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人臉識別，是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識別的一種生物識別技術(shù)。用攝像機(jī)或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，并自動在圖像中檢測和跟蹤人臉，進(jìn)而對檢測到的人臉進(jìn)行臉部識別的一系列相關(guān)技術(shù)，通常也叫做人像識別、面部識別。
發(fā)展歷史
人臉識別系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)60年代，80年代后隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展得到提高，而真正進(jìn)入初級的應(yīng)用階段則在90年后期，并且以美國、德國和日本的技術(shù)實(shí)現(xiàn)為主；人臉識別系統(tǒng)成功的關(guān)鍵在于是否擁有尖端的核心算法，并使識別結(jié)果具有實(shí)用化的識別率和識別速度；“人臉識別系統(tǒng)”集成了人工智能、機(jī)器識別、機(jī)器學(xué)習(xí)、模型理論、專家系統(tǒng)、視頻圖像處理等多種專業(yè)技術(shù)，同時(shí)需結(jié)合中間值處理的理論與實(shí)現(xiàn)，是生物特征識別的最新應(yīng)用，其核心技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，展現(xiàn)了弱人工智能向強(qiáng)人工智能的轉(zhuǎn)化。
技術(shù)特點(diǎn)
傳統(tǒng)的人臉識別技術(shù)主要是基于可見光圖像的人臉識別，這也是人們熟悉的識別方式，已有30多年的研發(fā)歷史。但這種方式有著難以克服的缺陷，尤其在環(huán)境光照發(fā)生變化時(shí)，識別效果會急劇下降，無法滿足實(shí)際系統(tǒng)的需要。解決光照問題的方案有三維圖像人臉識別，和熱成像人臉識別。但這兩種技術(shù)還遠(yuǎn)不成熟，識別效果不盡人意。
迅速發(fā)展起來的一種解決方案是基于主動近紅外圖像的多光源人臉識別技術(shù)。它可以克服光線變化的影響，已經(jīng)取得了卓越的識別性能，在精度、穩(wěn)定性和速度方面的整體系統(tǒng)性能超過三維圖像人臉識別。這項(xiàng)技術(shù)在近兩三年發(fā)展迅速，使人臉識別技術(shù)逐漸走向?qū)嵱没?
人臉與人體的其它生物特征（指紋、虹膜等）一樣與生俱來，它的唯一性和不易被復(fù)制的良好特性為身份鑒別提供了必要的前提，與其它類型的生物識別比較人臉識別具有如下特點(diǎn)：
非強(qiáng)制性：用戶不需要專門配合人臉采集設(shè)備，幾乎可以在無意識的狀態(tài)下就可獲取人臉圖像，這樣的取樣方式?jīng)]有“強(qiáng)制性”；
非接觸性：用戶不需要和設(shè)備直接接觸就能獲取人臉圖像；
并發(fā)性：在實(shí)際應(yīng)用場景下可以進(jìn)行多個(gè)人臉的分揀、判斷及識別；
除此之外，還符合視覺特性：“以貌識人”的特性，以及操作簡單、結(jié)果直觀、隱蔽性好等特點(diǎn)。
技術(shù)流程
人臉識別系統(tǒng)主要包括四個(gè)組成部分，分別為：人臉圖像采集及檢測、人臉圖像預(yù)處理、人臉圖像特征提取以及匹配與識別。
人臉圖像采集及檢測
人臉圖像采集：不同的人臉圖像都能通過攝像鏡頭采集下來，比如靜態(tài)圖像、動態(tài)圖像、不同的位置、不同表情等方面都可以得到很好的采集。當(dāng)用戶在采集設(shè)備的拍攝范圍內(nèi)時(shí)，采集設(shè)備會自動搜索并拍攝用戶的人臉圖像。
人臉檢測：人臉檢測在實(shí)際中主要用于人臉識別的預(yù)處理，即在圖像中準(zhǔn)確標(biāo)定出人臉的位置和大小。人臉圖像中包含的模式特征十分豐富，如直方圖特征、顏色特征、模板特征、結(jié)構(gòu)特征及Haar特征等。人臉檢測就是把這其中有用的信息挑出來，并利用這些特征實(shí)現(xiàn)人臉檢測。
主流的人臉檢測方法基于以上特征采用Adaboost學(xué)習(xí)算法，Adaboost算法是一種用來分類的方法，它把一些比較弱的分類方法合在一起，組合出新的很強(qiáng)的分類方法。
人臉檢測過程中使用Adaboost算法挑選出一些最能代表人臉的矩形特征(弱分類器)，按照加權(quán)投票的方式將弱分類器構(gòu)造為一個(gè)強(qiáng)分類器，再將訓(xùn)練得到的若干強(qiáng)分類器串聯(lián)組成一個(gè)級聯(lián)結(jié)構(gòu)的層疊分類器，有效地提高分類器的檢測速度。
人臉圖像預(yù)處理
人臉圖像預(yù)處理：對于人臉的圖像預(yù)處理是基于人臉檢測結(jié)果，對圖像進(jìn)行處理并最終服務(wù)于特征提取的過程。系統(tǒng)獲取的原始圖像由于受到各種條件的限制和隨機(jī)干擾，往往不能直接使用，必須在圖像處理的早期階段對它進(jìn)行灰度校正、噪聲過濾等圖像預(yù)處理。對于人臉圖像而言，其預(yù)處理過程主要包括人臉圖像的光線補(bǔ)償、灰度變換、直方圖均衡化、歸一化、幾何校正、濾波以及銳化等。
人臉圖像特征提取
人臉圖像特征提取：人臉識別系統(tǒng)可使用的特征通常分為視覺特征、像素統(tǒng)計(jì)特征、人臉圖像變換系數(shù)特征、人臉圖像代數(shù)特征等。人臉特征提取就是針對人臉的某些特征進(jìn)行的。人臉特征提取，也稱人臉表征，它是對人臉進(jìn)行特征建模的過程。人臉特征提取的方法歸納起來分為兩大類：一種是基于知識的表征方法；另外一種是基于代數(shù)特征或統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的表征方法。
基于知識的表征方法主要是根據(jù)人臉器官的形狀描述以及他們之間的距離特性來獲得有助于人臉分類的特征數(shù)據(jù)，其特征分量通常包括特征點(diǎn)間的歐氏距離、曲率和角度等。人臉由眼睛、鼻子、嘴、下巴等局部構(gòu)成，對這些局部和它們之間結(jié)構(gòu)關(guān)系的幾何描述，可作為識別人臉的重要特征，這些特征被稱為幾何特征。基于知識的人臉表征主要包括基于幾何特征的方法和模板匹配法。
人臉圖像匹配與識別
人臉圖像匹配與識別：提取的人臉圖像的特征數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中存儲的特征模板進(jìn)行搜索匹配，通過設(shè)定一個(gè)閾值，當(dāng)相似度超過這一閾值，則把匹配得到的結(jié)果輸出。人臉識別就是將待識別的人臉特征與已得到的人臉特征模板進(jìn)行比較，根據(jù)相似程度對人臉的身份信息進(jìn)行判斷。這一過程又分為兩類：一類是確認(rèn)，是一對一進(jìn)行圖像比較的過程，另一類是辨認(rèn)，是一對多進(jìn)行圖像匹配對比的過程。
識別算法
人臉識別
一般來說，人臉識別系統(tǒng)包括圖像攝取、人臉定位、圖像預(yù)處理、以及人臉識別（身份確認(rèn)或者身份查找）。系統(tǒng)輸入一般是一張或者一系列含有未確定身份的人臉圖像，以及人臉數(shù)據(jù)庫中的若干已知身份的人臉圖象或者相應(yīng)的編碼，而其輸出則是一系列相似度得分，表明待識別的人臉的身份。
人臉識別算法分類
基于人臉特征點(diǎn)的識別算法（Feature-based recognition algorithms）。
基于整幅人臉圖像的識別算法（Appearance-based recognition algorithms）。
基于模板的識別算法（Template-based recognition algorithms）。
利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識別的算法（Recognition algorithms using neural network）。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別
基于光照估計(jì)模型理論
提出了基于Gamma灰度矯正的光照預(yù)處理方法,并且在光照估計(jì)模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行相應(yīng)的光照補(bǔ)償和光照平衡策略。
優(yōu)化的形變統(tǒng)計(jì)校正理論
基于統(tǒng)計(jì)形變的校正理論，優(yōu)化人臉姿態(tài)；強(qiáng)化迭代理論
強(qiáng)化迭代理論是對DLFA人臉檢測算法的有效擴(kuò)展；
獨(dú)創(chuàng)的實(shí)時(shí)特征識別理論
該理論側(cè)重于人臉實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的中間值處理，從而可以在識別速率和識別效能之間，達(dá)到最佳的匹配效果
識別數(shù)據(jù)
人臉識別需要積累采集到的大量人臉圖像相關(guān)的數(shù)據(jù)，用來驗(yàn)證算法，不斷提高識別準(zhǔn)確性，這些數(shù)據(jù)諸如A Neural Network Face Recognition Assignment(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人臉識別數(shù)據(jù))、orl人臉數(shù)據(jù)庫、麻省理工學(xué)院生物和計(jì)算學(xué)習(xí)中心人臉識別數(shù)據(jù)庫、埃塞克斯大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子工程學(xué)院人臉識別數(shù)據(jù)等。
配合程度
現(xiàn)有的人臉識別系統(tǒng)在用戶配合、采集條件比較理想的情況下可以取得令人滿意的結(jié)果。但是，在用戶不配合、采集條件不理想的情況下，現(xiàn)有系統(tǒng)的識別率將陡然下降。比如，人臉比對時(shí)，與系統(tǒng)中存儲的人臉有出入，例如剃了胡子、換了發(fā)型、多了眼鏡、變了表情都有可能引起比對失敗。
優(yōu)勢困難
優(yōu)勢
人臉識別的優(yōu)勢在于其自然性和不被被測個(gè)體察覺的特點(diǎn)。
所謂自然性，是指該識別方式同人類（甚至其他生物）進(jìn)行個(gè)體識別時(shí)所利用的生物特征相同。例如人臉識別，人類也是通過觀察比較人臉區(qū)分和確認(rèn)身份的，另外具有自然性的識別還有
虹膜識別
語音識別、體形識別等，而指紋識別、虹膜識別等都不具有自然性，因?yàn)槿祟惢蛘咂渌锊⒉煌ㄟ^此類生物特征區(qū)別個(gè)體。
不被察覺的特點(diǎn)對于一種識別方法也很重要，這會使該識別方法不令人反感，并且因?yàn)椴蝗菀滓鹑说淖⒁舛蝗菀妆黄垓_。人臉識別具有這方面的特點(diǎn)，它完全利用可見光獲取人臉圖像信息，而不同于指紋識別或者虹膜識別，需要利用電子壓力傳感器采集指紋，或者利用紅外線采集虹膜圖像，這些特殊的采集方式很容易被人察覺，從而更有可能被偽裝欺騙。
困難
人臉識別被認(rèn)為是生物特征識別領(lǐng)域甚至人工智能領(lǐng)域最困難的研究課題之一。人臉識別的困難主要是人臉作為生物特征的特點(diǎn)所帶來的。
相似性
人臉類似性
不同個(gè)體之間的區(qū)別不大，所有的人臉的結(jié)構(gòu)都相似，甚至人臉器官的結(jié)構(gòu)外形都很相似。這樣的特點(diǎn)對于利用人臉進(jìn)行定位是有利的，但是對于利用人臉區(qū)分人類個(gè)體是不利的。
易變性
人臉的外形很不穩(wěn)定，人可以通過臉部的變化產(chǎn)生很多表情，而在不同觀察角度，人臉的視覺圖像也相差很大，另外，人臉識別還受光照條件（例如白天和夜晚，室內(nèi)和室外等）、人臉的很多遮蓋物（例如口罩、墨鏡、頭發(fā)、胡須等）、年齡等多方面因素的影響。
在人臉識別中，第一類的變化是應(yīng)該放大而作為區(qū)分個(gè)體的標(biāo)準(zhǔn)的，而第二類的變化應(yīng)該消除，因?yàn)樗鼈兛梢源硗粋€(gè)個(gè)體。通常稱第一類變化為類間變化（inter-class difference），而稱第二類變化為類內(nèi)變化（intra-class difference）。對于人臉，類內(nèi)變化往往大于類間變化，從而使在受類內(nèi)變化干擾的情況下利用類間變化區(qū)分個(gè)體變得異常困難。
主要用途
人臉識別主要用于身份識別。由于視頻監(jiān)控正在快速普及，眾多的視頻監(jiān)控應(yīng)用迫切需要一種遠(yuǎn)距離、用戶非配合狀態(tài)下的快速身份識別技術(shù)，以求遠(yuǎn)距離快速確認(rèn)人員身份，實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警。人臉識別技術(shù)無疑是最佳的選擇，采用快速人臉檢測技術(shù)可以從監(jiān)控視頻圖象中實(shí)時(shí)查找人臉，并與人臉數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時(shí)比對，從而實(shí)現(xiàn)快速身份識別。
應(yīng)用前景
生物識別技術(shù)已廣泛用于政府、軍隊(duì)、銀行、社會福利保障、電子商務(wù)、安全防務(wù)等領(lǐng)域。例如，一位儲戶走進(jìn)了銀行，他既沒帶銀行卡，也沒有回憶密碼就徑直提款，當(dāng)他在提款機(jī)上提款時(shí)，一臺攝像機(jī)對該用戶的眼睛掃描，然后迅速而準(zhǔn)確地完成了用戶身份鑒定，辦理完業(yè)務(wù)。這是美國德克薩斯州聯(lián)合銀行的一個(gè)營業(yè)部中發(fā)生的一個(gè)真實(shí)的鏡頭。而該營業(yè)部所使用的正是現(xiàn)代生物識別技術(shù)中的“虹膜識別系統(tǒng)”。此外，美國“9.11”事件后，反恐怖活動已成為各國政府的共識，加強(qiáng)機(jī)場的安全防務(wù)十分重要。美國維薩格公司的臉像識別技術(shù)在美國的兩家機(jī)場大顯神通，它能在擁擠的人群中挑出某一張面孔，判斷他是不是通緝犯。
當(dāng)前社會上頻繁出現(xiàn)的入室偷盜、搶劫、傷人等案件的不斷發(fā)生，鑒于此種原因，防盜門開始走進(jìn)千家萬戶，給家庭帶來安寧；然而，隨著社會的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，生活節(jié)奏的加速，消費(fèi)水平的提高，人們對于家居的期望也越來越高，對便捷的要求也越來越迫切，基于傳統(tǒng)的純粹機(jī)械設(shè)計(jì)的防盜門，除了堅(jiān)固耐用外，很難快速滿足這些新興的需求：便捷，開門記錄等功能。人臉識別技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)同，但其應(yīng)用門檻仍然很高：技術(shù)門檻高（開發(fā)周期長），經(jīng)濟(jì)門檻高（價(jià)格高）。
人臉識別產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于金融、司法、軍隊(duì)、公安、邊檢、政府、航天、電力、工廠、教育、醫(yī)療及眾多企事業(yè)單位等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟和社會認(rèn)同度的提高，人臉識別技術(shù)將應(yīng)用在更多的領(lǐng)域。
1、企業(yè)、住宅安全和管理。如人臉識別門禁考勤系統(tǒng)，人臉識別防盜門等。
2、電子護(hù)照及身份證。中國的電子護(hù)照計(jì)劃公安部一所正在加緊規(guī)劃和實(shí)施。
3、公安、司法和刑偵。如利用人臉識別系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，在全國范圍內(nèi)搜捕逃犯。
4、自助服務(wù)。
5、信息安全。如計(jì)算機(jī)登錄、電子政務(wù)和電子商務(wù)。在電子商務(wù)中交易全部在網(wǎng)上完成，電子政務(wù)中的很多審批流程也都搬到了網(wǎng)上。而當(dāng)前，交易或者審批的授權(quán)都是靠密碼來實(shí)現(xiàn)，如果密碼被盜，就無法保證安全。但是使用生物特征，就可以做到當(dāng)事人在網(wǎng)上的數(shù)字身份和真實(shí)身份統(tǒng)一，從而大大增加電子商務(wù)和電子政務(wù)系統(tǒng)的可靠性。
主要產(chǎn)品
數(shù)碼相機(jī)
人臉自動對焦和笑臉快門技術(shù)：首先是面部捕捉。它根據(jù)人的頭部的部位進(jìn)行判定，首先確定頭部，然后判斷眼睛和嘴巴等頭部特征，通過特征庫的比對，確認(rèn)是人面部，完成面部捕捉。然后以人臉為焦點(diǎn)進(jìn)行自動對焦，可以大大的提升拍出照片的清晰度。 笑臉快門技術(shù)就是在人臉識別的基礎(chǔ)上，完成了面部捕捉，然后開始判斷嘴的上彎程度和眼的下彎程度，來判斷是不是笑了。以上所有的捕捉和比較都是在對比特征庫的情況下完成的，所以特征庫是基礎(chǔ)，里面有各種典型的面部和笑臉特征數(shù)據(jù)。
門禁系統(tǒng)
受安全保護(hù)的地區(qū)可以通過人臉識別辨識試圖進(jìn)入者的身份。人臉識別系統(tǒng)可用于企業(yè)、住宅安全和管理。如人臉識別門禁考勤系統(tǒng)，人臉識別防盜門等。
人臉識別門禁
人臉識別門禁是基于先進(jìn)的人臉識別技術(shù)，結(jié)合成熟的ID卡和指紋識別技術(shù)而推出的安全實(shí)用的門禁產(chǎn)品。產(chǎn)品采用分體式設(shè)計(jì)，人臉、指紋和ID卡信息的采集和生物信息識別及門禁控制內(nèi)外分離，實(shí)用性高、安全可靠。系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)信息加密傳輸，支持遠(yuǎn)程進(jìn)行控制和管理，可廣泛應(yīng)用于銀行、軍隊(duì)、公檢法、智能樓宇等重點(diǎn)區(qū)域的門禁安全控制。
身份辨識
如電子護(hù)照及身份證。這或許是未來規(guī)模應(yīng)用。在國際民航組織已確定，從 2010年 4月 1日起，其 118個(gè)成員國家和地區(qū)，必須使用機(jī)讀護(hù)照，人臉識別技術(shù)是首推識別模式，該規(guī)定已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn)。美國已經(jīng)要求和它有出入免簽證協(xié)議的國家在2006年10月 26日之前必須使用結(jié)合了人臉指紋等生物特征的電子護(hù)照系統(tǒng)，到 2006年底已經(jīng)有 50多個(gè)國家實(shí)現(xiàn)了這樣的系統(tǒng)。美國運(yùn)輸安全署（ Transportation Security Administration）計(jì)劃在全美推廣一項(xiàng)基于生物特征的國內(nèi)通用旅行證件。歐洲很多國家也在計(jì)劃或者正在實(shí)施類似的計(jì)劃，用包含生物特征的證件對旅客進(jìn)行識別和管理。中國的電子護(hù)照計(jì)劃公安部一所正在加緊規(guī)劃和實(shí)施。
可在機(jī)場、體育場、超級市場等公共場所對人群進(jìn)行監(jiān)視，例如在機(jī)場安裝監(jiān)視系統(tǒng)以防止恐怖分子登機(jī)。如銀行的自動提款機(jī)，用戶卡片和密碼被盜，就會被他人冒取現(xiàn)金。同時(shí)應(yīng)用人臉識別就會避免這種情況的發(fā)生。通過查詢目標(biāo)人像數(shù)據(jù)尋找數(shù)據(jù)庫中是否存在重點(diǎn)人口基本信息。例如在機(jī)場或車站安裝系統(tǒng)以抓捕在逃案犯。
網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
人臉識別過程
利用人臉識別輔助信用卡網(wǎng)絡(luò)支付，以防止非信用卡的擁有者使用信用卡等。如計(jì)算機(jī)登錄、電子政務(wù)和電子商務(wù)。在電子商務(wù)中交易全部在網(wǎng)上完成，電子政務(wù)中的很多審批流程也都搬到了網(wǎng)上。而當(dāng)前，交易或者審批的授權(quán)都是靠密碼來實(shí)現(xiàn)。如果密碼被盜，就無法保證安全。如果使用生物特征，就可以做到當(dāng)事人在網(wǎng)上的數(shù)字身份和真實(shí)身份統(tǒng)一。從而大大增加電子商務(wù)和電子政務(wù)系統(tǒng)的可靠性。
娛樂應(yīng)用
人臉識別技術(shù)廣泛地應(yīng)用于日常生活中，如相機(jī)拍攝，圖片對比等，尤其近兩年來，相親節(jié)目如火如荼，其中浙江電視臺的愛情連連看中的最佳夫妻像環(huán)節(jié)就利用了人臉對比技術(shù)來測試男女主人公面相的相似程度。
隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的崛起，一些人臉識別技術(shù)的開發(fā)者將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到娛樂領(lǐng)域中，如應(yīng)用開心明星臉等，根據(jù)人臉的輪廓，膚色，紋理，質(zhì)地，色彩，光照等特征來計(jì)算照片中主人公與明星的相似度。
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