人像識(shí)別系統(tǒng)在平安城市建設(shè)中應(yīng)用

□ 文/ 鞏 玨

人像識(shí)別系統(tǒng)在平安城市建設(shè)中應(yīng)用

□ 文/ 鞏 玨

隨著改革開放的進(jìn)一步深入，經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市化建設(shè)的步伐日益加快的同時(shí)，面對(duì)人民群眾安全需求、社會(huì)管理的要求、日趨復(fù)雜的社會(huì)治安情況以及社會(huì)公共安全維護(hù)保障的難度也日益提高 。安 全 技 術(shù) 防 范 已 成 為 社 會(huì) 治 安 防 控 體 系 建 設(shè) 的重要組成部分，通過構(gòu)建一個(gè)覆蓋整個(gè)城市的集成化、多功能、綜合性治安防控網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提升公安 機(jī) 關(guān) 管 理 社 會(huì) 、治 安 防 控 、打 擊 犯 罪 、維 護(hù) 穩(wěn) 定 、保障安全的重要手段。近年來，隨著平安城市視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)使用實(shí)踐的不斷深入，安全技術(shù)防范在預(yù)防、發(fā)現(xiàn)、控制和打擊違法犯罪，提供破案線索，固定違法犯罪證據(jù)等方面發(fā)揮著人防、物防所不可替代的重要作用。目前平安城市基本上完成了聯(lián)網(wǎng)、高清化的建設(shè)，正在走向以物聯(lián)網(wǎng)、實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用、云服務(wù)等為代表的新一輪發(fā)展，現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)每天產(chǎn)生海量的網(wǎng)絡(luò)高清視頻數(shù)據(jù)，其中就包含大量可用的人臉信息，而當(dāng)前這些人臉的信息整體 的 利 用 率 不 高 ，配 套 的 使 用 工 具 簡(jiǎn) 單 ，甚 至 是 依靠 人 工 排 查 的 落 后 方 式 。因 此 ，為 了 實(shí) 現(xiàn) 在 海 量 視頻中的人員身份的快速識(shí)別，人臉識(shí)別技術(shù)無疑是最佳的選擇。

人臉識(shí)別技術(shù)現(xiàn)狀

所謂人臉識(shí)別技術(shù)，通常也叫做人像識(shí)別、面部識(shí)別，即依靠人的面部特征，對(duì)輸入的人臉照片或者視頻流進(jìn)行判斷，前提是先判斷是否存在人臉。若是存在人臉，那么接著的給出人臉的位置、尺寸以及各個(gè)主要面部器官的位置信息。并根據(jù)這些信息，更深一步地提取每個(gè)人臉中所體現(xiàn)的身份特征，并將其與已存儲(chǔ)好的人臉特征的模版進(jìn)行比對(duì)，從而識(shí)別檢測(cè)人的身份信息。人臉識(shí)別技術(shù)的研究開始于20世紀(jì)70年代初。20世紀(jì)90年代以來，一些商業(yè)性的人臉識(shí)別系統(tǒng)逐漸進(jìn)入市場(chǎng)，但是人臉識(shí)別技術(shù)的性能和準(zhǔn)確率還有待提高，近年來人臉識(shí)別技術(shù)引起全世界廣泛關(guān)注，企業(yè)對(duì)其也加大研究和投入，現(xiàn)如今人臉識(shí)別技術(shù)已成為當(dāng)今平安城市最重要的 手段 之一。

人臉識(shí)別技術(shù)包括了人工智能、模式識(shí)別、自動(dòng)學(xué)習(xí)、圖像處理、數(shù)據(jù)分析、模型分離等多種專業(yè)技 術(shù) ，同 時(shí) 需 結(jié) 合 數(shù) 據(jù) 中 間 值 理 論 方 可 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 人 臉準(zhǔn)準(zhǔn)確識(shí)別，人臉識(shí)別技術(shù)流程主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

1 、人 臉 檢 測(cè)

即動(dòng)態(tài)的場(chǎng)景與復(fù)雜的背景中檢測(cè)出人臉的存在，其包括以下幾種方法進(jìn)行人臉檢測(cè)：參考模板法、人 臉 規(guī)則法、樣品學(xué)習(xí)法、膚色模型法、特 征子臉法。以上幾種方法可以單獨(dú)使用，也可以組合使用，人臉檢測(cè)的主要用途是在前端采集系統(tǒng)中尋找人臉區(qū)域，以用于人臉的比對(duì)和識(shí)別。

2 、人 臉 圖 像 預(yù) 處 理

對(duì)于人臉圖像的預(yù)處理是在人臉檢測(cè)出人像的前提下，對(duì)人臉的圖像進(jìn)行處理并最終為特征提取提供支持。由于受到不同條件的限制和環(huán)境的干擾，往往提供給系統(tǒng)的原始圖像不能直接使用，必須在圖像處理的前一階段對(duì)它進(jìn)行光線補(bǔ)償、亮度校驗(yàn)、噪聲濾波等圖像前置處理。人臉圖像前置處理過程主要包括人臉圖像的圖像增強(qiáng)、灰度變換、圖像分割、亮度校驗(yàn)、數(shù)字化、歸一化、幾何變換、噪聲濾波以及復(fù)原等

3、人臉特征的提取

人臉特征提取通常也稱為人臉表征，人臉識(shí)別系統(tǒng)所使用的特征提取包括模板的特征提取、視覺特征提取、像素點(diǎn)特征提取、面部器官的特征提取、代數(shù)方法的特征以及彈性匹配法的特征提取等。人臉特征提取就是針對(duì)人臉特征進(jìn)行提取后建模的過程。

4 、人 臉 識(shí) 別

人臉匹配和身份信息的識(shí)別。所謂的人臉匹配就是把待 識(shí)別的人臉特征與數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的特征模板進(jìn)行搜索匹配，通過提前設(shè)定一個(gè)界限值，當(dāng) 相 似 度 超 過 這 一 界 限 值 ，就 把 匹 配 的 結(jié) 果 輸 出 。而人臉識(shí)別就是將待識(shí)別的人臉特征與已得到的人臉特征模板進(jìn)行比較，根據(jù)比對(duì)的結(jié)果對(duì)人臉的 身 份 信 息 進(jìn) 行 判 斷 。人 臉 識(shí) 別 又 分 為 兩 類 ，一 類為1∶1比 對(duì)，即 實(shí) 現(xiàn) 將 兩 張 圖 像 進(jìn) 行 相 似 度比 對(duì)，系統(tǒng)自動(dòng)給出兩張人臉照片的相似度，另一類為1∶N比對(duì)，即實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的特征模板與待識(shí)別的人臉特征進(jìn)行相似度比對(duì)，將對(duì)比結(jié)果按相似度從高到低進(jìn)行排列顯示，并顯示圖像相關(guān)人 員的 個(gè)人 身 份 信 息 。

人像識(shí)別在平安城市建設(shè)中的應(yīng)用

采用高效的人臉監(jiān)控和比對(duì)系統(tǒng)，第一可幫助公安偵查人員快速識(shí)別+辨別特定人員真實(shí)身份，把過去難以想象的千萬級(jí)的海量圖像庫比對(duì)需求變成現(xiàn)實(shí)，從而有效的為公安視頻偵查、治安管理、刑偵立案等工作提供實(shí)戰(zhàn)上的有效幫助和解決方法。第二可幫助公安偵查人員辦案時(shí)候追查和通緝，真正從打變?yōu)榉溃軌驑O大的減少警力資源浪費(fèi)和事故發(fā)生概率。

1 、應(yīng) 用 目 的

針對(duì)一些人員密集區(qū)域（如車站、港口、機(jī)場(chǎng)、購物商城、賓館酒店、社區(qū)等）的關(guān)鍵出入口、通道等位置部署人像識(shí)別卡口，后端對(duì)重點(diǎn)關(guān)注人員、打防控人員進(jìn)行黑名單布控，通過實(shí)時(shí)視頻流比對(duì)布控黑名單，實(shí)現(xiàn)人臉比對(duì)識(shí)別。目前人臉抓拍比對(duì)系統(tǒng)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：

重點(diǎn)人員布控。重點(diǎn)人員包括高危人員、特殊人員等。高危人員包括有全國在逃人員、全國違法犯罪人員；特殊人員包括涉恐涉案人員、涉毒人員、重大犯罪前科人員、肇事肇禍精神病人。通過手動(dòng)或自動(dòng) 批 量導(dǎo)入手段將高危 人 員信息導(dǎo)入 至 人 臉 注冊(cè)庫中，通過部署的人像識(shí)別攝像機(jī)實(shí)時(shí)視頻檢測(cè)和照片信息檢索，與人臉注冊(cè)庫內(nèi)高危人臉進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)識(shí)別，在出現(xiàn)可疑人員時(shí)通過平臺(tái)告警方式通知公安。

敏感人群布控。敏感人群包括來自特殊地區(qū)、特殊身份、特殊職業(yè)等人員（如來自涉恐地區(qū)人群、個(gè)別少數(shù)民族人群、長(zhǎng)期無工作人群、非法上訪人群 等 ）。通 過 在 出 入 境 、關(guān) 鍵 人 臉 采 集 卡 口 對(duì) 這 些人群進(jìn)行身份信息和人臉信息采集，通過人臉識(shí)別系統(tǒng)對(duì)敏感人群的身份信息、行為軌跡、出沒時(shí)間等進(jìn)行管控，從而做到敏感人群防控的目的。

身份 信息確認(rèn)。在日常巡 邏、人 員身份驗(yàn) 證、其他民事應(yīng)用中，為避免肢體接觸和沖突，可通過單兵 、手 機(jī) 、相 機(jī) 對(duì) 涉 事 人 員 進(jìn) 行 臉 部 拍 照 ，通 過 上 傳照片至后端，后端通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行人員信息比對(duì)分析 ，達(dá) 到 人 員 身 份 確 認(rèn) 的 應(yīng) 用 。

重要點(diǎn)位重點(diǎn)人員身份排查。針對(duì)一些重要管控 的 區(qū) 域 ，如 大 型 保 障 活 動(dòng) ，政 府 、公 安 出 入 口 等 布置前端攝像機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人臉抓拍，安排人員人工進(jìn)行重點(diǎn)人員篩選排查。

2 、邏 輯 架 構(gòu)

系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯包含三塊內(nèi)容：

人臉采集系統(tǒng)：人臉采集系統(tǒng)包括專業(yè)人臉抓拍機(jī)和普通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)+人臉檢測(cè)服務(wù)器，是將前端采集到的視頻圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，定位檢測(cè)獲取人臉圖片，并結(jié)合人員身份信息采集系統(tǒng)獲取人員身份信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)管理。

人臉比對(duì)系統(tǒng)：人臉比對(duì)系統(tǒng)是對(duì)人臉采集系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行智能分析處理，進(jìn)行人臉圖片建模、通過人臉眼睛、鼻子、嘴、下巴等局部構(gòu)成，對(duì)這些局部和它們之間結(jié)構(gòu)關(guān)系的幾何描述，進(jìn)行人臉特征數(shù)據(jù)提取入庫，并根據(jù)平臺(tái)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)識(shí)別和事后人臉檢索應(yīng)用。

人臉庫：人臉庫包括人臉抓拍庫、人臉注冊(cè)庫 、黑 名 單 庫 ，其 中 抓 拍 庫 包 括 場(chǎng) 景 圖 片 、場(chǎng) 景 下 摳取的人臉小圖、人臉特征數(shù)據(jù)，是人臉采集系統(tǒng)采集的人臉圖片存儲(chǔ)庫，用于人臉比對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行人臉圖片比對(duì)檢索；注冊(cè)庫包括標(biāo)準(zhǔn)人臉圖片、人員身份信息、人臉特征數(shù)據(jù)，是系統(tǒng)設(shè)定前公安批量導(dǎo)入的重點(diǎn)人員庫，用于人臉比對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行人臉圖片比對(duì)檢索；黑名單庫是注冊(cè)庫中將部分重點(diǎn)人員進(jìn)行布控組成，用于實(shí)時(shí)比對(duì)人臉采集系統(tǒng)傳輸?shù)娜四?圖 片。

業(yè) 務(wù) 應(yīng) 用 ：通 過 平 臺(tái) 進(jìn) 行 實(shí) 時(shí) 布 控 、查 詢 檢 索 、配置管理等功能應(yīng)用。

整體邏輯架構(gòu)如下圖：

3 、系 統(tǒng) 拓 撲

系 統(tǒng) 由 前 端 攝 像 機(jī) 、人 臉 檢 測(cè) 服 務(wù) 器 、人 臉 識(shí)別 服 務(wù) 器 、存 儲(chǔ) 設(shè) 備 、人 臉 數(shù) 據(jù) 庫 、人 臉 識(shí) 別 系 統(tǒng)平臺(tái)六類設(shè)備：

前端攝像機(jī)：前端攝像機(jī)包括普通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和專業(yè)人臉抓拍機(jī)。普通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)主要實(shí)現(xiàn)圖像采集、編碼等功能。專業(yè)人臉抓拍機(jī)不僅實(shí)現(xiàn)普通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的所有功能，其內(nèi)置智能分析算法，能實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻中人臉進(jìn)行自動(dòng)捕獲、跟蹤、抓拍等功能。同時(shí)專業(yè)人臉抓拍機(jī)擁有人臉區(qū)域自動(dòng)曝光優(yōu)化、人臉小圖優(yōu)化處理等功能，更適合于人臉卡口場(chǎng)景下獲取最優(yōu)人臉圖片；

人臉檢測(cè)服務(wù)器：人臉檢測(cè)服務(wù)器搭配普通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)對(duì)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)視頻流進(jìn)行人臉檢測(cè)、定位、跟蹤、人臉圖片選優(yōu)，將人臉圖片進(jìn)行摳取，傳輸?shù)?識(shí) 別 服 務(wù) 器 進(jìn) 行 存 儲(chǔ) 和 人 臉 建 模 、比 對(duì) ；

人臉識(shí)別服務(wù)器：利用人臉識(shí)別算法，對(duì)人臉檢測(cè)服務(wù)器傳輸?shù)娜四樞D進(jìn)行建模和結(jié)構(gòu)化，獲取人臉特征數(shù)據(jù)后為人臉實(shí)時(shí)比對(duì)識(shí)別、人臉后檢索等功能提供算法支持；

人臉數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和人臉圖片存儲(chǔ)：人臉數(shù)據(jù)庫專門用于存儲(chǔ)人臉系統(tǒng)的人臉數(shù)據(jù)，主要包括抓拍庫人臉特征向量、注冊(cè)庫人臉小圖、注冊(cè)庫人臉特征向量、黑名單人臉小圖、黑名單人臉特征向量；另外抓拍庫圖片（人臉小圖和抓拍大圖）存儲(chǔ)在人臉識(shí)別服務(wù)器中，當(dāng)識(shí)別服務(wù)器存儲(chǔ)容量不足時(shí)，可外擴(kuò)IPSAN設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)。

人臉視頻存儲(chǔ)：前端攝像機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)視頻的存儲(chǔ)，可存儲(chǔ)在平臺(tái)下掛載的IPSAN或?qū)I(yè)監(jiān)控行業(yè)存儲(chǔ)設(shè)備中，也可以通過網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)做視頻存儲(chǔ)。

管理平臺(tái)：人臉識(shí)別系統(tǒng)平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)人臉系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備管理、識(shí)別場(chǎng)景規(guī)則設(shè)置、報(bào)警聯(lián)動(dòng)等配置和管理，并結(jié)合客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的預(yù)覽檢索、各種報(bào)警信息的查看等操作。

4 、前 端 圖 像 采 集 要 求

前端系統(tǒng)組成

人臉識(shí)別前端主要分為兩類：

普通高清IPC--后端需要配合人臉檢測(cè)服務(wù)器進(jìn)行人臉檢測(cè)，再接入人臉識(shí)別服務(wù)器；

人臉抓拍IPC--可以直接接入人臉識(shí)別服務(wù)器；

通常人員抓拍相機(jī)對(duì)于安裝的場(chǎng)景有比較高的要求：

人臉大小：100像素以上(雙眼距離大于50像素)

角度：上下角度在15度以內(nèi)，左右角度在30度以內(nèi)(眉尖可見)

圖像質(zhì)量：聚焦清晰，光照均勻，注意避免逆光、側(cè)光，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)光

其他：表情自然，盡量避免帽子、圍巾、墨鏡等遮擋面部信息

通常在一些城市中，典型的適合人員抓拍的地點(diǎn)和 場(chǎng) 景有：

1）車 站 、碼 頭 出 入 口；2）機(jī) 場(chǎng) 安 檢 處 ；3）政 府 機(jī)關(guān)企事業(yè)單位重要場(chǎng)所的走道；4）大型商場(chǎng)出入口，上 下 扶 梯 處 ；5 ） 小 區(qū) 、社 區(qū) 出 入 口（ 非 室 外 環(huán) 境 ） 等等；

結(jié)束語

隨 著 平 安 城 市 技 術(shù) 發(fā) 展 的 日 新 月 異 ，監(jiān) 控 的 網(wǎng) 絡(luò)化、高清化為人臉識(shí)別提供了硬件基礎(chǔ)，而云計(jì)算、云儲(chǔ)存的發(fā)展為人臉數(shù)據(jù)提供技術(shù)支撐，客戶對(duì)人臉識(shí)別需求也日趨成熟和明確，人臉識(shí)別將在平安城市、公安、交通、金融、電信等方面應(yīng)用更加廣泛，帶來新的飛躍。

作 者 單 位 ：深 圳 市 中 瀛 鑫 科 技 股 份 有 限 公 司