遠(yuǎn)距離人臉識別系統(tǒng)分析

遠(yuǎn)距離人臉別系統(tǒng)分析基主視的FRAD系統(tǒng)一套基于多攝像機(jī)追蹤架構(gòu)的遠(yuǎn)距離控的人臉圖像采集原型系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)用固定的攝像進(jìn)行可靠的人體檢測和追蹤采卡爾曼濾波器對人體位置進(jìn)行追蹤確保預(yù)測出攝像機(jī)能夠采集到人臉圖像的位置體蹤系統(tǒng)可同時處理視場內(nèi)的多個目標(biāo)先擇統(tǒng)會選擇一個目標(biāo)進(jìn)行圖像采集時像機(jī)將逐一快速對準(zhǔn)目標(biāo)確保能夠采集到視場所有目標(biāo)的人臉圖像后采用商業(yè)人臉識別器進(jìn)行人臉圖像處理。實踐表明，該系統(tǒng)的人體定位距離可達(dá)～米人臉圖像采集距離可達(dá)15～20米該系統(tǒng)的一個重要創(chuàng)新是將生物特征識別與可靠的地面人體追蹤器結(jié)合起來時人一旦進(jìn)入攝像機(jī)視場內(nèi)，追蹤器就能夠鎖定該目標(biāo)直到目標(biāo)走出攝像機(jī)視場。在應(yīng)用中，攝像機(jī)采集到的人臉圖像和識別結(jié)果會與存儲于內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的追蹤目標(biāo)ID進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這樣可以在長時間內(nèi)累積識別信息許目標(biāo)選擇系統(tǒng)選擇還未識別的追蹤目標(biāo)系具有多個可配置運(yùn)行模式括動冊和基于網(wǎng)絡(luò)的自動注冊數(shù)據(jù)共當(dāng)標(biāo)從一個攝像機(jī)區(qū)域移動到另一個攝像機(jī)區(qū)域后，允許重復(fù)目標(biāo)識別1.系統(tǒng)的用計（1）件該系統(tǒng)可由多個節(jié)點(diǎn)組成個點(diǎn)由一對和攝機(jī)構(gòu)成攝像機(jī)置于標(biāo)準(zhǔn)的架高工作臺上，攝像機(jī)通過串口VISCATM接口連接，其中WFOV攝像機(jī)分辨率為×30Hz（NTSC定角度攝機(jī)分辨率為1280×，，其角度、轉(zhuǎn)向和放大倍數(shù)由計算機(jī)控制。（2）體檢和蹤在WFOV靜攝像機(jī)視場中檢測并追蹤移動的人體，由于攝像機(jī)是靜止的，所以該系統(tǒng)采用了背景差分法檢測移動目標(biāo)對一個像素的每一個顏色分量分布采用了自適應(yīng)的參數(shù)模型何建模不符的素都將被認(rèn)定為前景像素追的過程中焦距攝像機(jī)的方向和位置等內(nèi)外參數(shù)都通過一個計算過程得出參數(shù)通過真實坐標(biāo)與WFOV攝像機(jī)視頻幀映射得到假一人在行走計算視頻中包含整個人體的可行區(qū)域那些能夠匹配可行區(qū)域的前景像素簇即為檢測到的人體。人體檢測過程在FOV視中以10Hz的頻率進(jìn)行其采用了卡爾曼濾器使得系統(tǒng)對于瞬時干擾更加穩(wěn)定并且卡爾曼濾波器提供了追蹤目標(biāo)的速度，這樣就可以預(yù)測目標(biāo)的前行位置。（3）控器PTZ控器主要是對攝機(jī)的平移、旋轉(zhuǎn)、放大倍數(shù)的控制。在具體操作時，根據(jù)WFOV攝機(jī)畫面對攝像機(jī)畫面進(jìn)行計算，首先NFOV攝機(jī)處于原始位置，即平移和傾斜角度°放大倍數(shù)為，采用點(diǎn)對應(yīng)估算和NFOV攝機(jī)面中同一點(diǎn)的位置關(guān)系攝機(jī)經(jīng)過進(jìn)一計算，以確定平移、傾斜和放大設(shè)置對其畫面的影響。在這個計算的過程中分精確和重要的部分是攝像機(jī)的放大點(diǎn)大就是當(dāng)放大倍數(shù)改變時真實世界坐標(biāo)不變的點(diǎn)常一幅圖像的中心踐表明確切的放大點(diǎn)根據(jù)設(shè)備的不同而不同對距離物體采用高大倍數(shù)時使小的放大點(diǎn)偏移也會影響抓拍目標(biāo)的準(zhǔn)確性。在該計算過程中，一旦在視中確定了目位置和區(qū)域尺寸，就直接確定了平、傾斜和放大倍數(shù)的置，這會使得目標(biāo)圖像填滿整個NFOV的畫面。（4）標(biāo)選對于目標(biāo)的選擇，一般在低分辨率的WFOV視頻中可能會檢測和追蹤到多個目標(biāo)，因此該系統(tǒng)采取了優(yōu)先選擇機(jī)制選擇目標(biāo)，自動控制NFOVPTZ攝像機(jī)采集目標(biāo)的高分辨率人臉圖像標(biāo)先選擇基于目標(biāo)歷史記錄和當(dāng)前狀態(tài)于一個被追蹤的目標(biāo)都有一個1

用于優(yōu)先選擇的目標(biāo)記錄記包括過去目標(biāo)被檢測的次數(shù)臉像采集的次數(shù)和人臉識別的成功次數(shù)過體追蹤中的卡爾曼濾波器可以確定以下幾個參數(shù)標(biāo)到攝像機(jī)節(jié)點(diǎn)間的距離、方向余弦和目標(biāo)的速度余弦是指目標(biāo)行走方向與攝像機(jī)方向夾角的余弦，表明了目標(biāo)正臉與攝像機(jī)節(jié)點(diǎn)間的角度表1用于計算目標(biāo)得分的參數(shù)使用以上信息對被追蹤目標(biāo)進(jìn)行評分分最高的將被選為人臉圖像采集對象分得出主要是將每一參數(shù)乘以一個系數(shù)結(jié)果進(jìn)行省略處理再相加得最終的評分，如表1所為一組參數(shù)和系數(shù)。例如，目標(biāo)的方向余弦以系數(shù)10，然后限定于內(nèi)再與其它分?jǐn)?shù)相加就得到評分。類似地，目標(biāo)的速度（）以10，限定[0,20]范圍內(nèi)，目標(biāo)移動得快意味著會更快離開覆蓋區(qū)域，所以增加了優(yōu)先選擇的分?jǐn)?shù)。而采集次數(shù)、成功采集人臉圖像的次數(shù)和成功識別人臉的次數(shù)的系數(shù)都為負(fù)數(shù)將對優(yōu)先選擇減分少系統(tǒng)重復(fù)采集統(tǒng)各個參限定了范圍避免任何一個單獨(dú)的參數(shù)過大而影響優(yōu)先選擇分?jǐn)?shù)?？傊?，優(yōu)先選擇過程是在挑選行進(jìn)速度快、面向攝像機(jī)的目標(biāo)。在實際中，目標(biāo)選擇機(jī)制使得系統(tǒng)能夠從一個目標(biāo)向另一個目標(biāo)移動未出現(xiàn)過的的臉圖像。一旦選定了目標(biāo)追器中的卡爾曼濾波將預(yù)測出目標(biāo)在下0.5～1.0秒人臉位置，然后攝機(jī)將調(diào)解放大倍等參數(shù)指向該位置到目標(biāo)經(jīng)過這做法為系統(tǒng)留有完成平移、傾斜和放大設(shè)置的時間，當(dāng)目標(biāo)經(jīng)N攝像機(jī)畫面時目標(biāo)的人臉和上身將通過攝機(jī)視頻畫面的中，然后由基于N視圖像的人臉檢測模塊進(jìn)行人臉檢測和采集。一旦完成采集，系統(tǒng)將馬上開始選擇新目標(biāo)，即系統(tǒng)大約每隔2秒示攝像機(jī)采集一幅新的人臉圖像。除了選擇目標(biāo)和確定NFOV攝機(jī)指向的位置外，系統(tǒng)還必須擇N攝機(jī)的放大倍數(shù)放大倍數(shù)與成功采集人臉幾率間存在一個平衡放大倍數(shù)可獲得高分辨率的人臉圖像但任何目標(biāo)追蹤上的差錯將使人臉采集成功率大大降低系采用了一種自適應(yīng)的放大倍數(shù)選擇方法果個標(biāo)從沒被成功采集過人臉圖像么初始采集人臉圖像分辨率的目標(biāo)設(shè)定為雙眼間個素。然后，每次以某分辨率成功采集人臉圖像后，其分辨率目標(biāo)值將提高20%如果系統(tǒng)重復(fù)采集該目標(biāo)圖像分率將逐漸提高人臉圖像的分辨率目標(biāo)值和人的距離決定了NFOV攝機(jī)的放大倍數(shù)。攝像機(jī)具有自動和手動對模式攝機(jī)的自動對焦功能偶爾會出現(xiàn)對焦不準(zhǔn)模糊的情況不過利用目標(biāo)置和距離兩個數(shù)據(jù)可以解決這個問題使中獨(dú)特的攝像機(jī)設(shè)備和典型的目標(biāo)距離使得焦距相對較遠(yuǎn)使用時不必知道非常精確的目標(biāo)距離，只有當(dāng)焦距調(diào)整超過幾米的可調(diào)閾值范圍內(nèi)時才需要調(diào)整攝像機(jī)的焦距。（5）臉檢和切2

在人臉檢測和剪切方面，目標(biāo)鎖定程序指示NFOV攝機(jī)續(xù)監(jiān)視NFOV像機(jī)視頻流中的人臉圖像，采用匹茲堡模式識別檢NFOV視中每一幀的人臉。這個過程的運(yùn)行頻率為10Hz圖刷屏率相同保持時操作在一幀圖像中檢測到了多個人臉，系統(tǒng)只選擇最靠近圖像中心的人臉能是選定的目標(biāo)將目標(biāo)人臉圖像剪切下來，異步傳輸至人臉識別器，同時告知目標(biāo)鎖定器人臉采集完畢，然后更新目標(biāo)記錄。（6）臉識當(dāng)人臉識別器接收到新的剪切人臉圖像后統(tǒng)創(chuàng)建人臉采集記錄并存儲該圖像臉識別器根據(jù)圖像采集的時間詢問目標(biāo)鎖定器，以確定人臉圖像來自哪個追蹤目標(biāo)ID。目標(biāo)鎖定器保存一個追蹤目標(biāo)的時間記錄作為ID號，人臉采集記錄與之相關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)可以以10Hz的頻率采集人臉圖像，但是人臉識別每幅圖通常需要0.5～秒的時間，這主要取決于算法。一般情況下，識別與采集并不同步，所以人臉識別是異步進(jìn)行的。在處理環(huán)節(jié)中復(fù)應(yīng)用人臉識別器識別最新采集的未識別圖像果儲于人臉圖像采集記錄中，未處理的人臉圖像在30秒后被丟棄。人臉識別次數(shù)和結(jié)果存于目標(biāo)記錄中的人臉圖像采集記錄中，并顯示于程序中。人臉識別結(jié)果傳遞至目標(biāo)鎖定器以更新目標(biāo)記錄，人臉識別結(jié)果同時被GUI使用以標(biāo)注WFOV視中被追蹤目標(biāo)的名字。本系統(tǒng)配有可選的自動注冊功能可以利用每一個追蹤目標(biāo)的目標(biāo)記錄一個可配置的基于規(guī)則的過程目標(biāo)是利用采集到的未注冊且適于注冊的人臉圖像進(jìn)行自動注冊動注冊目標(biāo)必須具有至少一幅質(zhì)量超過人臉識別匹配閾值的人臉圖像采用至少4幅同的人臉圖像進(jìn)行識別的結(jié)果均為失敗過程可幫助確保用于自動注冊的人臉圖像確實是未知圖像。性評為了測試該生物特征監(jiān)控系統(tǒng)的性能驗?zāi)７陆煌ㄟ\(yùn)輸樞紐中心的情況統(tǒng)安置于室內(nèi)和室外的固定位置。室內(nèi)測試在一個很長（寬大約9米）的走廊內(nèi)進(jìn)行照為來自窗戶的自然光和屋頂?shù)膸讉€日光燈個走廊與機(jī)場航站樓相似圖1所此的光照情況隨著時間和天氣而變化晴天氣的很亮到陰雨天或夜晚的昏暗進(jìn)行室外測試時，攝像機(jī)分別朝向和背對太陽，試驗進(jìn)行6天經(jīng)不同的變化在驗過程中被試目標(biāo)以自然的方式步行穿過走廊或室外區(qū)域。表2試驗數(shù)據(jù)第一項試驗將評估人體檢測和人臉圖像采集的性能2所示為采集數(shù)據(jù)中直方圖為初始人體檢測和初始人臉采集的距離管被測目標(biāo)的行為是可控的此程中出現(xiàn)了其他非測試人員括攝機(jī)視場中靜止不動的人員些測試人員甚至并不知曉3

正在進(jìn)行測試在部的466次驗中只1例體檢測失敗和8例人臉采集失敗因是該目標(biāo)或其臉部以某種方式被遮擋。表3試驗數(shù)據(jù)表3為人體檢測人檢測和人臉識別的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差們以看到人體檢測和人臉采集的平均范圍大約是人臉識別的兩倍由人臉識別算法需要高分辨率人臉圖像，這也是現(xiàn)有人臉識別算法的局限性。結(jié)通用公司的人體生物特征監(jiān)控系統(tǒng)的主要是通過目標(biāo)追蹤選和自動攝機(jī)控制進(jìn)行人臉圖像采集標(biāo)是采集高分辨率人臉圖像通