基于人臉識(shí)別技術(shù)的汽車主動(dòng)防盜技術(shù)研究

姜少瑋　郭濟(jì)鳴　胡清和　金印

摘要：基于人臉識(shí)別技術(shù)的汽車主動(dòng)防盜技術(shù)研究，旨在開(kāi)發(fā)一種新的具有人性化、智能化的汽車防盜搶設(shè)備，即使是在車鑰匙及遙控器被復(fù)制或丟失的情況下，其他人也無(wú)法開(kāi)走車輛；發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，非指定人員也無(wú)法駕駛車輛。

關(guān)鍵詞：汽車主動(dòng)防盜技術(shù)；人臉識(shí)別技術(shù)；汽車防盜搶設(shè)備；車鑰匙；遙控器；發(fā)動(dòng)機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP391 文章編號(hào)：1009-2374（2015）31-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.009

1 項(xiàng)目的現(xiàn)實(shí)意義

中國(guó)創(chuàng)新性建設(shè)的步伐在不斷加快，我國(guó)汽車行業(yè)的自主創(chuàng)新取得重大進(jìn)步，自主品牌也取得了快速發(fā)展。目前的互聯(lián)網(wǎng)線上經(jīng)濟(jì)熱潮襲來(lái)，更加促進(jìn)了我國(guó)汽車后市場(chǎng)的發(fā)展，汽車保有量也在不斷擴(kuò)容。伴隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的生活水平日益提高，汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚慕煌üぞ摺Ｎ覈?guó)已成為世界汽車產(chǎn)銷第一大國(guó)，汽車的擁有量也居世界前列。汽車是家庭的貴重物品，令人遺憾的是盜竊、搶劫汽車已經(jīng)成為常見(jiàn)的犯罪行為之一。除了個(gè)人財(cái)產(chǎn)損失，更嚴(yán)重的是發(fā)生人身傷害或死亡案件。隨之產(chǎn)生的汽車防盜搶設(shè)施很多，但人們更需要人性化、智能化的汽車防盜搶系統(tǒng)，同時(shí)也順應(yīng)了當(dāng)今汽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)的方向：節(jié)能、環(huán)保、安全、智能。目前在我們的日常生活中多處都有人臉識(shí)別技術(shù)的影子，人的面部特征屬于生物特征，是人的一種內(nèi)在屬性，其特點(diǎn)就是具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和差異性。人臉識(shí)別技術(shù)具有安全性、保密性、方便性、自然性、不易被察覺(jué)性的特點(diǎn)，是一種具有活性判別的非侵犯性主動(dòng)識(shí)別，避免了非活性物件對(duì)識(shí)別器的欺騙，識(shí)別速度快，形式友好，不會(huì)令人感到厭煩。

2 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

國(guó)內(nèi)外在汽車防盜方面研究成果很多，防搶方面研究方面較少。其防盜搶方式方法均不能解決車主在車鑰匙及遙控器被復(fù)制或丟失的情況下，他人開(kāi)走車輛；發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，非指定人員開(kāi)走車輛狀況，也不能解除他人向車主借車而不愿意借的煩惱。研究開(kāi)發(fā)專用于駕駛員狀態(tài)的人臉識(shí)別技術(shù)及專業(yè)軟件，達(dá)到速度快、抗干擾能力強(qiáng)、準(zhǔn)確度高等目的。

3 項(xiàng)目說(shuō)明

3.1 主要研究?jī)?nèi)容

通過(guò)安裝車內(nèi)CCD攝入指定駕車人的頭像，經(jīng)人臉識(shí)別技術(shù)軟件處理確定其特征值后置入車載電腦。用鑰匙接通電源時(shí)，CCD工作，系統(tǒng)實(shí)時(shí)識(shí)別其是否為預(yù)置的指定駕駛?cè)?，是則啟動(dòng)汽車，不是則否；在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，CCD定時(shí)工作，對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)判斷不是預(yù)置的指定駕駛?cè)嘶駽CD被意外阻斷正常的定時(shí)工作，則切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)。項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)是針對(duì)駕駛員狀態(tài)的人臉圖像識(shí)別技術(shù)研究，并開(kāi)發(fā)專用技術(shù)軟件和防盜搶硬件系統(tǒng)。這是一種新型的人性化、智能化的汽車防盜搶設(shè)備，即使是在車鑰匙及遙控器被復(fù)制或丟失的情況下，其他人也無(wú)法啟動(dòng)車輛；發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，非指定人員也無(wú)法駕駛車輛，既可起到汽車防盜搶的作用，又可免除他人向車主借用車輛的煩惱。

3.2 研究方法分析

人臉圖像采集：通過(guò)CCD圖像傳感器活性主動(dòng)識(shí)別并采集人臉圖像，當(dāng)駕駛者面部在CCD圖像傳感器可采集圖像位置范圍內(nèi)時(shí)，傳感器會(huì)自動(dòng)掃描并拍攝駕駛者的臉部圖像。

人臉檢測(cè)：在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)用于圖像的標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理，確定圖像大小、位置、特征壓縮、提取特征，從而降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算的復(fù)雜性。

人臉圖像的標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理及特征提?。菏紫炔捎玫氖荗RL人臉數(shù)據(jù)庫(kù)，其中每一張都是112*92維的灰度圖像。然后應(yīng)用雙立方灰度插值法，把人臉圖像壓縮成56*46的圖像，將所有數(shù)據(jù)首尾相接排成一行，則可以得到一個(gè)2576維的行向量，但并非所有向量元素都可以作為有效人臉特征元素輸入，不僅會(huì)影響分析精度，也會(huì)影響分類器訓(xùn)練的運(yùn)行速度。應(yīng)用獨(dú)立成分分析ICA從原始數(shù)據(jù)中提取獨(dú)立成分并做降維處理，可從ORL人臉數(shù)據(jù)庫(kù)的每一張?zhí)崛?6維的特征向量。運(yùn)用y=（x-MinValue）/（MaxValue-MinValue）公式，針對(duì)ICA降維提取后的特征向量元素做統(tǒng)一化處理，主要是為了它們都處于一個(gè)相似的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，便于輸入分類器進(jìn)行訓(xùn)練。

人臉圖像匹配與識(shí)別：將輸入的特征向量元素與數(shù)據(jù)庫(kù)中所儲(chǔ)存的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索匹配，輸出數(shù)據(jù)匹配的結(jié)果。人臉識(shí)別是將通過(guò)CCD圖像傳感器形成的人臉特征圖片與人臉數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的特征圖片相比較，根據(jù)相似比判斷被識(shí)別者的身份是否符合要求。

支持向量機(jī)SVM人臉識(shí)別的流程：通過(guò)CCD圖像傳感器攝入的人臉圖像，經(jīng)過(guò)圖片的標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理，獨(dú)立成分分析ICA的降維處理提取有效特征向量，將其輸入支持向量機(jī)SVM的訓(xùn)練，若訓(xùn)練已結(jié)束則有訓(xùn)練好的SVM分類器參與人臉識(shí)別；若訓(xùn)練沒(méi)有結(jié)束則重復(fù)導(dǎo)入SVM的訓(xùn)直至有訓(xùn)練好的SVM分類器可以參與人臉識(shí)別為止。

本項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)中的支持向量機(jī)采用的是LIBSVM算法，此算法是臺(tái)灣大學(xué)林智仁教授等開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。LIBSVM算法中的svmtrain函數(shù)可以選擇支持向量機(jī)的不同訓(xùn)練模式，其中主要代表參數(shù)含義如下：

Svmtrain的用法：svmtrain[options]training_set_file[model_file]

Options：可用的選項(xiàng)即表示的涵義如下：

-s svm類型：SVM設(shè)置類型（默認(rèn)0）

0——C-SVC

1——v-SVC

2——一類SVM

3——e-SVR

4——v-SVR

-t核函數(shù)類型：核函數(shù)設(shè)置類型（默認(rèn)2）

0——線性：u'v

1——多項(xiàng)式：（r*uv+coef0）^degree

2——RBF函數(shù)：exp（-r|u-v|^2）

3——sigmoid：tanh（r*uv+coef0）endprint

-d degree：核函數(shù)中的degree設(shè)置（針對(duì)多項(xiàng)式核函數(shù)）（默認(rèn)3）

-g r（gama）：核函數(shù)中的gamma函數(shù)設(shè)置（針對(duì)多項(xiàng)式/rbf/sigmoid核函數(shù)）（默認(rèn)1/k）

-r coef0：核函數(shù)中的coef0設(shè)置（針對(duì)多項(xiàng)式/sigmoid核函數(shù)）（默認(rèn)0）

-c cost：設(shè)置C-SVC，e-SVR和v-SVR的參數(shù)（損失函數(shù)）（默認(rèn)1）

-n nu：設(shè)置v-SVC，一類SVM和v-SVR的參數(shù)（默認(rèn)0.5）

-p p：設(shè)置e-SVR中損失函數(shù)p的值（默認(rèn)0.1）

-m cachesize：設(shè)置cache內(nèi)存大小，以MB為單位（默認(rèn)40）

-e eps：設(shè)置允許的終止判據(jù)（默認(rèn)0.001）

-h shrinking：是否使用啟發(fā)式，0或1（默認(rèn)1）

-wi weight：設(shè)置第幾類的參數(shù)C為weight？C（C-SVC中的C）（默認(rèn)1）

-v n：n-fold交互檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?，n為fold的個(gè)數(shù)，必須大于等于2

汽車點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的分析：目前大部分點(diǎn)火開(kāi)關(guān)有四個(gè)檔位：（1）LOCK：在此位置或拔出點(diǎn)火開(kāi)關(guān)鑰匙時(shí)，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)不工作，轉(zhuǎn)向盤被鎖住；（2）ACC：發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，音響和附屬電器可正常使用；（3）ON：發(fā)動(dòng)機(jī)處于低壓狀態(tài)及儀表電路被接通；（4）START：當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)鑰匙順時(shí)針旋至此位置時(shí)，待發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后松手，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)鑰匙會(huì)自動(dòng)回到ON位置，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始正常工作。

CCD圖像傳感器安裝在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)ACC檔控制的電路中，即點(diǎn)火開(kāi)關(guān)鑰匙接通電源時(shí)，傳感器可隨音響等電器同時(shí)開(kāi)啟工作，可以活性注定掃描人臉圖像，系統(tǒng)實(shí)時(shí)識(shí)別其是否為預(yù)置的指定駕駛?cè)?，控制點(diǎn)火開(kāi)關(guān)START檔所連接的電路，若是則電路正常連通啟動(dòng)汽車，若不是與START檔電路并聯(lián)的警報(bào)電路被接通，警報(bào)器響，汽車不會(huì)被啟動(dòng)。

圖1 汽車人臉識(shí)別控制系統(tǒng)流程圖

4 項(xiàng)目總結(jié)

基于人臉識(shí)別技術(shù)的汽車主動(dòng)防盜技術(shù)順應(yīng)了當(dāng)今汽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)的趨勢(shì)，工作形式非強(qiáng)制性，運(yùn)行速度快不會(huì)使駕駛者厭煩，不僅安全可靠，同時(shí)也為汽車本身提高檔次增加了潮流元素。實(shí)時(shí)和定時(shí)相結(jié)合的人臉識(shí)別運(yùn)行模式，完整地達(dá)到了防盜、防搶的作用效果。在當(dāng)今倡導(dǎo)創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)下，基于人臉識(shí)別技術(shù)的汽車主動(dòng)防盜技術(shù)應(yīng)用會(huì)越來(lái)越普遍，應(yīng)用該技術(shù)的汽車的購(gòu)買量是非常可觀的，會(huì)有很好的市場(chǎng)發(fā)展前景，引領(lǐng)汽車行業(yè)新風(fēng)尚。

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基金項(xiàng)目：本文由沈陽(yáng)理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目資助，項(xiàng)目編號(hào)：2012QC013。

作者簡(jiǎn)介：姜少瑋（1993-），男，遼寧大連人，沈陽(yáng)理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院學(xué)生。

（責(zé)任編輯：周 瓊）endprint