人臉識別技術在機場應用的研究

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摘 要：人臉識別，是基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物特征識別技術。近年來，隨著處理器和圖像采集設備性能提升和成本日漸降低，使人臉識別技術應用于實際生產生活成為可能。本文通過對人臉識別技術的分析和研究，提出了人臉識別技術在機場應用的場景，為人臉識別技術在民航業的應用提供思路。

關鍵詞：人臉識別；機場；安檢；服務

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0022-02

1 人臉識別概述

人臉識別，是基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物特征識別技術。常用的生物特征有：人臉識別、虹膜識別、指紋識別、聲音識別等，人臉識別以其自然性、可接受性、采集方便、成本低廉等優勢受到了人們的青睞，發展迅速，隨著統計學習方法的發展，使人臉識別在生物特征識別技術中占據了重要的位置。

人臉識別技術作為多學科領域的、具有挑戰性的難題，它涉及了人工智能、機器學習、模式識別、心理學、光學、計算機視覺、視頻圖像處理等諸多學科的內容[1]。許多模式識別的經典理論和方法都是針對人臉識別研究而提出，后來又被應用于其它學科領域。因此人臉識別技術的研究是以上諸多學科的融會貫通，是一個交叉研究的平臺。

人臉識別通常要用攝像機或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，包括人臉圖像采集、人臉定位、人臉識別預處理、身份確認以及身份查找等，并自動在圖像中檢測和跟蹤人臉，進而對檢測到的人臉進行臉部的一系列檢測驗別。近年來，人臉識別硬件的進化速度很快，處理器和圖像采集設備性能提升和成本日漸降低，鏡頭模組的更高分辨率、更小體積、更低功耗等，都意味著幾乎所有的智能設備原則上都已具備安裝和部署人臉識別的技術基礎和可能性，數碼相機、攝像機、拍照手機的不斷普及極大地拓展了人臉識別技術的使用空間。由此可見，人臉識別不僅具有非常重要的科研意義，同時也具有非常廣泛的應用意義。

2 人臉識別研究背景

2.1 人臉識別研究內容

人臉識別技術是基于人的臉部特征，對輸入的人臉圖像或者視頻，判斷其是否存在人臉，如果存在，則進一步給出每個臉的位置、大小和各個主要面部器官的位置信息，并根據這些信息，進一步提取每個人臉中蘊涵的身份特征，并將其與已知的人臉進行對比，從而識別每個人臉的身份[2]。從人臉識別的流程中可以看出，人臉識別主要包含人臉檢測、預處理、特征提取，匹配與識別幾個方面，從這幾個方面入手，人臉識別的研究內容主要包括：人臉檢測和跟蹤、特征點定位、特征提取、特征匹配等。

2.2 國內外研究現狀

人臉識別的研究始于20世紀60年代，80年代后隨著計算機技術和光學成像技術的發展得到提高，90年代后期，一些商業性的人臉識別系統進入了市場，但是，這些技術和系統離實用化還有一定的距離，性能和準確性也差強人意。

根據人臉識別技術發展階段的不同，可以將其粗略地劃分為三個階段：

第一階段，人臉識別算法的研究基本集中于基于人臉幾何特征的方法，以及基于人臉模板的識別方法。但由于這兩種方法對圖像的清晰度要求比較高，普適性不好，因此在現實應用中，容易產生偏差，經常出現誤檢、漏檢。

第二階段，主要是基于統計理論和基于代數特征的識別方法的研究。其中基于代數特征的識別算法應用非常廣泛[3]。

第三階段，隨著高性能計算機的發展及人民對人臉識別算法的不斷摸索，人臉識別的方法有了較大的突破，目前已有多種機器全自動識別系統的成功案例。

目前，國內外很多研究機構在人臉識別方面取得了卓越的成果。其中位于美國的麻省理工學院（MIT）的人工智能實驗室以及媒體實驗室、卡耐基梅隆大學（CMU）的機器人研究所、耶魯大學、密西根州立大學（MSU）等機構對人臉識別方法的發展都做出了不可磨滅的貢獻。此外，德國、韓國、英國、日本、新加坡等研究機構及搞笑對人臉識別的研究也做出了突出的貢獻。

相對于國外來說，國內機構對人臉檢測識別的研究起步將對較晚，但在眾多研究學者的努力下，國內的人臉檢測識別領域也取得了不錯的成績，其中以清華大學提出的對膚色檢測方面的算法改進，以及哈爾濱工業大學實現的多級結構的人臉檢測與跟蹤系統尤為突出。相信在不久的將來，這一研究領域的研究和產品開發工作將處于世界的前列。

總之，人臉識別技術有著非常廣闊的應用前景，自動的人臉識別系統在各種不同的領域中的應用必將對人們的生活產生深遠的影響。

3 人臉識別在機場行業的潛在應用

中國民航客流近年來持續2位數增長，在未來20年時間里，民航客流還將持續高增長，機場繁忙程度將不斷加劇，“一證通關”的實現，會對機場的未來發展帶來較大的影響。

3.1 提升機場安檢質量與效率

機場安檢工作包括對旅客、機組人員和民航工作人員的行李物品及人身的檢查，對貨主的貨物和郵件進行檢查，還包括對民用航空器的監護和候機樓隔離區、行李分檢裝卸區、貨物存放區、航空器活動區和維修區的監護工作。

不管對于旅客或貨主的身份辨別，還是機場員工以及機組人員的身份辨別，都需要經過機場安檢體系的證件檢查程序。僅憑安檢員肉眼人工識別證件的真偽，工作量大，錯誤率也高[4]。人臉識別技術的引入可以很好地解決這一問題。

位于安檢口的攝像頭在捕捉人臉圖像后，系統會自動將旅客證件照片與之核對，識別旅客身份，其準確率遠高于人眼識別，即使旅客換了發型、化了濃妝也沒關系。

在登機口的安檢二次復查也可以由原來的人工復查確認升級為自助登機。在安檢信息系統中融入人臉識別技術，聯動閘機設備，旅客登機復查的頭像與安檢驗證記錄的圖像進行比對，身份得到確認后，可直接開啟閘機門登機。

在廊橋端的最后一次乘客身份確認是安檢的最后一道關，可以在廊橋固定端處進行人臉抓拍，自動將抓拍到的圖像與本航班的旅客在安檢入口現場的采集的圖像進行比對，把非本航班的旅客提前識別出來通知工作人員，提高安檢的效率和準確行，把好安檢的最后一道關。

目前這種基于人臉識別的快速通關系統在中國香港、中國澳門、新加坡、美國、日本和巴西等地的機場都已投入使用。從2017年1月1日起，各機場開始實施新版《民用航空安全檢查規則》，這意味著被社會和行業普遍認為“一證通關”將在民航業開始推行，乘機時只需身份證，無需登機牌，人臉識別技術必將成為“一證通關”的安全保障。

另外，員工通道系統也可以融入人臉識別技術，在工作人員進入員工通道時，系統自動抓取人臉圖像與員工信息預留照片進行比對判斷是否放行通過。減少安檢人員的工作量，提高工作效率。

3.2 多功能智慧航顯

多功能智慧航顯是基于人臉識別技術開發的航顯系統。它為旅客提供更人性化的服務，能主動識別當前旅客身份，突出顯示該旅客的航班信息及狀態，并提供個性化的信息。還能與導航技術相結合為旅客提供當前位置到登機口的地圖導航。另外，還可以為旅客提供所需的各種實時信息，如氣象報告，旅游導航，新聞報道等。多功能智慧航顯全面提高了機場的服務品質，使旅客的出行更加便利。

3.3 根據人流量統計，合理配備機場資源

基于人臉識別的運動目標的監測和跟蹤統計技術可以統計出視頻圖像中的客流量。這一技術可以應用于機場安檢通道人流量控制，根據各安檢通道的客流量，安檢部門可以合理配置安檢人員，也可以作為是否開通新的安檢通道的依據。這一技術與移動APP相結合，還可以自動為旅客推薦客流量少的安檢通道，解決安檢通道大面積擁擠排隊的問題。

另外，客流量統計可以用于統計旅客到港數，利用大數據分析技術，可以識別出常旅客和VIP旅客，從而更有針對性地提供服務。

3.4 改變服務模式，提升VIP服務質量

機場貴賓廳和航空公司的VIP會員，由于人數多，目前都是分人管理，人員離職后，下一任職員很難在短時間內接受相應工作。人臉識別VIP技術，可以準確的識別會員的身份，通過調取會員的以往興趣愛好、消費習慣，提前做好準備工作[5]。航空公司的乘務員在VIP會員進入機艙后，不必再問VIP會員想喝什么飲料、看什么報刊，而是直接就把VIP會員喜歡的飲料和報刊送到面前。目前這一功能已經通過人臉識別智能眼鏡得以實現。

3.5 創新機場商業模式

通過人臉識別統計功能，可以知道旅客的購物習慣和喜好，通過與移動端的互連，在旅客進入候機樓就可以向旅客的移動設備推送相關商品的打折促銷信息，并提供旅客從當前地點到相關店鋪的路線信息。

另外人臉識別技術也可以與廣告牌結合，手機觀看者的信息，通過預測分析學的相關理論，識別出哪些人是潛在購買者，并采用多目標優化推薦算法，將旅客感興趣的商品列表反饋到他的移動設備。

3.6 實時定位精準尋人

乘機時常見的一個情況就是登機時間已經到了，但個別旅客遲遲未到，飛機上的旅客都不得不苦苦等待，幾名地勤人員拿著擴音器到處尋找，航班也因此延誤，這種情況不僅耽誤了其它旅客的出行時間，也是對緊缺的機場資源的一種不必要的浪費。基于人臉識別的實時定位和廣播系統，可以根據旅客安檢時留存的人臉識別的圖像，精準定位到任意旅客在候機樓內所處的位置，并使用離他最近的廣播系統對其進行廣播，還可以呼叫離他最近的工作人員直接去找他。這一技術的應用對于節約機場資源，提高正點率有很大的幫助。另外，如果機場有人走失，這一技術也能迅速定位尋人。

4 “人臉識別”發展展望

人臉識別技術已經比較成熟，應用范圍廣泛，識別技術的準確率也日益提升。人臉識別已不再是遙不可及，束之高閣的技術研究，找準技術與業務的契合點，可以有效提高生產效率，提升服務水平。

目前，人臉識別技術在銀川機場的八個應用場景已部署完成，其中安檢人證合一比對，自助登機，出入口安防布控都已投入使用，收效甚佳。其它的應用也在逐步啟用的過程中，需求與技術需要進一步調整融合。

人臉識別是一種成熟的人體生物識別技術，但與機場的業務結合還只是在起步階段，對已使用的系統，要不斷調整適應。未來，可以深入發掘關聯業務領域，打造出更高效、更便捷、更人文的產品，為集團安全保障及整體經濟效益增長作出積極貢獻。

參考文獻

[1]蘇大偉.人臉識別技術在安全保衛工作中的應用及發展趨勢研究[J].無線互聯科技，2015，（21）：135-137.

[2]田珊.基于人臉識別的大數據分析在商業中的運用[J].技術創新，2016，（23）：13-14.

[3]胡大濤.人臉識別系統在機場安檢中的應用[J]，計算機與網絡，2016，（16）：33-34.

[4]張楠，陳新，王洪信.人臉識別技術與應用[J].科學技術，2014，（09）：21-22.

[5]張翠平.人臉識別技術綜述[J].中國圖像圖形學報，2000，（11）：885-894.