在不同的實際系統中，各關鍵量需要按照系統需求進行統一調配。

4 結束語

本文提出的被動人臉識別系統的設計方法采用模塊化設計，分別分析了各子系統的難點以及各子系統之間的聯系和制約條件。

依據本文所提及的被動人臉識別系統的實現方法，將極大推進智能安全控制系統信息化綜合利用效率，提高智能化防范水平，實現智能安全控制系統的主動性防范功能，有效促進人防技防的有效結合，提高現場處置、取證的及時性和有效性，使智能安全控制在安防領域發揮出更大更有效的作用。

如何在本文基礎上統計用戶數據，總結規律并為其他系統提供應用接口，是今后工作中需要進一步解決的問題和研究的方向。另外，也可以考慮通過人體動作識別方法實現與視點無關的人體動作識別，補充了被采集對象的信息并增加一個特征點進行匹配。

［1］趙福梅.人臉識別系統在嵌入式門禁系統中的研究與設計［D］.太原：太原理工大學，2013：12-14.

［2］孫正春.智能視頻監控中的人臉識別［D］.成都：電子科技大學，2012：8-12.

［3］曹艷艷.人臉識別技術在視頻監控系統中的應用［D］.成都：西南財經大學，2012：3-6.

［4］譚余.人臉檢測和識別［D］.成都：電子科技大學，2013：14-17.

［5］郭鵬飛.視頻監控中的人臉檢測與識別［D］.南京：南京理工大學，2010：7-12.

［6］范桂香.人臉檢測與跟蹤的若干方法研究［D］.南京：南京理工大學，2013：10-15.

［7］王志鵬.不完整信息下的人臉識別技術研究［J］.科技通報，2013（10）：34-37.

［8］李峰.智能視頻監控系統中的行人運動分析研究［D］.北京：中國科技大學，2011：11-14.

［9］李鵬.視頻圖像人臉特征點跟蹤技術研究［D］.成都：電子科技大學，2011：21-26.

［10］張劍.基于內容的智能視頻監控關鍵技術及在公共安防中的應用研究［D］.杭州：浙江大學，2007：3-4.

Application of passive face recognition in the intelligent safety control system

WU Xian，LIU Qifeng
ShanghaiMarine Electronic Equipment Research Institute，Shanghai201108，China

This paper analyses themethod of designing a passive face recognition system to achieve intelligent con-trol level thatmeets the actual requirements.As the biological featureswith wide applications，face information has powerful utilization value.With people’s awareness raising for protecting individual information and the deliberate disguise of the criminals for active identification device，a passive detection system shows its advantageous utiliza-tion value.This paper constructs the intelligent face recognition system according to the requirements for an intelli-gent safety control system.The system applies structured design，provides quantitative analysis for the design indi-ces of all subsystems and theirmutual relations，the structure has powerful universality in similar intelligent control system.

safety defense system；face recognition；intelligent safety control；system construction

TP391.41

A

1009-671X（2015）02-021-03

10.3969／j.issn.1009-671X.20146004

2014-06-05.

日期：2015-03-25.

七二六研究所科技創新基金資助項目.

吳限（1982-），女，高級工程師.

吳限，E-mail：business.wu＠163.com

http：／／www.cnki.net／kcms／detail／23.1191.u.20150325.1258.011.html