應(yīng)用于汽車防盜搶系統(tǒng)的人臉檢測與識別算法探究

金嘉琦 孫志強

摘 要：本文設(shè)計一款應(yīng)用于汽車防盜搶系統(tǒng)的人臉識別算法。迅速識別人臉區(qū)域，并在該關(guān)鍵區(qū)域執(zhí)行后續(xù)程序。在人臉檢測部分，應(yīng)用Viola等人提出的Adaboost級聯(lián)算法；人臉特征提取部分應(yīng)用LBP（局部二元模式）結(jié)合PCA（主成分分析）降維的算法；在人臉匹配部分應(yīng)用最近鄰分類器來確定是否為已知人臉。

關(guān)鍵詞：汽車防盜搶系統(tǒng)；人臉識別；Adaboost；PCA；LBP；最近鄰分類器

中圖分類號：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）02-0044-02

1 汽車防盜搶系統(tǒng)簡介

1.1 現(xiàn)代汽車防盜搶系統(tǒng)簡述

汽車防盜器是一種在車上安裝，延長盜車時間，并增加盜車難度的裝置。汽車防盜搶產(chǎn)品分類較多，根據(jù)不同的方式防盜產(chǎn)品可分為不同種類。汽車防盜搶設(shè)備按能否反饋汽車信息分：單向、雙向；根據(jù)其防盜具體方式分為：剎車鎖止、車門鎖止、方向盤鎖止、油門鎖止、變速桿鎖止或車輪鎖止。按結(jié)構(gòu)功能分為四大類：機(jī)械類、電子式、芯片式和網(wǎng)絡(luò)式。而根據(jù)當(dāng)前市場形勢，汽車防盜搶裝置的總體發(fā)展方向朝著更高智能網(wǎng)絡(luò)芯片式發(fā)展。

單向電子防盜器是第一代汽車防盜搶產(chǎn)品，至今仍是市場主流產(chǎn)品。通過遙控器，車主可以在有限距離內(nèi)進(jìn)行汽車鎖止系統(tǒng)的控制，其中包括：車門的開關(guān)、震動或強制車門開關(guān)警報，為鑰匙到系統(tǒng)的單向控制。其優(yōu)點可總結(jié)為：方便安裝，成本較低，智能斷電；其缺點科總結(jié)為：受到高頻率信號的擾動會致使汽車防盜搶系統(tǒng)無法正常接收信號，質(zhì)量不穩(wěn)定即可靠性差。

隨著市場的發(fā)展，第二代防盜搶系統(tǒng)產(chǎn)品逐漸形成：可視的雙向控制防盜搶控制器。第二代產(chǎn)品即可遠(yuǎn)程遙控防盜搶系統(tǒng)，也能通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將車輛實時狀態(tài)信息反饋給車主，具有更遠(yuǎn)的遙控距離。在汽車運行過程中若出現(xiàn)駕駛情況預(yù)期之外的動作發(fā)生，則汽車會將實時運行信息保存并反饋給車主（包括位置信息、車窗開啟信息、車子運行狀態(tài)）。其優(yōu)點科總結(jié)為：超遠(yuǎn)程監(jiān)控汽車行駛狀態(tài)，具備智能斷電系統(tǒng)，能根據(jù)汽車安全狀態(tài)控制汽車啟停；其缺點可總結(jié)為：安裝程序繁瑣、成本較高，而且正是由于這種繁瑣的系統(tǒng)，令其操作變得復(fù)雜，錯誤報錯率、錯誤操作，總體防盜效果差強人意，并且具有很高耗電量。

電子技術(shù)的發(fā)展和集成電路的出現(xiàn)給防盜器產(chǎn)品帶來了新的機(jī)遇，第三代芯片式數(shù)碼防盜器，它是現(xiàn)代汽車防盜器發(fā)展的主流方向，芯片式數(shù)碼防盜器的原理是發(fā)動機(jī)的鎖止、切斷電路與油路，車輛只有在獲取遙控鑰匙信息時才可啟動，而且需要鑰匙中的密碼新品與防盜搶系統(tǒng)的密碼芯片成功對接才可啟動。目前市場上多數(shù)汽車均采用此種防盜方式作為原配防盜器。

芯片式防盜系統(tǒng)與前幾代汽車防盜搶系統(tǒng)相比發(fā)展更，最近研發(fā)的高端電子防盜搶芯片能夠進(jìn)行自我診斷，根據(jù)車主授權(quán)備用鑰匙的數(shù)量，授權(quán)者能夠讀取防盜搶系統(tǒng)的工作日志。而且利用其專有的射頻識別技術(shù)（RFID），車輛防盜搶系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確有效的識別車主，車主走近或離開車輛時，系統(tǒng)可自動識別其身份并自動開啟、鎖止汽車。其優(yōu)點可總結(jié)為：密碼破譯難度高，密碼重復(fù)率低。而缺點有：損壞或丟失密碼鑰匙維護(hù)不方便，只能反廠，因為該防盜裝置由汽車原廠生產(chǎn)。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的第四代汽車防盜搶裝置。這一代汽車防盜搶裝置以 GPS衛(wèi)星定位的汽車防盜搶系統(tǒng)為代表，主要依靠汽車點火系統(tǒng)的鎖止，達(dá)到汽車防盜搶的目的。同時，這一代防盜搶系統(tǒng)能夠通過 GPS 衛(wèi)星定位到防盜搶系統(tǒng)，并將被盜搶的汽車實時狀態(tài)信息、車輛準(zhǔn)確的位置及警報信息后臺發(fā)送到系統(tǒng)報警中心，這一代防盜搶裝置屬于網(wǎng)絡(luò)式電子防盜器。這種防盜系統(tǒng)地優(yōu)點是：實時性強，功能全，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控。缺點是：運行費用高，每月都要服務(wù)費用，另外系統(tǒng)存在信號死角，易受到破壞，價格昂貴，安裝復(fù)雜。國外第四代防盜搶裝置已安裝藍(lán)牙裝置，這種非接觸式技術(shù)是其新的優(yōu)勢，而國內(nèi)并未普遍采用此技術(shù)。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，汽車防盜搶技術(shù)也朝著更加智能化的方向發(fā)展，目前市場上的汽車智能終端產(chǎn)品，將汽車防盜、報警、導(dǎo)航、顯示、多媒體、遠(yuǎn)程控制等技術(shù)全部集成在一個終端模塊上，即本文要討論的汽車防盜搶系統(tǒng)。

基于人臉識別技術(shù)的防盜搶系統(tǒng)將實現(xiàn)一種新的具有人性化、智能化的汽車防盜搶功能。駕駛員進(jìn)入汽車后，ccd鏡頭采集駕駛員頭像進(jìn)行人臉識別，若非指定駕駛員則汽車無法發(fā)動。即使是在車鑰匙及遙控器被復(fù)制或丟失的情況下，其他人也無法開走車輛。

2 算法的模塊化分類

根據(jù)系統(tǒng)功能，算法可分為系統(tǒng)啟停模塊，人臉識別模塊。

2.1 系統(tǒng)啟停模塊

啟動模塊，駕駛員用鑰匙或按鈕接通電源，CCD鏡頭啟動，進(jìn)行一次頭像采集。停止模塊，若是已知人臉，系統(tǒng)待命，若是未知人臉，則系統(tǒng)切斷發(fā)動機(jī)點火電路。

2.2 人臉識別模塊

本系統(tǒng)將人臉識別模塊分為四部分：圖像預(yù)處理模塊、人臉檢測模塊、人臉特征提取模塊、人臉匹配模塊。

2.2.1 圖像預(yù)處理模塊

使用黑白CCD鏡頭來簡化灰度處理這一步驟。

2.2.2 人臉檢測模塊

矩陣求和示意圖如圖1所示。特征矩形根據(jù)實際人臉部位顏色深淺表示為深色和淺色。A，B所示為兩矩形特征。C、D所示為三、四矩形特征。兩矩形特征的值是黑色區(qū)域矩形內(nèi)像素總和減去白色區(qū)域矩形的像素總和。依次類推。

Adaboost算法的三個關(guān)鍵點：積分圖、分類器、級聯(lián)結(jié)構(gòu)。

②主成分分析法：假設(shè)訓(xùn)練圖像有N幅，圖像大小為m×n，圖像維數(shù)為M=m×n，將第i幅訓(xùn)練圖像轉(zhuǎn)化為一維的列向量xi，并求訓(xùn)練樣本的協(xié)方差矩陣S，大小為M×M。PCA提取的主元方向即為協(xié)方差矩陣S的特征向量。

2.2.4 人臉匹配

在匹配階段，對現(xiàn)場采集的人臉頭像按照以上步驟進(jìn)行特征提取，得到M個特征值，？姿1≥？姿2≥...≥？姿m，并按照該順序構(gòu)成向量。求出該特征向量與樣本特征向量間歐氏距離并與實驗得出最大閾值對比，若小于等于該值，則是；若大于該值，則否。

3 結(jié) 語

人臉檢測系統(tǒng)的整體流程，如圖4所示。

高效的在檢測到的人臉上進(jìn)行識別匹配。

參考文獻(xiàn)：

[1] 熊承義，李丹婷.基于LBP和PCA特征提取的人臉識別[J].中南民族大 學(xué)學(xué)報，2011，（2）.