基于深度學習的人臉識別技術(shù)綜述

基于深度學習的人臉識別技術(shù)綜述

一、面部識別技術(shù)的概況和特點(一)深度學習神經(jīng)網(wǎng)絡人臉識別是一種基于人臉特征信息的生物識別技術(shù)。人臉識別技術(shù)本身是軟件,其應用不僅包括人臉識別本身,還包括該技術(shù)與智能監(jiān)控系統(tǒng)、定位系統(tǒng)等組合使用。2012年以前人臉識別技術(shù)處于發(fā)展初期,大范圍應用相對較少。自2012年以來,伴隨著深度學習的突破,人臉識別作為計算機視覺領(lǐng)域中的重要應用方向,獲得了突飛猛進的進展。如果說以前的人臉識別屬于人工指導的智能,那么深度學習屬于數(shù)據(jù)指導的智能。具體來說,深度學習是通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(DNN),對物體進行逐層的特征分類,最終將這些特征結(jié)合在一起,讓機器可以根據(jù)訓練數(shù)據(jù)集,達到擁有自我學習的能力,最終掌握“人臉”的概念。深度學習神經(jīng)網(wǎng)絡的層數(shù)越多,它能表達的信息也就越復雜,學習能力也就越強。因此,只要給予的訓練數(shù)據(jù)足夠多,最終的效果也就會越精確。一些公司已經(jīng)實現(xiàn)了超過1000層的神經(jīng)網(wǎng)絡架構(gòu),深度學習被應用于人臉識別、人臉關(guān)鍵點檢測、物體識別、人群分析、圖像增強等領(lǐng)域,達到了大規(guī)模工業(yè)應用水平,對人臉識別的發(fā)展具有突破性的意義。人臉識別技術(shù)的誕生綜合了計算機圖像分析、視頻處理、模式識別等多種技術(shù),涉及的內(nèi)容包括以下幾個方面:一是面部識別。從不同的環(huán)境中進行面部識別,終端采集的數(shù)據(jù)較為復雜,包括背景信息、位置信息和面部信息等,當確定采集到人臉數(shù)據(jù)后,確認人臉的相對位置,然后采集面部特征信息,例如毛發(fā)、面部比例、傾斜角度、光線強度、裝飾物品以及各種遮擋因素等,過多的干擾因素也增加了面部識別的難度。二是面部跟蹤。通過面部識別后確認數(shù)據(jù)中存在人臉數(shù)據(jù),然后持續(xù)跟蹤面部相對位置、面部比例和傾角等狀態(tài)變化。三是特征辨識。辨識過程是通過將已經(jīng)檢測到的人臉信息經(jīng)過人臉識別算法生成特定數(shù)據(jù)與人臉數(shù)據(jù)庫中的已有數(shù)據(jù)進行比對,通過相關(guān)索引綜合得出比對結(jié)果。四是表情處理。通過面部識別數(shù)據(jù)獲得表情信息(悲傷、恐懼、驚奇、憤怒、快樂等)進行分析數(shù)字建模,通過系統(tǒng)自我學習并加以歸類和歸納總結(jié)。五是歸納分類。通過面部識別信息獲得相關(guān)的生理特征并加以分析處理,例如年齡、性別、種族、職業(yè)等相關(guān)信息。六是綜合處理。即根據(jù)面部分析算法,對識別的面部綜合數(shù)據(jù)進行智能處理和比對,得出結(jié)論后再進行校驗,最后得出分析結(jié)果。形成人臉識別整個流程的完整閉環(huán)。(二)面部識別技術(shù)的特點1.正確處理人臉識別的對象與人臉識別在現(xiàn)實生活中,人與人之間的辨認主要是通過對面部(人臉)的識別來實現(xiàn)的。人臉識別的對象是面部圖像,符合“以貌取人”的認知規(guī)律,同時也方便后期人工確認。因此,與指紋、掌紋、虹膜等等眾多的生物特征識別技術(shù)相比,人臉識別技術(shù)最直觀、最自然,最具有吸引力。2.正常狀態(tài)下的被采集者人臉照片的采集可使用攝像頭自動拍照,無須工作人員干預,也無須被采集者配合,只需以正常狀態(tài)經(jīng)過攝像頭前即可。由于不需要用戶主動配合,人臉識別可以隱蔽操作,特別適用于安保、罪犯監(jiān)控與抓逃,這是其他識別技術(shù)不能替代的。3.適宜大規(guī)模人群篩查的對象信息指紋、掌紋、虹膜、DNA等由于需要先通過篩查確定識別對象和范圍,再提取生物特征進行鑒定進行確認,人力、時間成本高,大規(guī)模應用場景有限。日常生活中面部不會被遮擋,人臉獲取和識別可以隨時進行,不需要專門性的生物特征提取。特別是可以實現(xiàn)在所有場景下從廣泛的人群中進行篩查,極大地節(jié)約了人力和時間成本;而且,由于技術(shù)更加先進,在理論上可將篩查和確認同步完成,極大地提高了人身同一性識別的效率,可以廣泛設(shè)置與公共場所收集對象信息。相比人臉識別的基準測試環(huán)境,實際應用環(huán)境的情況要復雜得多,這大部分來源于外部因素帶來的影響,從而對最終效果帶來極大挑戰(zhàn)。這些外部因素,包括光線明暗、逆光、側(cè)臉等角度變化、距離、天氣干擾、因移動而產(chǎn)生的拖尾模糊,表情變化,以及當前前端(如攝像頭)及存儲設(shè)備清晰度的影響等。同時也包括目標人員的發(fā)型、胖瘦、年紀等變化;戴帽子、戴眼鏡、假發(fā)、圍巾等遮擋等。這些都給人臉識別技術(shù)的應用帶來了更高的要求、更大的挑戰(zhàn)。二、人臉識別應用的場景(一)動態(tài)對比的動態(tài)對比人臉識別的應用從對比物的狀態(tài)來分,可以分為靜態(tài)對比和動態(tài)對比。靜態(tài)對比是從照片或視頻截圖中采集到的人臉圖片與目標庫(如罪犯、犯罪嫌疑人照片庫)做靜態(tài)對比。動態(tài)對比是將視頻監(jiān)控中采集到的圖像實時與預設(shè)目標庫中的人臉圖片進行比較,實時檢測、跟蹤、識別人臉,并做出預警。較靜態(tài)對比,動態(tài)對比的功能更加強大,應用范圍更加廣泛,所依賴的技術(shù)更加高級。特別適合在廣場、地鐵、鐵路、機場等公共場所事前布控,查找敏感人員、失蹤人員、犯罪分子等。(二)員工考勤機,確保賬戶使用正確人臉識別很早就應用于員工考勤和身份識別。在許多公司、企業(yè)、機關(guān)、事業(yè)單位,都設(shè)有人臉識別功能的員工考勤機。很多單位的信息系統(tǒng)的登陸驗證還設(shè)置有人臉識別的驗證功能,確保賬戶使用者身份的正確性。此種場景下的人臉識別屬于靜態(tài)對比,技術(shù)相對簡單。(三)人車識別系統(tǒng)在廣州舉行刑事案件偵破、罪犯抓捕、反恐及安全保衛(wèi)是最能體現(xiàn)人臉識別技術(shù)價值的應用場景。通過在政府機關(guān)、機場、火車站、地鐵、街道、學校等重點場所布置高清攝像頭,將抓拍視頻傳輸?shù)胶笈_人臉數(shù)據(jù)庫及黑名單庫進行實時對比,可以大范圍篩查違法犯罪嫌疑人、恐怖分子、逃犯等重點人群,并進行實時定位及跟蹤。2017年6月在廣州舉辦的某大型國際商品展暨投資貿(mào)易洽談會上,來自全球86個國家和地區(qū)的4000余家企業(yè)參展,涉及19項活動,17個展館8000個標準展位,50余萬人次入場觀展。此次展會的安保設(shè)置了9個人員安檢口,42套人臉抓拍機;6個車輛出入口,12套車輛抓拍機的安裝調(diào)試工作。并與省廳、市局的人臉和車臉識別系統(tǒng)打通,實現(xiàn)出入展會核心區(qū)域的人車管控。商洽會期間,人臉抓拍機共采集人臉圖像973661張。人臉圖像識別系統(tǒng)共預警重點人員405次,其中抓獲全國在逃人員5人、查獲攜帶毒品的前科人員1人、發(fā)現(xiàn)并處置扒竊前科人員5人、查獲冒用他人參展證入場人員1人、核查其他重點布控人員328人,館內(nèi)扒竊警情較2017年同期下降70.8%。通過科技手段,有力地保障了商洽會的順利召開。另外,第五屆中國國際礦物寶石博覽會期間,當?shù)毓膊渴鸬娜四樧R別系統(tǒng)成功預警比中348名重點人員(預警有效率達98%以上),并協(xié)助公安部門成功抓捕1名全國在逃人員。(四)人臉識別相當程度在社區(qū)中,居民、鄰居、工作人員、快遞、訪客等人流量大,同時又要求較高的安全性和私密性。一般來講,社區(qū)或者居民小區(qū)是一個相對封閉的環(huán)境,小區(qū)大門、樓道、住宅呈逐漸封閉狀態(tài)。這些地方都有門禁系統(tǒng)作為安全防線。隨著“智慧社區(qū)”的建設(shè)和發(fā)展,人臉識別在身份驗證上發(fā)揮了更大的作用,居民通過預先登記錄入,可以僅憑“刷臉”進入大門和樓道,免去了傳統(tǒng)門禁卡易丟失、易復制、易遺忘帶來的出入不便。人臉識別訪客系統(tǒng)是專門針對外來訪客而設(shè)置的,非小區(qū)居民想要進入小區(qū),需在門衛(wèi)處正面對著門禁系統(tǒng),并在設(shè)備上刷身份證,設(shè)備會自動抓拍一張訪客的現(xiàn)場照片進行1:1的人證比對,比對成功即表示訪客登記成功。通過小區(qū)內(nèi)高清攝像頭可以記錄小區(qū)內(nèi)異常狀況及其涉事人員、證人,大幅度減少小區(qū)內(nèi)盜竊、拐賣兒童等違法犯罪案件的發(fā)生。在與公安人口管理相連接后,可以實現(xiàn)對建筑物內(nèi)實有人口的排摸,充分掌握固定人口、流動人口、實有人口信息,并進行有針對性的管理。(五)身份證驗證和人臉識別金融機構(gòu)傳統(tǒng)上使用人工肉眼判斷、短信驗證、綁定銀行卡等手段進行實名認證。這些傳統(tǒng)手段存在準確率不高、客戶體驗較差、成本高等問題?；谌四樧R別的實名認證方式具有準確率高、客戶體驗好、成本低的優(yōu)點,已被眾多領(lǐng)先金融企業(yè)所采用。目前金融領(lǐng)域的人臉識別技術(shù)主要應用在身份核驗和大規(guī)模場景應用兩個方面。身份核驗(如遠程開戶)時,客戶在注冊時上傳自己手持身份證的照片;系統(tǒng)識別出客戶照片、身份證號及姓名,并將其與身份證庫信息進行核驗,一旦判斷是同一個人,即通過了實名制的注冊和認證的過程。此功能極大地提升業(yè)務辦理的安全性、時效性,并節(jié)省大量人力。大規(guī)模場景應用中(如刷臉取款和支付),用戶通過在應用終端(ATM機等)刷臉,系統(tǒng)在驗證使用者與系統(tǒng)預存信息及照片匹配后,同意用戶取款或支付。一些銀行不要求取款人持實體卡,只需要“刷臉+密碼”即可完成取款。如招商銀行的刷臉取款功能已經(jīng)在全國106個城市近千臺ATM機上實現(xiàn)。在1秒內(nèi)就能完成活體檢測和人臉識別,還可以適應不同場景環(huán)境,真人通過率達到99%時,異常情況拒絕率達到99.99%,同時進行手機號碼驗證、密碼驗證三層防護。此外,人臉識別在交通管理、安檢、教育等領(lǐng)域都有廣泛的應用,改善了相關(guān)領(lǐng)域工作的質(zhì)量和效率,提升了公共安全,增進了公眾生活的便利,但由于具體應用場景和原理與上述內(nèi)容大同小異,在此就不再贅述。三、人臉生物識別技術(shù)在“控”到“防”黨的十九大報告提出“使人民獲得感、幸福感、安全感更加充實、更有保障、更可持續(xù)”是“人民群眾對美好生活的向往”的重要內(nèi)容。人臉生物識別技術(shù)作為全球前沿的生物識別技術(shù)及圖像處理技術(shù),具有諸多的優(yōu)點,特別是在智慧安全領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用,極大地推動了社會管理從“控”到“防”轉(zhuǎn)化,很大程度上解決了欺詐、冒充、偽造等違法犯罪活動,可以極大提升人民群眾的安全感。人臉識別技術(shù)可以在司法行政領(lǐng)域有廣泛的應用前景。(一)應用安全權(quán)限隨著信息化建設(shè)的開展,司法行政領(lǐng)域必然會配備大量的軟硬件系統(tǒng)?，F(xiàn)代化OA辦公系統(tǒng),涉密系統(tǒng),重要計算機設(shè)備,指揮中心等系統(tǒng)、設(shè)備、場所都需要一定的進入權(quán)限,一般用戶和管理員完全可以通過刷臉的方式進入。特別是涉密系統(tǒng)、移動辦公終端,為防止丟失可以強化登錄權(quán)限,通過密碼加刷臉的方式進入。系統(tǒng)不僅可以要求用戶定期“刷臉”,登錄“刷臉”,在使用終端超出日常使用場景時(如異地、境外登陸、外部IP),還可以要求專門“刷臉”,以對賬戶使用者的身份合法性進行認證。(二)高安保需求場所各司法行政機關(guān)及其相關(guān)機構(gòu)都有自己的辦公場所,這些場所一般都有安保管理。而監(jiān)獄、戒毒、社區(qū)矯正由于關(guān)押、管理、教育具有較高危險性的違法犯罪者,其安保更加嚴格。這些場所與小區(qū)管理類似,有大門、樓道,還有諸如財務室、計算機房、檔案保密資料存放室、指揮中心等較高安保需求的場所,不僅單位內(nèi)職工出入需要驗證身份,還時常有訪客進出。未來這些場所均可以設(shè)置具有人臉識別功能的門禁系統(tǒng)、訪客管理系統(tǒng),對于高安保需求的場所,可以僅授權(quán)特定人員進入,并以“人臉識別+密碼驗證”的方式強化安全管理。辦公樓宇周圍設(shè)置高清攝像頭,實時記錄周邊動態(tài),并在后端加裝人臉識別系統(tǒng),強化異常情況下的人員身份識別。(三)監(jiān)控管理實現(xiàn)及驗證監(jiān)獄和強制戒毒所屬于對高風險人群的封閉式管理場所,除前述通用場所安保管理和系統(tǒng)使用人臉識別的身份驗證外,監(jiān)獄和戒毒場所還對人臉識別功能有著自己獨特的需求。監(jiān)獄關(guān)押的罪犯和戒毒所吸毒人員屬于高危人群,監(jiān)獄和戒毒所所需的監(jiān)控攝像頭的密度遠高于一般場所,理想狀態(tài)下要對監(jiān)獄和戒毒所全部場所全覆蓋,消滅監(jiān)控死角和視覺盲點,并對相關(guān)人員身份實時識別。除高密度監(jiān)控攝像頭外,高效的人臉識別功能也是監(jiān)控工作所必需的,系統(tǒng)可以對進入圖像采集區(qū)的人員智能識別、分析、跟蹤和預警,提醒工作人員快速反應。根據(jù)分類、分級管理的需要,對管理對象的入監(jiān)(所),學習和工作考勤,進入特定場所和使用特定設(shè)備的權(quán)限、頻次進行驗證,這些驗證均可在相關(guān)場所和系統(tǒng)中設(shè)置人臉識別功能。還可在探視來訪人員、遠程電話通話對象的身份驗證方面加入人臉識別功能,確保會見、通話對象身份合法性。此外,人臉識別還可應用于罪犯、吸毒人員檔案管理,形成更加準確的犯罪記錄檔案,相關(guān)照片與公安機關(guān)信息系統(tǒng)相聯(lián),協(xié)助公安機關(guān)開展刑偵、治安、反恐、取證、追逃追贓等工作。(四)多種定位功能的結(jié)合社區(qū)矯正屬于對特定低風險人群的開放式管理。與監(jiān)獄和戒毒所將違法犯罪人員與社會完全隔離不同,社區(qū)矯正管理的對象可以在社會中活動,管理對象眾多,涉及地域場所廣泛,管理時間不特定。信息系統(tǒng)的設(shè)置一方面要滿足對管理對象的可控,隨時核查其行為、地點、活動等,另一方面不能給管理對象帶來明顯的不便,這給人臉識別應用帶來很大的發(fā)展空間。我們認為,人臉識別首先可以與定位功能結(jié)合使用,用于對社區(qū)服刑人員的遠程核實及抽查,隨時掌握其人機合一的情況,確認其在指定范圍內(nèi)活動。部分社區(qū)服刑人員被禁止接觸有可能影響其改造的人員,為此,可以在其住宅安裝帶有人臉識別功能的訪客系統(tǒng),對來訪對象的身份進行識別;還可以將被判禁止令的社區(qū)服刑人員的信息和照片與公安機關(guān)、銀行、券商等單位信息共享,由這些單位的人臉識別系統(tǒng)協(xié)助對其進入特