人臉識(shí)別技術(shù)在安防系統(tǒng)中的應(yīng)用研究及其示范

孔勇　顧鳴鶴　奚松波

摘 要：人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)于安防系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)具有重要意義，以人的面部特征為辨識(shí)要素，提高系統(tǒng)監(jiān)控安防效果。文章就人臉識(shí)別技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)其在安防系統(tǒng)中的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別；安防系統(tǒng)；應(yīng)用要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）03-0143-02

Abstract： Face recognition technology is of great significance for the functional design of the security system. It takes the human face features as the identification elements to improve the security effect of the system monitoring. In this paper， in view of the characteristics of face recognition technology， its application in the security system is briefly analyzed.

Keywords： face recognition； security system； application essentials

將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到安防系統(tǒng)中，對(duì)進(jìn)一步提高安防效果具有重要意義，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化發(fā)展，拓展系統(tǒng)基礎(chǔ)功能。人臉識(shí)別技術(shù)越來(lái)越成熟，被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域中，均取得了良好效果。想要在安防系統(tǒng)中充分發(fā)揮出人臉識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，就需要確定技術(shù)要點(diǎn)，確定其應(yīng)用方向和要點(diǎn)，保證兩者相結(jié)合后達(dá)到1+1>2的效果。

1 人臉識(shí)別技術(shù)特點(diǎn)

人臉識(shí)別技術(shù)本質(zhì)上就是對(duì)輸入的人臉圖像以及視頻進(jìn)行判斷，確定該人臉是否存在，如果確認(rèn)存在，則需要對(duì)每個(gè)人位置、大小和各個(gè)器官進(jìn)行判斷，完成人臉特征的提取，作為判斷每個(gè)人身份的依據(jù)，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的人臉特征信息進(jìn)行對(duì)比，完成人臉身份的識(shí)別。目前所應(yīng)用的人臉識(shí)別技術(shù)主要從三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行：第一，人臉檢測(cè)。適用于多種場(chǎng)景和環(huán)境的人臉檢測(cè)，且確定其所處位置與大小。第二，面部特征定位。完成人臉器官和形狀等信息檢測(cè)，并利用相應(yīng)防范方式進(jìn)行表達(dá)，其中比較常用的有幾何特征、代數(shù)特征、固定特征模板、云紋圖等[1]。第三，人臉比對(duì)。對(duì)人臉面部特征進(jìn)行定位，將所檢測(cè)得到的人臉特征與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的信息進(jìn)行比對(duì)，完成人臉特征信息的判斷。

2 安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 監(jiān)控場(chǎng)景無(wú)法確認(rèn)

視頻監(jiān)控是安防系統(tǒng)常見(jiàn)的一種表現(xiàn)形式，在不斷發(fā)展下，現(xiàn)在安防系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化與智能化發(fā)展，所應(yīng)用的設(shè)備在不斷更新，功能越發(fā)完善，受到了廣大監(jiān)控行業(yè)的歡迎。但是就安防系統(tǒng)應(yīng)用效果來(lái)看，并不能對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景中的實(shí)物進(jìn)行確認(rèn)，在整個(gè)監(jiān)控場(chǎng)景中人物為主體對(duì)象，是判斷監(jiān)控場(chǎng)景的核心，通過(guò)對(duì)人物的監(jiān)控來(lái)觸發(fā)警報(bào)，并通過(guò)外鏈傳感器的方法，對(duì)場(chǎng)景內(nèi)的實(shí)物進(jìn)行判斷，但是并不能對(duì)視頻中人物的活動(dòng)變化進(jìn)行有效識(shí)別[2]。

2.2 監(jiān)控對(duì)象無(wú)法確定

監(jiān)控系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)需要以外界的條件作為輔助，監(jiān)控效果受光照強(qiáng)度、距離遠(yuǎn)近、位置高低、實(shí)物大小等因素影響較大，任何一項(xiàng)元素不達(dá)標(biāo)，均會(huì)導(dǎo)致監(jiān)控圖像質(zhì)量偏低，進(jìn)而影響對(duì)監(jiān)控內(nèi)對(duì)象的確定，這樣就失去了監(jiān)控的意義。如果無(wú)法確認(rèn)監(jiān)控對(duì)象特征信息，則整個(gè)安防系統(tǒng)直接淪為擺設(shè)，所具備的技術(shù)功能無(wú)法發(fā)揮出來(lái)。

2.3 監(jiān)控對(duì)象無(wú)法識(shí)別

安防系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到出入境、公安布控以及公共安全等多個(gè)領(lǐng)域，所期待的功能作用是對(duì)監(jiān)控視頻中人員對(duì)象的真實(shí)身份進(jìn)行識(shí)別確認(rèn)。但是目前很多安防系統(tǒng)的功能并不能達(dá)到這一要求，無(wú)法完成監(jiān)控內(nèi)人員身份的識(shí)別，更加無(wú)法判斷確認(rèn)其實(shí)施的各類動(dòng)作。基于視頻監(jiān)控系統(tǒng)角度分析，連續(xù)視頻序列根本要求就是對(duì)監(jiān)控對(duì)象的真實(shí)身份提供辨識(shí)的有效信息，而想要實(shí)現(xiàn)這一要求，還需要在現(xiàn)有技術(shù)上進(jìn)行更為深入的研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)[3]。

2.4 監(jiān)控檢索效果差

對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)講，其需要將監(jiān)控視頻上傳到監(jiān)控中心，然后再對(duì)大量的視頻圖像進(jìn)行分析、識(shí)別、確認(rèn)，但是目前大部分的安防系統(tǒng)視頻檢索效果比較差，視頻識(shí)別系數(shù)難度高，并不能基于人臉圖像特征信息完成身份的智能化檢索。現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)大部分均是采用的線性順序存儲(chǔ)策略，技術(shù)上決定視頻智能化檢索效率比較低，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的檢索效果[4]。另外，還可以采用大范圍視頻回放的方法來(lái)對(duì)視頻進(jìn)行檢索，以此來(lái)判斷確認(rèn)視頻內(nèi)是否存在監(jiān)控對(duì)象。

3 人臉識(shí)別與視頻監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 應(yīng)用分類

將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到安防系統(tǒng)中，主要可以分為身份驗(yàn)證和身份識(shí)別兩種模式。第一，身份驗(yàn)證。即將當(dāng)事人身份與正在發(fā)生的行為聯(lián)系在一起，確定行為是否合法，完成不同人臉特征之間的識(shí)別判斷，確定某個(gè)人為合法人員。現(xiàn)在人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)被有效的應(yīng)用到門禁系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、教育考試系統(tǒng)以及密碼系統(tǒng)等，起到可靠的身份驗(yàn)證作用，完成目標(biāo)人物行為權(quán)限的驗(yàn)證，且對(duì)目標(biāo)人物信息進(jìn)行記錄[5]。第二，身份識(shí)別。對(duì)系統(tǒng)輸入的面部圖像和目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存在的面部圖像進(jìn)行比對(duì)，完成目標(biāo)面部圖像身份信息的確認(rèn)。可應(yīng)用于海關(guān)、機(jī)場(chǎng)、公安等場(chǎng)合和部門，對(duì)待查人員身份進(jìn)行有效識(shí)別，能夠有效識(shí)別確認(rèn)通緝犯、在逃犯和恐怖分子等人員信息。

3.2 應(yīng)用可行性

人臉識(shí)別技術(shù)可以說(shuō)是生物識(shí)別領(lǐng)域中的高端技術(shù)，近年來(lái)其在多個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮了出色的功能性，一直以來(lái)都是研究的要點(diǎn)。將人臉識(shí)別技術(shù)與視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合在一起，來(lái)對(duì)以往安防監(jiān)控系統(tǒng)存在的缺陷進(jìn)行補(bǔ)充和完善。從技術(shù)層面分析，人臉識(shí)別技術(shù)和監(jiān)控安防系統(tǒng)所運(yùn)用的原理相同，前者主要是通過(guò)人臉特征線信息進(jìn)行識(shí)別，后者則是針對(duì)視頻流信息進(jìn)行判斷，兩者相互融合可以達(dá)到更好的功能效果。將人臉識(shí)別技術(shù)嵌入到安防監(jiān)控系統(tǒng)中，來(lái)就視頻中人臉生物特征進(jìn)行有效提取，通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)人臉信息的對(duì)比，來(lái)進(jìn)一步提高安防系統(tǒng)的安全性，達(dá)到更好的安防效果。

3.3 應(yīng)用技術(shù)

3.3.1 Adaboost人臉檢測(cè)算法

Adaboost人臉檢測(cè)算法分類能力非常強(qiáng)，可以對(duì)人員生物特征信息進(jìn)行檢測(cè)。其為一種學(xué)習(xí)算法，需要以大量的人力特征作為支持，才能夠?qū)⒕哂械墓δ芡耆l(fā)揮出來(lái)。并且基于級(jí)聯(lián)分類器檢測(cè)，能夠有效縮短檢測(cè)所需時(shí)間，同時(shí)完成相應(yīng)計(jì)算處理內(nèi)容，利用更少的時(shí)間來(lái)檢測(cè)更多特征信息。

3.3.2 Direcshow視頻圖像獲取技術(shù)

Direcshow視頻圖像獲取技術(shù)為一種流媒體處理開(kāi)發(fā)包，是視頻控制中應(yīng)用較多的方法之一。在獲取Direcshow視頻圖像時(shí)，視頻圖像獲取本身就是Windows系統(tǒng)的重要部分，可以實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)下的視頻采集，獲得功能良好的視頻圖像技術(shù)，對(duì)完善視頻監(jiān)控功能具有重要意義，可用于安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)[6]。

4 人臉識(shí)別技術(shù)在安防系統(tǒng)中應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 安防系統(tǒng)構(gòu)成

將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到安防系統(tǒng)中，可以將整個(gè)系統(tǒng)劃分為以下幾個(gè)模塊：第一，圖像采集模塊。能夠?qū)⒛繕?biāo)區(qū)域轉(zhuǎn)換成動(dòng)態(tài)視頻圖像或靜態(tài)圖片信息。第二，面部探測(cè)與捕捉模塊，可以對(duì)監(jiān)控視頻中是否存在面部進(jìn)行判斷，同時(shí)還可以確定面部在視頻圖像中出現(xiàn)的位置，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確捕捉且將其生成標(biāo)準(zhǔn)的面部圖片。第三，面部圖像處理模塊，利用面部特征處理單元來(lái)對(duì)生成的標(biāo)準(zhǔn)面部圖片進(jìn)行加工處理，然后生成相應(yīng)的面部特征信息。第四，比對(duì)軟件和面部特征信息服務(wù)器，用于對(duì)生成的面部特征信息和數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)面部特征信息的對(duì)比，判斷視頻圖像中面部對(duì)象的行為合法性。并且還可以查詢確定目標(biāo)圖像是否為司法部門所要尋找的嫌疑犯，且對(duì)對(duì)象身份信息和社會(huì)背景信息等進(jìn)行核實(shí)確認(rèn)。

4.2 系統(tǒng)工作流程

融合了人臉識(shí)別技術(shù)的以后的安防系統(tǒng)，需要由面部捕捉模塊來(lái)對(duì)監(jiān)控視頻圖像中的與人頭外形相似的圖片進(jìn)行查找，一旦確認(rèn)為人頭，由面部捕捉模塊來(lái)對(duì)其面部生物特征進(jìn)行確認(rèn)，確定面部存在后，生成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)面部圖片。然后由圖像處理模塊對(duì)標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行篩選，得到其中質(zhì)量最佳的圖片來(lái)進(jìn)行加工處理，完成面部特征信息的生成，完成圖片的數(shù)字解釋。一般面部特征數(shù)據(jù)信息量分為幾十或幾千個(gè)字節(jié)不等，系統(tǒng)比對(duì)后根據(jù)匹配程度得到一個(gè)分值，分值越高則匹配度越高。安防系統(tǒng)的比對(duì)模塊以生成的面部特征數(shù)據(jù)為依據(jù)，與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的面部特征數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)不同的領(lǐng)域來(lái)確定兩者的比對(duì)結(jié)果。無(wú)論比對(duì)結(jié)果如何，系統(tǒng)均會(huì)給出工作人員相應(yīng)的提示，然后采取對(duì)應(yīng)措施處理即可。

4.3 系統(tǒng)應(yīng)用方向

4.3.1 人物比對(duì)

通過(guò)分布式系統(tǒng)架構(gòu)來(lái)對(duì)人物信息進(jìn)行比對(duì)，先是通過(guò)攝像頭對(duì)視頻信息進(jìn)行采集，并將結(jié)果傳輸給服務(wù)器，然后通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)監(jiān)控視頻中的黑名單庫(kù)人臉信息進(jìn)行比對(duì)。假如比對(duì)結(jié)果一致，信息條件符合，則系統(tǒng)會(huì)向管理人員發(fā)出預(yù)警，通知執(zhí)勤警員出警處理，將違法分子抓捕歸案。因此此類安防系統(tǒng)可以被應(yīng)用到公安、機(jī)場(chǎng)、銀行、車站、地鐵等場(chǎng)合。

4.3.2 門禁系統(tǒng)

現(xiàn)在人們生活質(zhì)量的提高，個(gè)人的安全意識(shí)也在不斷提高，各種門禁系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，以此來(lái)進(jìn)一步提高人們居住環(huán)境的安全性。人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，關(guān)鍵就是利用門口設(shè)置的專業(yè)和設(shè)備，對(duì)進(jìn)入到小區(qū)的人員進(jìn)行臉部識(shí)別，將采集到的人員臉部特征信息與門禁控制器內(nèi)存儲(chǔ)信息進(jìn)行比對(duì)和分析，裝置進(jìn)行快速的自動(dòng)識(shí)別。并且利用局域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)將臉部信息傳輸給控制中心，一旦對(duì)比失敗發(fā)現(xiàn)異常可以快速預(yù)警響應(yīng)，且啟動(dòng)來(lái)訪關(guān)系信息系統(tǒng)。同時(shí)，門禁系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)呼叫按鈕，便于對(duì)來(lái)訪人員工作方式進(jìn)行靈活設(shè)定，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和應(yīng)用效果，提高系統(tǒng)應(yīng)用綜合效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

安防系統(tǒng)對(duì)于提高社會(huì)環(huán)境的安全性具有重要作用，但是以往系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還存在較大的不足，在此基礎(chǔ)上來(lái)將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到其中，兩者進(jìn)行有效結(jié)合，對(duì)原來(lái)的安防系統(tǒng)功能進(jìn)行完善和補(bǔ)充。通過(guò)對(duì)監(jiān)控視頻中人臉特征信息進(jìn)行采集、識(shí)別和對(duì)比，確定監(jiān)控對(duì)象的合法性，進(jìn)一步提高系統(tǒng)應(yīng)用安全效果。

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