人像識別比對技術(shù)在偵查工作中的應(yīng)用

邵 雷，李一沐，劉 琦

1.四川警察學(xué)院，四川 瀘州 646000； 2.中國人民警察大學(xué)，河北 廊坊 065000；3.哈爾濱市公安局，黑龍江 哈爾濱 150100

隨著計算機視覺技術(shù)[1]的不斷發(fā)展，人像識別技術(shù)日趨成熟，識別率也越來越高。人像識別，就是把人面部相對固定不變的區(qū)域作為重要特征點提取區(qū)，通過視頻監(jiān)控探頭等感知設(shè)備采集人像圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過人像檢測、特征提取和人像識別匹配等環(huán)節(jié)完成人像識別比對全過程。在應(yīng)用人像識別技術(shù)的基礎(chǔ)上，公安機關(guān)相關(guān)部門利用深度學(xué)習(xí)方法、圖像比對算法、模型理論、圖像處理、視覺算法和數(shù)據(jù)檢索等技術(shù)在人像庫中進(jìn)行目標(biāo)搜索，再按照相似度排序，實現(xiàn)人像比對功能。

一、人像識別比對技術(shù)的特點

人像[2]與指紋、聲紋[3]、虹膜等人體的生物特征一樣，具有唯一性、不易被復(fù)制性、安全性、不可破壞性和不可逆性等特性。人像識別比對技術(shù)具有以下特點：

(一)非接觸式識別

與指紋識別和虹膜識別不同，在人像識別比對過程中不需要被識別者直接接觸采集設(shè)備，也不需要其主動配合進(jìn)行人像信息的采集和檢測。只要被識別者進(jìn)入設(shè)備的檢測范圍，就能夠以非接觸式方式完成人像識別的全過程，此種識別方式方便快捷。

(二)同步并發(fā)性

在人流較大的實際應(yīng)用場景，如火車站、飛機場和地鐵站等大型公共場所，可以對數(shù)個或者數(shù)十個人像目標(biāo)同時分揀、判斷和識別比對，發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)報警并且及時回傳給值班民警，不僅識別比對速度快、效率高，而且識別比對的準(zhǔn)確率也比人工方式有大幅提高。

(三)防偽能力強

人像和語音、形體一樣都是自然屬性特征，能夠通過觀察和比較人像來區(qū)分個體和確認(rèn)身份。由于人像是具有唯一性的生物特征，隨著活體檢測技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人像識別比對時防偽造能力得到了強化。人像識別比對技術(shù)以圖像相似度百分比從高到低排名的形式給出直觀的分析結(jié)果，可為偵查員提供簡單明晰的分析研判依據(jù)。

二、人像識別比對的步驟及算法

人像識別比對的過程主要包括：人像圖像采集和檢測、人像圖像預(yù)處理、人像圖像特征提取以及人像圖像識別比對4個部分[4]。

(一)人像圖像采集和檢測

人像圖像分為靜態(tài)圖像、動態(tài)圖像、人像局部區(qū)域圖像和各種臉部表情動作等，所有圖像都被視頻監(jiān)控攝像頭記錄下來，而在采集人像圖像數(shù)據(jù)時需要先對人像進(jìn)行檢測，標(biāo)注出人像的位置和大小。例如：用手機拍照或是經(jīng)過考勤打卡系統(tǒng)時，都會發(fā)現(xiàn)屏幕中用方形將人像區(qū)域圈起來進(jìn)行標(biāo)注。

人像檢測是將人臉從其他目標(biāo)中區(qū)分出來的過程。計算機通常對輸入畫面進(jìn)行分區(qū)域識別，在判斷該區(qū)域可能存在人臉后，反復(fù)進(jìn)行校正修改，最終獲取人臉區(qū)域坐標(biāo)并進(jìn)行框選，此時框選框內(nèi)部的圖像區(qū)域，就被認(rèn)為是人臉區(qū)域。人像檢測主要利用顏色特征、直方圖特征、結(jié)構(gòu)特征等模式特征進(jìn)行，人像檢測效率和識別準(zhǔn)確度與人像角度、姿態(tài)、光線差異等因素有關(guān)。根據(jù)檢測目標(biāo)數(shù)量不同可以將目標(biāo)檢測算法分為通用目標(biāo)檢測和特定類別目標(biāo)檢測[5]。

(二)人像圖像預(yù)處理

在人像檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上，對人像圖像進(jìn)行灰度變換、噪聲過濾、光線補償、幾何校正、濾波以及直方圖均衡化等處理，為圖像的特征提取做前期準(zhǔn)備。圖像增強和圖像分割是人像預(yù)處理的兩個關(guān)鍵步驟。

1.圖像增強是指通過技術(shù)手段改善圖像的視覺效果，將圖像轉(zhuǎn)換成更適合于人或者機器分析和處理的形式。根據(jù)不同需求有目的地強調(diào)圖像的整體或局部特性，增強圖像的清晰度、突出不同物體特征之間的差別來強化某些感興趣的特征，同時抑制不感興趣的特征，使圖像質(zhì)量得到改善，圖像信息量更加豐富，實現(xiàn)加強圖像判讀和識別的效果。圖像增強技術(shù)主要包括直方圖修正法、二值化法以及強化圖像輪廓等。

2.圖像分割就是把圖像分成若干個特定的、具有獨特性質(zhì)的區(qū)域并且提出感興趣目標(biāo)的技術(shù)和過程。圖像分割是圖像識別和計算機視覺中至關(guān)重要的預(yù)處理過程，沒有正確的圖像分割就不可能有正確的圖像識別。但是，計算機在依據(jù)圖像中像素的亮度及顏色等參數(shù)自動處理分割時，由于受到光照不均勻、噪聲和陰影等因素的影響，會導(dǎo)致分割錯誤現(xiàn)象的發(fā)生。通過使用人為的知識導(dǎo)向和人工智能等方法，能夠有效糾正分割中的錯誤。基于閾值的分割方法、基于區(qū)域的分割方法、基于邊緣的分割方法以及基于直方圖的分割方法都是常用的圖像分割方法。

(三)人像圖像特征提取

圖像特征提取[6]是指對圖像中的信息和特征進(jìn)行抽取，利用計算機將圖像以數(shù)據(jù)形式進(jìn)行分析和變換，進(jìn)而提取具有代表性的特征信息，使目標(biāo)降維，以利于下一步的運算和分析。目前，圖像特征提取的方法主要有4種：基于模板的方法、基于邊緣的方法、基于灰度的方法和基于空間變換的方法。在圖像上進(jìn)行人臉特征點提取，就是將預(yù)設(shè)人像輪廓特征點模板按照位置坐標(biāo)對齊到圖像的相應(yīng)位置上，因此也常被稱為人像對齊。在對人像特征點提取前，需要首先在人像輪廓中選定提取范圍，由于特征點在圖像中只有幾個至幾十個像素大小，提取范圍是否科學(xué)合理直接關(guān)系到圖像識別的準(zhǔn)確率。選擇提取范圍常用的方法主要有兩種：沿輪廓垂向的一維范圍圖像特征提取法和特征點方形鄰域的二維范圍圖像特征提取法[7]。

人像中從眉弓到顴骨再到鼻骨、上顎骨形成的區(qū)域叫作金五角區(qū)，不管做什么夸張表情，或是胖瘦的變化、角度的不同，這個區(qū)域都保持相對固定不變。因此，通過對眼睛、鼻尖、嘴巴、眉毛、下頜線等面部輪廓標(biāo)志性特征點進(jìn)行提取，形成關(guān)鍵點分量數(shù)據(jù)作為下一步人像分析的重要參數(shù)指標(biāo)，可以在人像識別比對時不受膚色、種族等因素的干擾，也能夠不受表情變化、胡須偽裝、角度偏差、發(fā)型改變、眼鏡裝飾、口部遮擋等環(huán)境因素對人像識別的影響。人像特征提取的算法主要有Gabor小波變換[8]、主成分分析(PCA)[9]、局部二值模式(Local Binary Pattern，簡稱LBP)[10]、局部梯度編碼(Local Gradient Coding，簡稱LGC)[11]等。

(四)人像圖像識別比對及其算法

人像圖像識別比對算法[12]的實現(xiàn)過程是：通過設(shè)置相似度閾值，把相似度數(shù)值超過這一閾值的所有待識別比對圖片篩選出來，再根據(jù)評分高低依次排序?qū)ふ页鲎罴哑ヅ淠繕?biāo)，提供給偵查員作為進(jìn)一步分析研判的參考。公安機關(guān)應(yīng)用的人像識別比對系統(tǒng)主要分為兩類：一類是1:1確認(rèn)，也就是將兩張人像圖像進(jìn)行比對，確定是否為同一人；另一類是1:N相似度辨認(rèn)，將犯罪嫌疑人人像照片與數(shù)據(jù)庫中所有人像照片逐一比對，按照相似程度以評分的形式輸出比對結(jié)果，再利用其他公安信息化平臺進(jìn)一步排查和確認(rèn)得分較高疑似人員的真實身份。人像識別比對的算法主要有：

1.基于特征向量的識別算法。該方法共分為兩步：確定眼睛虹膜、鼻翼、嘴角等人臉五官輪廓的大小、位置、距離等屬性；計算出這些屬性信息的幾何特征量，再將幾何特征量、關(guān)系數(shù)據(jù)形成的識別參數(shù)與數(shù)據(jù)庫中所有的原始參數(shù)進(jìn)行比較、判斷與確認(rèn)。

2.基于模板的識別算法。該方法是在人像數(shù)據(jù)庫中預(yù)存儲大量的標(biāo)準(zhǔn)人像模板或者人像各器官模板，在進(jìn)行人像比對時，將待識別比對人像圖像的所有像素與數(shù)據(jù)庫中所有模板圖像采用歸一化、相關(guān)量度量的方法進(jìn)行匹配。

3.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識別算法。該方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論[13]，通過對樣本集進(jìn)行訓(xùn)練實現(xiàn)局部特征到全局特征融合訓(xùn)練，這種方法能夠最大程度提取如嘴巴、鼻子、眼睛等人臉關(guān)鍵部位特征，從而在提取不同人臉特征時，得到更明確的特征向量。

人像圖像識別比對的算法還有很多，比如基于整幅人像圖像的識別算法、基于人像特征點的識別算法、基于光照估計模型理論等。從事人像識別比對的主流公司研發(fā)的算法各不相同，得出的比對結(jié)果也有所差異，偵辦案件時可以選取多家公司的人像識別比對平臺，將比對結(jié)果相互比較，綜合分析研判。在實際工作中發(fā)現(xiàn)，在人像識別比對系統(tǒng)給出的相似度排名結(jié)果中，偵查員除要關(guān)注排名前3的人員信息外，還要特別注意排名前10的人像照片，其為犯罪嫌疑人的可能性也很高。

三、人像識別比對技術(shù)的具體應(yīng)用

(一)人像識別比對技術(shù)在視頻偵查工作中的應(yīng)用

視頻偵查工作面臨的困難之一是偵查員在分析研判人像面部特征時，由于受到視頻監(jiān)控畫面清晰度不高、光線較暗以及個體肉眼分辨能力差異等因素的影響，不能完全確定視頻圖像中的人是否為犯罪嫌疑人，或者無法判斷在多個視頻監(jiān)控中出現(xiàn)的疑似人員是否為同一犯罪嫌疑人。這些情況凸顯了單靠人工肉眼分辨和研判人像圖像時準(zhǔn)確度不高的問題，也給視頻偵查工作帶來諸多不確定因素，一旦發(fā)生研判失誤、追蹤目標(biāo)錯誤等情況，那么前期所有工作很可能都需要推倒重做。而視頻偵查工作具有時效性，監(jiān)控錄像保存時間有限，錯過視頻錄像提取時間會導(dǎo)致無法再次提取案件相關(guān)視頻錄像，使視頻偵查工作很難繼續(xù)進(jìn)行，甚至?xí)斐少O誤戰(zhàn)機的嚴(yán)重后果。

人像識別比對技術(shù)的出現(xiàn)，大幅提升了圖像比對的精確度，明顯降低了研判失誤現(xiàn)象的發(fā)生概率。而且，隨著該項技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，人像比對技術(shù)與視頻偵查工作能夠較為緊密地融合[14]，對推動使用視頻偵查手段高效率、高質(zhì)量偵破案件起到關(guān)鍵作用。人像識別比對技術(shù)在視頻偵查工作中的優(yōu)點有：減少視頻下載的工作量和警力的投入數(shù)量，縮短偵查員查看視頻錄像的時間，輔助偵查員對犯罪嫌疑人進(jìn)行同一認(rèn)定，提高偵查員分析研判準(zhǔn)確度，提供人像比對與視頻偵查相結(jié)合[15]的新技戰(zhàn)法等。下面以具體案例介紹人像比對技術(shù)在視頻偵查工作中的應(yīng)用。

2016年12月21日，某市公安分局派出所接到報警稱有人持刀搶劫手機一部和現(xiàn)金人民幣2 700元。此案發(fā)生在元旦前夕，社會影響十分惡劣。經(jīng)詢問被害人，其在銀行取錢后步行返回家中，于樓道內(nèi)被嫌疑人持刀搶劫，偵查員分析認(rèn)為犯罪嫌疑人尾隨被害人作案的可能性極大，因此，決定將被害人從銀行步行回家沿途長達(dá)4公里的所有公共點位高清探頭錄像全部提取查看，再將被害人經(jīng)過監(jiān)控探頭后一定時間段內(nèi)的跟隨人員作為重點嫌疑對象。同時，偵查員調(diào)取案發(fā)當(dāng)天銀行內(nèi)全部監(jiān)控視頻錄像，把與被害人進(jìn)出銀行時間段相近的人員也作為重點排查對象。然后，將這兩部分重點人員視頻圖像進(jìn)行比對碰撞，將結(jié)果中的相同人員確定為高度疑似嫌疑人予以進(jìn)一步分析研判。按照這樣的偵查思路很快鎖定一名男性，發(fā)現(xiàn)其從銀行沿途一直尾隨被害人，判斷其有重大嫌疑。圖1畫面中走在前面的是被害人，后面尾隨的是犯罪嫌疑人。

由于視頻圖像分辨率較低，無法看清犯罪嫌疑人面部影像，考慮到該分局轄區(qū)內(nèi)部署了一定數(shù)量的人像識別比對系統(tǒng)[16]，滿足視頻偵查與人像比對相結(jié)合技戰(zhàn)法的開展條件，因此，專案組把工作重心轉(zhuǎn)移到二者融合應(yīng)用的方法上，在某大型超市西向人像識別比對監(jiān)控中發(fā)現(xiàn)了清晰的犯罪嫌疑人影像，如圖2所示。

圖1 犯罪嫌疑人尾隨被害人的視頻截圖

圖2 犯罪嫌疑人清晰的人像視頻截圖

經(jīng)過對犯罪嫌疑人衣著、體貌特征的初步研判和被害人辨認(rèn)，確認(rèn)在該視頻中出現(xiàn)的人就是犯罪嫌疑人。同時，偵查員梳理多段視頻錄像，經(jīng)過耐心細(xì)致地分析研判發(fā)現(xiàn)，犯罪嫌疑人在該轄區(qū)作案前后均有乘坐公交車的情況(見圖3)，故排除系本轄區(qū)人員作案的可能，分析判斷其作案得手后極有可能再次來轄區(qū)作案。所以，偵查員將犯罪嫌疑人的清晰人像圖像錄入人像識別比對預(yù)警系統(tǒng)中進(jìn)行全區(qū)實時布控。

12月23日，人像識別比對系統(tǒng)自動報警顯示(見圖4)：該區(qū)某中學(xué)門前發(fā)現(xiàn)了與犯罪嫌疑人體貌特征高度相似人員，雖然該人與犯罪嫌疑人著裝不同，但是經(jīng)過人像識別比對系統(tǒng)1:1比對分析，以及偵查員綜合情報線索研判，最終確定該人就是犯罪嫌疑人。視頻中發(fā)現(xiàn)犯罪嫌疑人向銀行網(wǎng)點較多的商圈方向走去，偵查員分析犯罪嫌疑人有再次作案的可能，因此，按照犯罪嫌疑人行走的軌跡方向，利用人像識別比對預(yù)警系統(tǒng)對商圈附近所有銀行網(wǎng)點進(jìn)行布控。最終，將在某銀行門前伺機作案的犯罪嫌疑人蘇某某抓獲，并當(dāng)場在其身上搜出作案工具。經(jīng)審訊，犯罪嫌疑人對12月21日持刀搶劫一部手機及人民幣2 700元的犯罪事實供認(rèn)不諱，同時交代了被抓當(dāng)日上午搶劫未遂的犯罪事實。

圖3 犯罪嫌疑人乘坐公交車時的視頻截圖

圖4 人像識別比對系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)犯罪嫌疑人并報警

該案的成功偵破是視頻偵查和人像識別比對技術(shù)緊密結(jié)合應(yīng)用的典型范例，其中人像識別比對系統(tǒng)充分體現(xiàn)了暗中布控、主動防范、提前預(yù)警的特點和優(yōu)勢，解決了單純依靠視頻偵查手段時遇到的查看海量視頻錄像時間較長、投入警力較多、分析研判準(zhǔn)確率不高等瓶頸問題。人像識別比對系統(tǒng)能夠24小時無人值守監(jiān)視預(yù)警，識別比對準(zhǔn)確率高，既緩解了警力不足的壓力，又提高了辦案質(zhì)量和偵破效率。

(二)人像識別比對技術(shù)在追逃工作中的應(yīng)用

人像識別比對技術(shù)在偵破潛逃多年犯罪嫌疑人的命案積案中也發(fā)揮著重要作用。由于人像識別比對系統(tǒng)能夠?qū)崟r進(jìn)行人像檢索比對[17]、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘[18]、信息研判、確認(rèn)逃犯身份并實時報警，便于公安機關(guān)動態(tài)掌握逃犯軌跡信息，在追逃工作中已被廣泛應(yīng)用。

在公安部統(tǒng)一部署的某專項行動中，偵查員以年齡40歲(上下浮動2歲)、逃跑時間為2000年(上下浮動1年)作為檢索條件，對某市某區(qū)歷年逃犯信息進(jìn)行梳理，開展逃犯照片提取、匯總和建檔工作。在整理過程中，偵查員對命案逃犯劉某某2000年結(jié)婚的照片進(jìn)行簡單處理后，錄入全省人像識別比對系統(tǒng)(見圖5)，再對反饋結(jié)果中評分較高的人員信息進(jìn)行逐一仔細(xì)甄別，發(fā)現(xiàn)本省某地戶籍人員“李某”與犯罪嫌疑人劉某某照片高度相似。進(jìn)一步研判分析發(fā)現(xiàn)：“李某”戶籍信息錄入時間為2000年，但是沒有同戶和關(guān)系人信息，該人沒有乘坐火車、飛機的出行信息，也沒有銀聯(lián)等任何銀行金融數(shù)據(jù)信息，與同齡人的生活習(xí)慣高度不符。因此，偵查員懷疑“李某”故意隱瞞身份，躲避公安機關(guān)偵查視線。進(jìn)一步查詢分析其妻子和孩子戶籍信息，也發(fā)現(xiàn)“李某”有故意隱瞞其與妻子真實社會關(guān)系的反偵查行為，經(jīng)綜合分析后判斷“李某”是逃犯劉某某的嫌疑度極高。最終，在查明犯罪嫌疑人落腳點后將其抓獲，犯罪嫌疑人“李某”到案后對犯罪事實供認(rèn)不諱，至此通過人像識別比對將潛逃多年的命案逃犯抓獲，該案件成功告破。

圖5 應(yīng)用人像識別比對技術(shù)排查

該案中為使人像比對檢索速度更快，反饋結(jié)果更加準(zhǔn)確，以逃犯年齡和逃跑時間為限制條件，將逃犯人像與全省人口數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，由于犯罪嫌疑人可能存在多次漂白身份的情況，所以將比中照片在人像數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行二次比對。前后兩次比對結(jié)果一致，則判斷該人為逃犯的可能性很大，再結(jié)合疑似逃犯的家庭關(guān)系人、出行軌跡等方面信息進(jìn)行綜合研判，從而確認(rèn)逃犯漂白身份后的信息和個人居住地等情況。

四、結(jié)語

人像識別比對技術(shù)在查找失蹤人員、查詢和確認(rèn)犯罪嫌疑人身份、查證無名尸身份，以及對公共場所集會的重點人員進(jìn)行監(jiān)控等方面發(fā)揮著重要作用。本文較為詳細(xì)地闡述了人像識別比對技術(shù)的基本原理，以及該技術(shù)與視頻偵查相結(jié)合偵破案件的具體應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，動態(tài)人像識別比對、步態(tài)識別比對、視頻檢索、視頻分類解析等技術(shù)會在未來案件偵辦中發(fā)揮越來越重要的作用。