浅谈人脸识别技术

科技信息○IT论坛○SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2010年第11期

浅谈人脸识别技术

乔琪杜文龙

（淮安信息职业技术学院江苏淮安

223003）

【摘要】人脸识别技术是近10年在全球范围内迅速发展的一种有关计算机安全技术，是人体生物特征识别技术的一种。目前人脸识别是一个活跃的研究领域，具有重要的科学意义和巨大的应用价格。虽然人脸识别的准确性要低于虹膜、指纹的识别，但由于它的无侵害性和对用户最自然、最直观的方式，使人脸识别成为最容易被接受的生物特征识别方式。

【关键词】人脸识别；特征识别；自动检测

人脸识别技术涉及计算机视觉，人机交互，图形学等多个学科。它是一项热门的计算机技术研究领域，它属于生物特征识别技术，是对人体本身的生物特征来区分生物体个体。生物特征识别技术所研究的生物特征包括脸、指纹、手掌纹、虹膜、视网膜、声音（语音）、体形、签名等，相应的识别技术就有人脸识别、指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、视网膜识别、语音识别、体形识别、签字识别等。

1人脸识别技术研究的意义

所有的人脸的结构都相似，不同人之间的区别不大。这样的特点相对来说有利于自动检测人脸进行定位，但是对于利用人脸区分人类个体是不利的。

3．2人脸的外形很不稳定，人可以通过脸部的变化产生很多表情，而且不同观测角度，人脸的视觉图像也相差很大，另外，人脸识别还受光照条件（例如白天和夜晚，室内和室外等）、人脸的很多遮盖物（例如口罩、墨镜、头发、胡须等）、年龄等多方面因素的影响。

3．1

人脸识别、指纹识别和虹膜识别并称为三大生物特征识别技术。经过多年的发展，人脸识别技术已经比较成熟。目前人脸识别系统在理想的情况已经能够可以进行识别，但还不是很完善。下面我们来看一下我们常用的生物特征的比较，如表1所示。

表1

特征人脸指纹虹膜手形视网膜签名声音

普遍性高一般高一般一般低一般

独特性一般高高一般高低低

稳定性一般高高一般一般低低

可采集性高一般一般高低高一般

性能低高一般一般高低低

防欺骗性一般高高一般高低低

4人脸识别的应用

人脸识别的应用主要有：

4．1视频监视系统：例如在机场、体育场等公共场所对人群进行监视，以达到身份识别的目的。

4．2公安刑侦破案：通过查询人像数据寻找数据库中是否存在重点人口基本信息。例如在机场或车站安装系统以抓捕在逃案犯。加强交通管制；确认身份证、护照等证件的真伪；验证各类信用卡的持卡人身份。

4．3门禁系统：受安全保护的地区可以通过人脸识别辨识试图进入者的身份。高档小区的门禁系统以及家庭安保系统

4．4网络应用：利用人脸识别系统确认信用卡网络支付，以防止盗用信用卡等。

5人脸识别方法

从表1中，我们可以看出指纹和虹膜生物特征识别技术各个方面都比较好，与指纹、虹膜相比，它们的稳定性包括性能都比较好，但指纹、虹膜识别技术需要被识别者在设备前停留、触摸，而人脸识别只要人经过摄像头，摄像头就会将人脸拍摄下来，这种识别方式适合在公共场合、特别是人群聚集处使用。

与传统的身份鉴定手段相比，基于人脸生物特征信息的身份鉴定技术具有以下优点：

①用户易接受：简单易用，对用户无特殊要求。②防伪性能好：不易伪造或被盗。

③“随身携带”：不用担心遗漏或丢失，随时随地可用。

此外，人脸识别还有精度较高等优点。鉴于人脸识别技术在个人身份鉴定方面的众多优点，这项技术可以在很多领域得到应用：

2自动检测与跟踪技术

识别视频中出现的人脸，首要的一点就是要对任意给定的一幅图像判断其中是否存在人脸。自动检测与跟踪就是如何从静态图片或者视频中找出人脸，自动检测、定位、跟踪和识别人脸。如果存在人脸，则确定人脸的数目、每个人脸的位置等。人脸跟踪就是要在检测到人脸的基础上，在后续的人脸图像中继续捕获人脸的位置及其大小等性质。自动检测是人脸身份识别的前期工作。

3人脸识别技术难点

人脸识别有很多其他识别技术无法比拟的优点，但是它本身也存在许多困难。人脸识别被认为是生物特征识别领域最困难的研究课题之一。人脸识别的困难主要是人脸这一生物特征的特点所带来的。人脸的特点是：

通常,人类进行人脸识别依靠的感觉器官包括视觉,听觉,嗅觉,触觉等,一般人脸的识别可以用单个感官完成,也可以是多感官相配合来存储和检索人脸,而计算机的人脸识别所利用的则主要是视觉数据———人脸图像。

人脸识别的输入图象通常有3种情况：正面、倾斜、侧面。但由于实际情况的要求，人们对人脸识别技术的研究以正面模式居多，它的发展大致经历三个阶段：人工识别阶段（识别过程完全依赖于操作人员），人机交互式识别阶段，机器自动识别阶段。

近十余年来，随着高速度高性能计算机的发展，人脸模式识别技术有了较大的突破，提出了多种机器全自动识别系统。根据人脸表征方式的不同，我们通常将人脸正面自动模式识别技术分成三类：基于几何特征的识别方法、基于代数特征的识别方法和基于连接机制的识别方法。

5.1基于几何特征的人脸识别方法。这类识别法将人脸用一个几何特征矢量表示,用模式识别中层次聚类的思想设计分类器达到识别目的.这就要求选取的几何特征矢量具有一定的独特性,能够反映不同人脸之间的差别,同时又具有一定的弹性,以消除时间跨度、光照等的影响.几何特征矢量是以人脸器官的形状和几何关系为基础的特征矢量,其分量通常包括人脸指定两点间的欧氏距离、曲率、角度等。

5．2基于代数特征的人脸正面自动识别方法。这类识别法仍然是将人脸用特征矢量表示,只不过用的是代数特征矢量:即人脸图象在由“特征脸”张成的降维子空间上的投影。研究表明,特征脸的方法随着光线、角度及人脸的尺寸等因素的引入,识别率急剧下降。虽然可通过采用同一人的训练样本的平均来计算类间散布矩阵,但也只能在一定程度上纠正这个缺点。外在因素带来的图象差异和人脸本身带来的差异是不加任何区分的,因此,不管如何选择正交基,也不能根本解决问题。其改善的一个思路是针对干扰所在,对输入图象作规范化处理,其中包括将输入图的均值方差归一化、人脸尺寸归一化等。此外，由于提取人脸特征时要用到一些复杂的代数运算，此方法运（下转第38页）

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子。

（2）雇请熟悉竹筐编制工艺的人士若干名，所需竹筐数量依现场情况而定。并负责竹条的弯曲成型工作。3.2.2施工组织

（1）沿设计的土护坡的边沿把竹筐口朝上“一字形”摆开，把竹条竖插入竹筐内；竹筐内填满土，超出竹筐高度部分进行弯折，弯向填方内。用填方把弯折过去的竹条压实。

（2）用竹条沿边沿方向把竹筐穿起。超出部分进行弯折，弯向填方内。

（3）填方压实后作为一层的高度，逐层累计，达到边坡的高度。3.3人工搭接竹网格间栽种速生植被增加护坡能力3.3.1施工思想

在对隐患边坡进行治理时，有一种办法是：刷坡然后锚固挂网、喷浆。此法效果虽好，但成本太高。针对某些现场，边坡护坡做成网格状就已经能达到治理效果。水泥砂浆组成的大格子之间可用竹条做小格子，小竹格之间栽种速生林木、植被。刚栽上植物时，竹子网格起了增加对边坡表土层压护的效果。随着时间变化，植被根系逐渐发达，增加了对水土的保持能力。此时竹网也已腐烂，不会影响到植物的生长。3.3.2施工组织

首先刷坡，达到某一坡度后，挖混凝土梁坑，然后布筋。在表层土高度时布上竹条，按照模子浇砼，组成造型。在竹条组成的格子之间栽种速生植物。

排水体系。山上引水的排水体系与环井场的排水体系衔接顺畅，构筑成一套完整的排水体系。保证山上的水能引下来，井场、生活区及道路上不积水。

●

4．2在治理后的边坡上栽种植被是增加水土保持能力的有效办法，同时达到了改善环境的效果。

4．3滑坡、崩塌、泥石流突发性、继发性强,历时短,治理难度大。滑坡、崩塌的常规治理方法主要分为两类：

一是“排”水,消除或减轻水的危害。主要有封堵裂缝、修筑截水沟、排水槽和排水暗沟,避免因水而增加滑坡、崩塌体自重和降低滑动面的摩擦系数。

二是改变滑坡、崩塌体的平衡条件。主要有削坡减重压脚,放缓边坡、降低重心。修筑护坡、支撑挡护、锚固等来增强滑坡、崩塌体的稳定性。泥石流治理方法主要是采取植物措施、耕作措施和防护、拦挡、排导等工程措施,以减轻地表侵蚀,减少泥石流流量,拦截泥石流沙石,改善泥石流流势把泥石流的危害程度降到最低。

4．4因所处施工区间结构强度及稳定性较差，自然、地质灾害频发，施工方应不断加强有关领域的理论学习，借鉴学习兄弟单位所采用的

●实用、好用的施工方法，做到与时俱进，科学施工。科

【参考文献】

［1］郑春明,张映辉.山区滑坡、崩塌、泥石流成因分析及防治对策.浙江水利科技，

2000，2：31-32.

［2］崔树军，宋志敏.煤矿区地质环境灾害现状、发展趋势及对策研究.灾害学，2000，15（3）：68-69.

［3］文海家，张永兴.山地灾害对新重庆社会经济环境的重要影响.重庆环境科学，2000，22（6）：22-23.

［4］杨昌华.中石化河坝二井南边边坡处理设计方案.

4结论

通过对川东北地区多口井钻前工程的施工，及对川东北地区相关工程的观察，总结出了一些经验：

4．1水是泥石流、山体滑坡等地质灾害的首要诱因，由于四川当地的气候条件潮湿，日照时间短，积水难蒸发。因此必须建成完善、通畅的

［责任编辑：王静］

（上接第67页）算量较大，不太适合实时性要求较高的场合。

5．3基于连接机制（神经网络）的人脸正面自动识别方法。这类识别法将人脸直接用灰度图(二维矩阵)表征,利用了神经网络的学习能力及分类能力。这种方法的优势在于保存了人脸图象中的材质信息及细微的形状信息,同时避免了较为复杂的特征提取工作。而且,由于图象被整体输入,符合心理学中对人类识别能力的解释。但同时也由于图像被整体输入，存在着输入结点过高的问题，由此引发了网络训练时间长，计算量大，不利于人工神经网络收敛等问题。改善的方法之一就是在不影响网络分类识别能力的基础上，采取一定的措施对输入图像进行降维处理。

当然，还有一种常见的观点是将人脸识技术分为基于整体人脸特征的识别技术（特征脸方法和神经网络方法）和基于人脸组成部件（眼睛等）特征的识别技术。

月8日，数万名观众由国家体育场鸟巢的100多个人脸识别系统快速身份验证关口有序入场，参加2008北京奥运会的开幕式。相信在不久的将来，人脸识别技术将越来越广泛的应用到人们的日常生活和工作当中科

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【参考文献】

［1］阴法明.基于OpenCV的图像处理[J].科技信息,2009,(32):220．

［2］杜薇薇，瞿春柳.人脸检测技术在3G移动增值业务中的应用[J].现代电子技术,2009,(22):80-83．

［3］徐峰，赵怀勋.人脸检测方法研究[J].电脑知识与技术,2009,(09):2438-

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［4］徐晓菊.基于B/S结构的嵌入式网络视频监控系统的研究与应用[J].工矿自动化,2010,(01):83-85．

作者简介：乔琪（1983.4—），男，助教，硕士在读，研究方向通信技术。杜文龙（1973.11—），男，研究生，讲师，研究方向为网络通信技术。

6展望

中科院自动化所研制的人脸识别系统成功用于奥运会开幕式。8

［责任编辑：王静］

（上接第26页）过期后离子迁移谱校准峰偏移将大于系统所能识别的正负200微秒范围，导致系统无法完成标定而不能正常使用设备。分子筛通过加热再生后完全可以达到或接近第一次使用时的状况。图四为实验中2个再生后的分子筛在实际使用中的校准峰偏移情况，横坐标表示分子筛使用时间，纵坐标表示校准峰偏移值。由此可见在离子迁移谱设备中完全可以通过加热的方法使分子筛再生。

的升级。首选引入湿度传感器读取气路湿度值，当气路中湿度达到设定值则由嵌入式系统发出指令自动切换分子筛，同时启动加热程序，待到4小时加热脱水完成后，停止加热将该分子筛做为备用。科

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【参考文献】

［1］郭洲，曾树兵，陈文峰.分子筛脱水装置在珠海天然气液化项目中的应用.

3今后工作方向

未来将在现有系统基础上继续改进，完成全自动分子筛再生系统

2007.

［2］王玉红，杨洪先，崔世勇.3A分子筛在异丙醇脱水中的应用研究.2009.

［责任编辑：翟成梁］

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