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人脸识别技术原理及应用前景

  人脸识别,一种基于人的脸部特征信息进行身份认证的生物特征识别技术。近年来,随着欧美发达国家人脸识别技术开始进入实用阶段后,人脸识别迅速成为近年来全球的一个市场热点。

  人脸识别技术原理

  人脸识别技术包含三个部分:

  (1)人脸检测

  面貌检测是指在动态的场景与复杂的背景中判断是否存在面像,并分离出这种面像。一般有下列几种方法:

  ①参考模板法

  首先设计一个或数个标准人脸的模板,然后计算测试采集的样品与标准模板之间的匹配程度,并通过阈值来判断是否存在人脸

  ②人脸规则法

  由于人脸具有一定的结构分布特征,所谓人脸规则的方法即提取这些特征生成相应的规则以判断测试样品是否包含人脸;

  ③样品学习法

  这种方法即采用模式识别中人工神经网络的方法,即通过对面像样品集和非面像样品集的学习产生分类器;

  ④肤色模型法

  这种方法是依据面貌肤色在色彩空间中分布相对集中的规律来进行检测。

  ⑤特征子脸法

  这种方法是将所有面像集合视为一个面像子空间,并基于检测样品与其在子空间的投影之间的距离判断是否存在面像。

  值得提出的是,上述5种方法在实际检测系统中也可综合采用。

  (2)人脸跟踪

  面貌跟踪是指对被检测到的面貌进行动态目标跟踪。具体采用基于模型的方法或基于运动与模型相结合的方法。此外,利用肤色模型跟踪也不失为一种简单而有效的手段。

  (3)人脸比对

  面貌比对是对被检测到的面貌像进行身份确认或在面像库中进行目标搜索。这实际上就是说,将采样到的面像与库存的面像依次进行比对,并找出最佳的匹配对象。所以,面像的描述决定了面像识别的具体方法与性能。主要采用特征向量与面纹模板两种描述方法:

  ①特征向量法

  该方法是先确定眼虹膜、鼻翼、嘴角等面像五官轮廓的大小、位置、距离等属性,然后再计算出它们的几何特征量,而这些特征量形成一描述该面像的特征向量。

  ②面纹模板法

  该方法是在库中存贮若干标准面像模板或面像器官模板,在进行比对时,将采样面像所有象素与库中所有模板采用归一化相关量度量进行匹配。此外,还有采用模式识别的自相关网络或特征与模板相结合的方法。

  人脸识别技术的核心实际为“局部人体特征分析”和“图形/神经识别算法。”这种算法是利用人体面部各器官及特征部位的方法。如对应几何关系多数据形成识别参数与数据库中所有的原始参数进行比较、判断与确认。一般要求判断时间低于1秒。

  人脸识别技术应用前景分析

  生物识别技术被广泛用于政府、军队、银行、社会福利保障、电子商务、安全防务等领域。例如,一位储户走进了银行,他既没带银行卡,也没有回忆密码就径直提款,当他在提款机上提款时,一台摄像机对该用户的眼睛扫描,然后迅速而准确地完成了用户身份鉴定,办理完业务。这是美国德克萨斯州联合银行的一个营业部中发生的一个真实的镜头。而该营业部所使用的正是现代生物识别技术中的“虹膜识别系统”。此外,美国“9.11”事件后,反恐怖活动已成为各国政府的共识,加强机场的安全防务十分重要。美国维萨格公司的脸像识别技术在美国的两家机场大显神通,它能在拥挤的人群中挑出某一张面孔,判断他是不是通缉犯。

  随着技术的进一步成熟和社会认同度的提高,人脸识别技术将应用在更多的领域。

  1、企业、住宅安全和管理。如人脸识别门禁考勤系统,人脸识别防盗门等。

  2、电子护照及身份证。这或许是未来规模最大的应用,国际民航组织(ICAO)已确定,从2010年起,其118个成员国家和地区,必须使用机读护照,人脸识别技术是首推识别模式,该规定已经成为国际标准。中国的电子护照计划公安部一所正在加紧规划和实施。

  3、公安、司法和刑侦。如利用人脸识别系统和网络,在全国范围内搜捕逃犯。

  4、自助服务。如银行的自动提款机,如果用户卡片和密码被盗,就会被他人冒取现金。如果同时应用人脸识别就会避免这种情况的发生。

  5、信息安全。如计算机登录、电子政务和电子商务。在电子商务中交易全部在网上完成,电子政务中的很多审批流程也都搬到了网上。而当前,交易或者审批的授权都是靠密码来实现,如果密码被盗,就无法保证安全。但是使用生物特征,就可以做到当事人在网上的数字身份和真实身份统一,从而大大增加电子商务和电子政务系统的可靠性。

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