人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展與功能

段佳寧

摘 要 人臉識(shí)別，屬于生物識(shí)別技術(shù)一個(gè)分支，是利用人臉的五官、膚色等特征信息來識(shí)別身份的。通過前端的圖像或視頻采集設(shè)備采集圖像或視頻，然后對(duì)被測(cè)圖像或視頻中是否含有人臉進(jìn)行檢測(cè)，最后識(shí)別出被檢測(cè)出的人臉的身份，該技術(shù)是現(xiàn)在人工智能領(lǐng)域一項(xiàng)比較熱門的研究方向。文章介紹了人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展歷程與一些處于領(lǐng)先地位的研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)的技術(shù)現(xiàn)狀，并對(duì)人臉識(shí)別的特點(diǎn)和功能進(jìn)行了闡述，最后根據(jù)當(dāng)前人臉識(shí)別技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)今后各領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 人臉識(shí)別；并發(fā)性；人臉跟蹤；人臉檢索

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）219-0100-02

前段時(shí)間引發(fā)世界各國(guó)人們普遍關(guān)注的手機(jī)iPhone X一經(jīng)面世，便憑借它獨(dú)特的人臉解鎖和無(wú)線充電等新技術(shù)吸引了大眾的眼球，也使人臉識(shí)別的應(yīng)用更加深入到我們的生活中，掀起了人們對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)及其應(yīng)用的討論熱潮。人臉識(shí)別，是基于人的臉部特征，檢測(cè)圖像或視頻流中是否存在人臉，若存在人臉，就進(jìn)一步檢測(cè)出其位置、大小以及面部各個(gè)器官的位置等信息，并可自動(dòng)跟蹤和進(jìn)行身份識(shí)別的一種技術(shù)[ 1 ]。當(dāng)前，人臉識(shí)別技術(shù)隨著前幾年的快速發(fā)展，幾乎達(dá)到了與指紋識(shí)別等識(shí)別技術(shù)并駕齊驅(qū)的程度，并在部分手機(jī)、考勤等領(lǐng)域逐漸取代了指紋識(shí)別，成為一種新型的身份確認(rèn)方式。

1 人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況

我國(guó)對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的研究始于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)的一些研究機(jī)構(gòu)和高校，如中科院自動(dòng)化所、中科院計(jì)算所、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等陸續(xù)開展了人臉識(shí)別技術(shù)的研究。同時(shí)，由于國(guó)家政策對(duì)科技產(chǎn)業(yè)的支持，我國(guó)人臉識(shí)別技術(shù)近幾年專利數(shù)量和成果轉(zhuǎn)化迅速增長(zhǎng)。中國(guó)專利公開量從2011年的270件增加至2015年的1 398件，增長(zhǎng)了5倍多，超過美國(guó)位居第一[2]。我國(guó)在人臉識(shí)別技術(shù)研究方面也占據(jù)了一席之地。2006年，清華大學(xué)電子工程系的蘇光大教授將人臉識(shí)別技術(shù)在公安等領(lǐng)域進(jìn)行了嘗試。李子青率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出高性能的人臉識(shí)別系統(tǒng)，并將其和RFID射頻卡技術(shù)有機(jī)結(jié)合，為奧運(yùn)會(huì)量身定制了人臉識(shí)別快速身份驗(yàn)證系統(tǒng)[3]。2008年，我國(guó)在奧運(yùn)會(huì)開閉幕式上成功應(yīng)用了人臉識(shí)別系統(tǒng)，這是人臉識(shí)別技術(shù)首次應(yīng)用于奧運(yùn)會(huì)。2014年3月，湯曉鷗團(tuán)隊(duì)發(fā)表了GaussianFace人臉識(shí)別算法，此算法判斷隨機(jī)抽取的兩張照片是否為同一個(gè)人的準(zhǔn)確率達(dá)98.52%，超過了Facebook同期發(fā)布的DeepFace算法（準(zhǔn)確率97.35%）。隨后，該團(tuán)隊(duì)又先后發(fā)表了更先進(jìn)的DeepID2和DeepID3算法，將人臉識(shí)別的準(zhǔn)確率提升至99.55%，這也使得湯曉鷗團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室于2016年成為NVIDIA評(píng)選的全球人工智能十大先鋒實(shí)驗(yàn)室之一。

可見，因?yàn)樽罱鼛啄晡覈?guó)在人臉識(shí)別技術(shù)上投入較大，研發(fā)能力和創(chuàng)新水平已經(jīng)有了很大提高，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。然而某些核心技術(shù)的缺失，也反映出我國(guó)人臉識(shí)別技術(shù)的研發(fā)能力相對(duì)比較分散，還要進(jìn)一步培養(yǎng)領(lǐng)軍單位和領(lǐng)軍人才。

1.2 國(guó)外的發(fā)展歷程

早在20世紀(jì)80年代后期，人臉識(shí)別技術(shù)的雛形就已經(jīng)形成了，而真正將人臉識(shí)別技術(shù)加以應(yīng)用則是在20世紀(jì)90年代后期，并且以美國(guó)、歐洲國(guó)家和日本為主。美國(guó)作為人臉識(shí)別技術(shù)最先起步的國(guó)家，亦是最先應(yīng)用該技術(shù)的國(guó)家，掌握著此項(xiàng)技術(shù)的核心專利。2001年美國(guó)發(fā)生“911”事件，為了加強(qiáng)對(duì)出入境人員的監(jiān)管，華盛頓州在機(jī)場(chǎng)使用生物識(shí)別技術(shù)強(qiáng)化對(duì)出入境人員的身份認(rèn)證和管理，這是生物識(shí)別技術(shù)首次應(yīng)用在機(jī)場(chǎng)。日本雖然接觸人臉識(shí)別技術(shù)略晚，但始終保持著較快的發(fā)展速度。日前，日本NEC公司在其安防展會(huì)上展示了最尖端的人臉識(shí)別技術(shù)，能識(shí)破戴上高仿真人臉面具或用他人照片擋住攝像頭的手段，NEC對(duì)外聲稱該公司人臉識(shí)別技術(shù)的準(zhǔn)確度被美國(guó)政府評(píng)為世界第一。

1.3 各公司目前的技術(shù)水平

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，人臉識(shí)別技術(shù)主要專利權(quán)和核心技術(shù)大都掌握在國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)和大公司手中，例如日本的佳能、索尼、卡西歐，美國(guó)的谷歌、微軟，韓國(guó)的三星電子和荷蘭皇家飛利浦電子等公司，在人臉識(shí)別技術(shù)上處于世界領(lǐng)先地位。

由于我國(guó)廣闊的市場(chǎng)需求和國(guó)家對(duì)科技創(chuàng)新的支持，近幾年不斷增加了人工智能領(lǐng)域的投入，國(guó)內(nèi)已有多家公司在人臉識(shí)別技術(shù)上迎頭趕了上來。成立于1999年的科大訊飛公司，是一家專業(yè)從事人工智能研究和相關(guān)軟件及產(chǎn)品開發(fā)的骨干企業(yè)，公司聯(lián)合香港中文大學(xué)湯曉鷗團(tuán)隊(duì)推出的人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。還有成立于1998年的漢王科技公司，在手寫識(shí)別、光學(xué)字符識(shí)別（OCR）、筆跡輸入上擁有多項(xiàng)核心技術(shù)，目前漢王科技有關(guān)識(shí)別技術(shù)的系列軟硬件產(chǎn)品已經(jīng)廣泛運(yùn)用于金融、安保等各個(gè)領(lǐng)域。

2 人臉識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 非強(qiáng)制性

人臉識(shí)別技術(shù)首要的特點(diǎn)就是具有非強(qiáng)制性。掌紋掌脈識(shí)別、虹膜識(shí)別、視網(wǎng)膜識(shí)別等識(shí)別技術(shù)，都需要被測(cè)人有意識(shí)的配合儀器設(shè)備采集相關(guān)的特征信息，這些特殊的采集方式被被測(cè)人察覺后，別有用心的人就會(huì)有針對(duì)性的利用對(duì)應(yīng)方法進(jìn)行偽裝和欺騙。然而人臉識(shí)別則不同，人臉識(shí)別系統(tǒng)可以在識(shí)別對(duì)象無(wú)意識(shí)狀態(tài)下自動(dòng)采集人臉圖像并加以分析，非強(qiáng)制性的特點(diǎn)對(duì)于一種識(shí)別方法非常重要，這會(huì)使該識(shí)別方法不令人反感，并且因?yàn)椴蝗菀滓鹑说淖⒁舛蝗菀妆环婪逗推平狻＿@在一定程度上使得人臉識(shí)別相較于指紋識(shí)別等其他強(qiáng)制性識(shí)別更易實(shí)現(xiàn)。

2.2 并發(fā)性

人臉識(shí)別技術(shù)的另一大特點(diǎn)是具有并發(fā)性。通過攝像頭等圖像或視頻采集設(shè)備，可以快速且同時(shí)采集、識(shí)別一個(gè)圖像或視頻的一幀中含有的多個(gè)人臉，這對(duì)于指紋、掌紋等識(shí)別技術(shù)具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。例如許多火車站、球場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)的出入口等人流密集的場(chǎng)所，通過監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)采集畫面中的多個(gè)人臉圖像進(jìn)行識(shí)別并處理，在不影響人員出入的效率和速度的情況下，及時(shí)識(shí)別和確認(rèn)被測(cè)人的身份，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

2.3 非接觸性

人臉識(shí)別技術(shù)還具有非接觸性的特點(diǎn)。目前廣泛應(yīng)用的指紋識(shí)別是利用電子壓力傳感器采集指紋進(jìn)行識(shí)別比對(duì)，對(duì)于醫(yī)院等衛(wèi)生環(huán)境敏感的場(chǎng)所，接觸性識(shí)別系統(tǒng)也不利于防止疾病的傳播。掌紋、視網(wǎng)膜等識(shí)別方式雖然也不用實(shí)質(zhì)性的接觸被測(cè)者，但是采集距離較近，也需要被測(cè)者配合采集。人臉識(shí)別系統(tǒng)從采集人臉信息到完成身份識(shí)別全程不需要與識(shí)別對(duì)象產(chǎn)生任何接觸，甚至在相距較遠(yuǎn)的情況下也可以正常工作。

3 人臉識(shí)別技術(shù)的功能

人臉識(shí)別技術(shù)首先要完成人臉捕獲，人臉捕獲是指在一幅圖像或視頻的一幀中檢測(cè)出人臉。隨后再將人臉從背景中分離出來，并自動(dòng)保存。成功捕獲人臉后，接下來人臉識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)一步確定識(shí)別對(duì)象的身份，完成人臉識(shí)別。人臉識(shí)別按應(yīng)用方式又可分為人臉跟蹤、人臉驗(yàn)證和人臉檢索。

3.1 人臉跟蹤

人臉跟蹤是指利用人臉捕獲技術(shù)確定人臉后，當(dāng)指定的人在攝像頭拍攝的范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)地對(duì)其進(jìn)行跟蹤。

3.2 人臉驗(yàn)證

通過對(duì)兩張人臉圖像提取的特征進(jìn)行對(duì)比，該技術(shù)將根據(jù)兩張人臉的相似程度決定“一致”或者“不一致”，從而得出兩張人臉是否屬于同一個(gè)人。

3.3 人臉檢索

在人臉數(shù)據(jù)庫(kù)中找出與需要檢索的人臉相似度最高的一個(gè)或多個(gè)人臉，此應(yīng)用需要事先建立目標(biāo)人群的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)。在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索某個(gè)人是不是屬于數(shù)據(jù)庫(kù)中的人，是人臉識(shí)別技術(shù)最主要的應(yīng)用之一。

4 總結(jié)與展望

人臉識(shí)別技術(shù)的準(zhǔn)確率和可靠性在某些領(lǐng)域暫時(shí)還無(wú)法滿足要求，現(xiàn)階段的意義在于將那些長(zhǎng)時(shí)間處于重復(fù)性工作環(huán)境中的人解放出來，從而達(dá)到降低成本增強(qiáng)效率的目的，但這并不意味著去取代某種職業(yè)或者技術(shù)。

人的身體機(jī)能和感覺器官的能力是有限的，隨著模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)這些相關(guān)學(xué)科的不斷進(jìn)步，將會(huì)推動(dòng)人臉識(shí)別的準(zhǔn)確度和識(shí)別速度不斷提升[4]。就像計(jì)算機(jī)通過深度學(xué)習(xí)可以在很多領(lǐng)域超越人類一樣，機(jī)器視覺通過前端的先進(jìn)設(shè)備與后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)和處理器共同協(xié)作，計(jì)算機(jī)的人臉識(shí)別將全面超過人的識(shí)別速度和準(zhǔn)確率，除了身份識(shí)別，還將實(shí)現(xiàn)判斷年齡、美丑、健康等新功能。在不久的將來，人臉識(shí)別技術(shù)必將逐漸走進(jìn)日常生活，得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]徐曉艷.人臉識(shí)別技術(shù)綜述[J].電子測(cè)試，2015（5X）：885-894.

[2]何歡，肖強(qiáng)，王春莉，等，人臉識(shí)別技術(shù)發(fā)展現(xiàn)在及趨勢(shì)分析[J].情報(bào)檢索，2016（11）：41-47.

[3]http：//it.sohu.com/20080830/n259282251.shtml我國(guó)研制的人臉識(shí)別技術(shù)成功用于奧運(yùn)會(huì).

[4]左騰.人臉識(shí)別技術(shù)綜述[J].軟件導(dǎo)刊，2017，16（2）：182-185.