基于Andrio的人臉識(shí)別認(rèn)證與隱私保護(hù)軟件

1、. . . 大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)生春蕾計(jì)劃項(xiàng)目立項(xiàng)申請(qǐng)表項(xiàng)目名稱 _基于Android的人臉身份認(rèn)證與隱私保護(hù)軟件_申請(qǐng)單位 _ _ 班級(jí)團(tuán)隊(duì) _指導(dǎo)教師 _ _胡德昆_申請(qǐng)學(xué)生 _ _梁愛(ài)蘋(píng)，徐歡，騰洋_聯(lián)系 _ _電子信箱 _ _821782334 ._申請(qǐng)日期 _ _二0一四 年 5 月 7 日_大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院印制填 表 說(shuō) 明1“項(xiàng)目實(shí)施方案”必須寫(xiě)明在近期與遠(yuǎn)期的規(guī)劃和預(yù)見(jiàn)成果；2“項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)預(yù)算”應(yīng)包括項(xiàng)目中軟、硬件建設(shè)與各種人員經(jīng)費(fèi)；3項(xiàng)目負(fù)責(zé)人需合理安排好人員的分工，保障人員的可用性，確保該項(xiàng)目能夠有組織的順利進(jìn)行，以防項(xiàng)目作廢；4本表請(qǐng)用鋼筆填寫(xiě)或直接打印，不夠填

2、寫(xiě)可另行附頁(yè)；填好后將電子版發(fā)至xxxxx，紙質(zhì)版交至xxxx；5本表容由學(xué)工辦負(fù)責(zé)解釋。15 / 15 一、項(xiàng)目介紹表項(xiàng)目簡(jiǎn)況項(xiàng)目名稱： 基于Android的人臉身份認(rèn)證與隱私保護(hù)軟件 項(xiàng)目指導(dǎo)教師：胡德昆項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人梁愛(ài)蘋(píng)專業(yè)軟件工程聯(lián)系項(xiàng)目負(fù)責(zé)人與成員主要項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)時(shí) 間項(xiàng) 目 名 稱項(xiàng)目完成情況2013.11宿舍管理系統(tǒng)進(jìn)行中2014.3“快易點(diǎn)”點(diǎn)餐軟件進(jìn)行中項(xiàng)目組成員姓 名性別出生年月所在學(xué)院與專業(yè)項(xiàng)目分工梁愛(ài)蘋(píng)女1993.8.14信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院軟件工程人臉識(shí)別算法、軟件總體設(shè)計(jì)徐歡男1993.12.06信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院軟件工程數(shù)據(jù)庫(kù)、人臉特征提取模塊設(shè)計(jì)騰洋男

3、信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院軟件工程人臉檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)、系統(tǒng)檢測(cè)與分析二、立項(xiàng)依據(jù)（項(xiàng)目意義、現(xiàn)狀分析與項(xiàng)目實(shí)用性分析）2.1 立項(xiàng)意義與目的身份識(shí)別和身份認(rèn)證在現(xiàn)在社會(huì)具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值，人們對(duì)身份識(shí)別的需求可以說(shuō)是無(wú)處不在，并且與日劇增，幾乎時(shí)時(shí)刻刻都要證明自己的身份，例如判定一個(gè)人是否有權(quán)限進(jìn)入某一特定的區(qū)域，是否有權(quán)利進(jìn)行某項(xiàng)操作，是否有權(quán)利進(jìn)行某種交易，以與尋找目標(biāo)人物等等。由于生物特征是人類(lèi)的內(nèi)在屬性，具有很強(qiáng)的個(gè)體差異性和自身穩(wěn)定性，是非常理想的身份識(shí)別和身份認(rèn)證的依據(jù)，其中人臉特征是人體本身所固有的一種典型生物特征。利用人臉圖像進(jìn)行身份識(shí)別和確認(rèn)，與其他傳統(tǒng)方法相比更加安全、可靠、有效

4、、易于被客戶接受、友好方便等特點(diǎn)，因而越來(lái)越受到人們的重視，成為國(guó)內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)和高校的研究熱點(diǎn)之一。隨著社會(huì)的發(fā)展以與科技的進(jìn)步，尤其是近年來(lái)計(jì)算機(jī)軟硬件性能的提升和計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別和人工智能等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以與社會(huì)對(duì)快速的身份識(shí)別技術(shù)需求的與日俱增，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)成為研究人員關(guān)注的一個(gè)重要研究方向。人臉識(shí)別技術(shù)涉與多個(gè)領(lǐng)域，包括模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、數(shù)字圖像等，目前此項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展非?；钴S，有很多公司致力于研究這方面的產(chǎn)品并將產(chǎn)品推向市場(chǎng)人臉識(shí)別系統(tǒng)在 Android 平臺(tái)下有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景，正是因?yàn)槿四樧R(shí)別技術(shù)在 Android 平臺(tái)下的應(yīng)用價(jià)值才使得這個(gè)課題的

5、研究更有意義。通過(guò)在前面所述的理論基礎(chǔ)上，本課題對(duì)經(jīng)典的人臉識(shí)別算法進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析研究，理論聯(lián)系實(shí)際，在 Android 平臺(tái)下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析探索，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的人臉識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)包含人臉信息的圖像進(jìn)行分類(lèi)的應(yīng)用。 2.2 現(xiàn)狀分析隨著十九世紀(jì)末人臉識(shí)別問(wèn)題的提出，到二十世紀(jì)六十年代，機(jī)器自動(dòng)人臉識(shí)別技術(shù)真正的開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，以美日等為首的西方發(fā)達(dá)國(guó)家在這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，提出了許多人臉識(shí)別算法，并長(zhǎng)期占據(jù)領(lǐng)先地位。目前大部分在人臉識(shí)別領(lǐng)域的研究人員主要工作是對(duì)先前提出的合理算法進(jìn)行改進(jìn)，提高識(shí)別速度和識(shí)別準(zhǔn)確率和對(duì)識(shí)別質(zhì)量的影響因素進(jìn)行研究，如面部表情、光線強(qiáng)度、姿態(tài)等。麻省理工學(xué)院

6、、卡耐基梅隆大學(xué)、耶魯大學(xué)、密歇根州立大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）、曼徹斯特大學(xué)、南加州大學(xué)、薩里大學(xué)和 MITIA 實(shí)驗(yàn)室等為首的國(guó)外著名高校和科研機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期從事人臉識(shí)別這一領(lǐng)域的研究，并設(shè)立了專門(mén)的人臉識(shí)別小組，并取得了一定的成果。國(guó)內(nèi)對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的研究起步較晚，直到上個(gè)世紀(jì)九十年代中后期才開(kāi)始對(duì)人臉識(shí)別就行深入研究。雖然相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)對(duì)人臉識(shí)別的研究起步較晚，但在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，已獲得一定進(jìn)步，在算法和應(yīng)用方面也獲取一定的成果。但總體來(lái)說(shuō)，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比還存在著一定的差距，但令人興奮的是，在國(guó)家自然科學(xué)基金、863 計(jì)劃等資助下國(guó)內(nèi)很多高校和研究機(jī)構(gòu)都成立了專門(mén)的人

7、臉識(shí)別課題研究組，其中包括清華大學(xué)、吉林大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)和中科院等著名高校和研究機(jī)構(gòu)。此外，國(guó)內(nèi)還有很多高校和研究機(jī)構(gòu)的人員從事人臉識(shí)別技術(shù)的研究工作，經(jīng)過(guò)多年的研究，這些研究人員在人臉識(shí)別領(lǐng)域中積累了豐富而寶貴的經(jīng)驗(yàn)，并在國(guó)內(nèi)外著名的期刊雜志上發(fā)表了大量的關(guān)于人臉識(shí)別領(lǐng)域的文獻(xiàn)，并取得了一定的成果。2.3 項(xiàng)目簡(jiǎn)介隨著信息化的飛速發(fā)展，移動(dòng)Android設(shè)備已進(jìn)入了人們生活必需品的行列，也因它的方便、快捷，讓人們的生活變得更完善。人像模式檢測(cè)識(shí)別技術(shù)，是利用計(jì)算機(jī)圖像分析、模型理論、人工智能與模式識(shí)別技術(shù)的非接觸性高端模式識(shí)別技術(shù)，可完成從復(fù)雜的圖像場(chǎng)景中檢測(cè)出特征人臉信息，并

8、進(jìn)行匹配識(shí)別的智能分析過(guò)程。本項(xiàng)目主要是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)Android端的人臉識(shí)別，軟件的功能模塊可分為以下幾個(gè)：人臉特征提取模塊，人臉特征存儲(chǔ)模塊，人臉檢測(cè)識(shí)別模塊，隱私加密模塊。軟件具體功能有：（1）用人臉特征作為用戶的隱私驗(yàn)證方式；（2）對(duì)某人進(jìn)行人臉特征提取，可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)的信息編輯并存入SD卡中；（3）對(duì)某人進(jìn)行人臉檢測(cè)識(shí)別，可以返回相應(yīng)的基本信息；（4）可利用人臉特征對(duì)用戶的隱私文件進(jìn)行加密。三、項(xiàng)目已有的工作基礎(chǔ)與條件（前期已有的準(zhǔn)備工作）（1）人臉識(shí)別技術(shù)在這四十年的發(fā)展下已較為成熟，基于人臉識(shí)別的應(yīng)用和產(chǎn)品已慢慢走進(jìn)人們的生活，目前Android4.0以上的手機(jī)系統(tǒng)自帶人臉識(shí)別功能，在

9、Android系統(tǒng)下基于OpenCV的人臉檢測(cè)實(shí)現(xiàn)需通過(guò)Android NDK工具集將利用JNI編寫(xiě)的本地代碼組件嵌入到Android應(yīng)用程序中、通過(guò)KPCA算法進(jìn)行人臉識(shí)別來(lái)解除手機(jī)鎖。系統(tǒng)分圖像預(yù)處理、攝像頭進(jìn)行人臉檢測(cè)、人臉識(shí)別三步，是較完善的人臉識(shí)別系統(tǒng)。（2）小組人員均配備有電腦，屬軟件專業(yè)學(xué)生，已學(xué)習(xí)C語(yǔ)言、Java基礎(chǔ)以與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有較好的專業(yè)基礎(chǔ)，擁有強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)之心，并且有一定的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。四、項(xiàng)目實(shí)施方案與實(shí)施計(jì)劃（含預(yù)計(jì)完成時(shí)間）1、  具體的研究容、研究目標(biāo)和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題（難點(diǎn)問(wèn)題分析）4.1.1軟件身份認(rèn)證功能模塊又可分為樣本采集模塊、人臉識(shí)別模塊、功能

10、模塊，示意圖如圖4.1.1所示。樣本采集模塊其主要功能是獲取樣本圖像以與圖像中人物的相關(guān)信息，對(duì)樣本圖像進(jìn)行特征提取，并將提取得到的特征以與相關(guān)信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，樣本圖像可通過(guò)讀取 SD 卡中的圖像樣本或通過(guò)攝像頭獲取圖像樣本。人臉識(shí)別模塊主要是判斷識(shí)別圖像中的人臉屬于人臉庫(kù)中哪一人的人臉圖像，將結(jié)果傳給功能模塊。功能模塊是指圖像分類(lèi)模塊，主要功能是通過(guò)人臉識(shí)別模塊傳遞過(guò)來(lái)的信息，在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找，獲得詳細(xì)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)圖像的分類(lèi)存儲(chǔ)。圖4.1. 軟件身份認(rèn)證功能示意圖4.1.2 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題（1）實(shí)現(xiàn)低存消耗的人臉識(shí)別算法（2）基于人臉特征的隱私保護(hù)（3）實(shí)時(shí)的人臉檢測(cè)2、  實(shí)

11、施方案與具體采取的方法、具體實(shí)施計(jì)劃與可行性分析在Android系統(tǒng)下基于OpenCV的人臉檢測(cè)實(shí)現(xiàn)需通過(guò)Android NDK工具集將利用JNI編寫(xiě)的本地代碼組件嵌入到Android應(yīng)用程序中、通過(guò)KPCA算法進(jìn)行人臉識(shí)別來(lái)解除手機(jī)鎖，所以整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程分為兩個(gè)步驟：首先，利用Android應(yīng)用程序框架編寫(xiě)Java端代碼I最后通過(guò)JNI與OpenCV接口編寫(xiě)本地CC+代碼，并利用AndroidNDK 對(duì)其進(jìn)行編譯生成Java代碼可調(diào)用的共享庫(kù)，最后通過(guò)SDK生產(chǎn)Android應(yīng)用程序。程序運(yùn)用時(shí)分為以下步驟：圖像采集設(shè)備、人臉圖像定位程序（獲取圖像后對(duì)人臉從五官到輪廓的位置建模，確定采集對(duì)象的

12、位置與要比對(duì)的圖像位置相匹配）、圖像預(yù)處理模塊、提取圖像特征、檢索數(shù)據(jù)庫(kù)（把提取的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中需要認(rèn)證的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)）、顯示處理結(jié)果。4.2.1人臉識(shí)別的過(guò)程如圖 4.2.1 所示。首先對(duì)輸入樣本進(jìn)行采集的圖像采集階段；隨后對(duì)采集的圖像做預(yù)處理，主要是對(duì)圖像樣本進(jìn)行歸一化處理，稱為圖像預(yù)處理；接下來(lái)是判斷圖像是否包含人臉的人臉檢測(cè)階段；若圖像中含有人臉則對(duì)圖像中的人臉進(jìn)行特征定位和提取，稱為特征提取階段；隨后是通過(guò)提取到的不同人臉之間的不同特征進(jìn)行分類(lèi)的人臉?lè)诸?lèi)階段；最后的階段是通過(guò)圖像中的人臉特征與其他人臉進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)和識(shí)別身份信息的人臉識(shí)別階段。其中人臉檢測(cè)、人臉特征定位與提取和人臉識(shí)

13、別這三個(gè)階段是人臉識(shí)別最主要的組成部分。采用算法如下：（1）采用AdaBoost人臉檢測(cè)算法，AdaBoost 人臉檢測(cè)算法是一種基于積分圖、級(jí)聯(lián)分類(lèi)器和AdaBoost 的方法。在這種方法中使用 Harr 特征來(lái)作為檢測(cè) 人臉的關(guān)鍵特征，首先使用 AdaBoost 算法對(duì)樣本進(jìn)行訓(xùn)練優(yōu)選 出少量分類(lèi)能力最強(qiáng)的 Harr 特征作為弱分類(lèi)器，并將弱分類(lèi) 器組合成強(qiáng)分類(lèi)器。在檢測(cè)時(shí)，使用分層策略設(shè)計(jì)了一種基于 級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)分類(lèi)器進(jìn)行人臉檢測(cè)。在整個(gè)檢測(cè)算法中，AdaBoost 是其核心容。使用 AdaBoost 算法進(jìn)行特征選擇并建立強(qiáng)分類(lèi)器的過(guò)程描述如下: 1) 輸入:訓(xùn)練樣本集( x1，y1)

14、 ，( xn， yn) ，其中 xi 為樣 本集中第 i 個(gè)樣本， yi =1，0，分別對(duì)應(yīng)于正負(fù)樣本，樣本總數(shù) n，需要選擇的特征個(gè)數(shù)為 s。 2) 初始化樣本權(quán)重: w1， j =1/n。 3) 對(duì) t =1， s，進(jìn)行如下循環(huán): 根據(jù)下式對(duì)樣本權(quán)重歸一化:wt， i pt， i =wt， i Nj =1wt， i 對(duì)特征集合中每個(gè)特征 fj 設(shè)計(jì)弱分類(lèi)器 hj( x) : hj( x) = 1 pjfj( x) pjj 0 其它 ( 2) 加權(quán)分類(lèi)誤差定義為:t = N i =1wt， i ht( xi) yi ( 3) 調(diào)整方向參數(shù) pj 與閾值 j，使得分類(lèi)誤差 t 最小。 在所有弱

15、分類(lèi)器中，選擇加權(quán)分類(lèi)誤差最小的弱分類(lèi) 器 hm，其對(duì)應(yīng)的特征 fm 就是本輪選擇出的特征。 使用下式更新樣本權(quán)重: wt+1， i = wt， i1 ht( i) yi t ( 4) 其中， t = t /( 1 t) 。 4) 輸出強(qiáng)分類(lèi)器: H( x) = 1 T t =1 tht( x) 1 2 T t =1 t 0 otherwise ( 5) 其中，t = log( 1/t) 。（2）采用KPCA的人臉識(shí)別的算法，算法基本過(guò)程如下： 1) 圖像預(yù)處理：將人臉圖像的維數(shù)統(tǒng)一為 256×256。 2) 圖像曲波變換：把人臉數(shù)據(jù)庫(kù)中的每幅圖像進(jìn)行 Wrapping 的曲波變換，

16、提取出曲波的第一層系數(shù)C1，并把它排列成列向量，組成曲波特征 T，其中采用尺度(scale=3)和方向(angle=8)。 3) 核主主元分析(KPCA)：對(duì)曲波特征 T采用多項(xiàng)式核主元 d i j i j k(x , x ) = (x x +1) 分析的方法，提取出主成分(train_features)，作為最后的人臉識(shí)別特征。 4) 識(shí)別：對(duì)于測(cè)試圖像采用一樣的處理方法求出特征(test_features)，采用最近鄰法進(jìn)行分類(lèi)。圖4.2.1 人臉識(shí)別過(guò)程示意圖4.2.2 軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程示意圖如4.2.2所示。在Android系統(tǒng)下基于OpenCV的人臉檢測(cè)實(shí)現(xiàn)需通過(guò)Android NDK工

17、具集將利用JNI編寫(xiě)的本地代碼組件嵌入到Android應(yīng)用程序中、通過(guò)KPCA算法進(jìn)行人臉識(shí)別來(lái)解除手機(jī)鎖，所以整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程分為兩個(gè)步驟：首先，利用Android應(yīng)用程序框架編寫(xiě)Java端代碼，最后通過(guò)JNI與OpenCV接口編寫(xiě)本地CC+代碼，并利用AndroidNDK 對(duì)其進(jìn)行編譯生成Java代碼可調(diào)用的共享庫(kù)，最后通過(guò)SDK生產(chǎn)Android應(yīng)用程序。圖4.2.2 軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程示意圖3、  項(xiàng)目預(yù)期的成果和成效（包括成果形式、數(shù)量、實(shí)施圍等）（1）Android手機(jī)人臉身份認(rèn)證與隱私保護(hù)軟件。（2）使用說(shuō)明書(shū)一份。（3）安裝手冊(cè)一份。（4）系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)報(bào)告一份。4、 

18、本項(xiàng)目完成后的用途與價(jià)值（1）軟件是用于Android移動(dòng)設(shè)備端的，使用簡(jiǎn)單；（2）用戶可以用人臉來(lái)作為的隱私驗(yàn)證方式，適用于各種場(chǎng)合；（3）用戶可利用人臉特征對(duì)的隱私文件進(jìn)行加密，安全便捷。5、項(xiàng)目進(jìn)度安排表工程階段時(shí) 間 容籌備2014.05-06成立項(xiàng)目組，經(jīng)過(guò)調(diào)查全面分析，制定開(kāi)發(fā)規(guī)劃與分工實(shí)施2014.07-10完成數(shù)據(jù)庫(kù)的架構(gòu)與系統(tǒng)的整體架構(gòu)，進(jìn)行研發(fā)2015.11-04完成 Android系統(tǒng)人臉識(shí)別與身份認(rèn)證軟件具體功能的實(shí)現(xiàn)測(cè)試2015.05-07系統(tǒng)測(cè)，試運(yùn)行6本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處（1）平臺(tái)的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有為數(shù)不多的移動(dòng)平臺(tái)上的人臉識(shí)別技術(shù)的創(chuàng)新；（2）人臉識(shí)別算法的創(chuàng)新，人臉鎖定應(yīng)用程序，或隱含式人臉鎖定應(yīng)用程序，人臉識(shí)別技術(shù)與隱私文件加密的結(jié)合。降低不必要的存開(kāi)銷(xiāo)，人臉識(shí)別系統(tǒng)能更穩(wěn)定的運(yùn)行。（3）加密功能的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別驗(yàn)證功能，使用戶更能方便的對(duì)隱私文件進(jìn)行加密，無(wú)需使用密碼、圖形碼等繁瑣的加密解密，也不用擔(dān)心忘記密碼、圖形碼等；（4）識(shí)別他人功能的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，能夠通過(guò)人臉驗(yàn)證識(shí)別對(duì)其他人的信息進(jìn)行管理，能快速獲得你想得到的