王玥　李麗娜

摘 要：三維面部識(shí)別是面部識(shí)別領(lǐng)域中一項(xiàng)識(shí)別率可靠的技術(shù)，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外一些敏感應(yīng)用場(chǎng)所得到了推廣使用。文章介紹了三維面部識(shí)別的發(fā)展、技術(shù)特點(diǎn)、難點(diǎn)與應(yīng)用熱點(diǎn)，最后對(duì)三維面部識(shí)別的未來(lái)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：三維， 面部識(shí)別

中圖分類號(hào)：N04；TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8578（2014）S1-0088-02

A New Technology：3D Facial Recognition

WANG Yue LI Lina

Abstract：3D face recognition is a reliable technology t in the field of facial recognition， and has been widely applied in sensitive places. This paper describes the development of 3D facial recognition， technical characteristics， difficulties and hotspots within the application. The future development of 3D facial recognition is also prospected in the end.

Keywords：3D， facial recognition

收稿日期：2014-06-14

作者簡(jiǎn)介：王玥（1980—），男，通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，目前從事專利實(shí)質(zhì)審查、專利分析工作。通信方式：wangyue_4@sipo.gov.cn。

一 三維面部識(shí)別簡(jiǎn)介

隨著國(guó)內(nèi)外反恐安防形勢(shì)日益嚴(yán)峻，面部識(shí)別產(chǎn)業(yè)需求正在迅速增長(zhǎng)。目前基于二維圖像的面部識(shí)別技術(shù)較為成熟，但二維面部圖像并不能提供識(shí)別所需要的完整信息。原因在于，在二維情況下，圖像不可避免會(huì)受到光線、背景、視角以及面部的姿態(tài)、遮擋等因素的影響。因此，其識(shí)別能力和效果具有一定的局限性，識(shí)別精度也很難有進(jìn)一步的提高。于是，20世紀(jì)90年代開(kāi)始，有學(xué)者開(kāi)始研究三維面部成像技術(shù)。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)及成像設(shè)備的高速發(fā)展，三維面部識(shí)別已經(jīng)達(dá)到成熟應(yīng)用階段。三維面部識(shí)別技術(shù)彌補(bǔ)了二維技術(shù)的缺陷，將平面擴(kuò)展到立體，利用三維計(jì)算機(jī)模型獲取面部的三維數(shù)據(jù)，真實(shí)反映了面部在三維空間中的形狀。由于三維成像技術(shù)具有采樣信息豐富、對(duì)光照條件適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，三維面部識(shí)別技術(shù)大有取代二維面部識(shí)別技術(shù)的趨勢(shì)。

二 三維面部識(shí)別特點(diǎn)

面部識(shí)別與指紋、虹膜識(shí)別等技術(shù)相比，更加隱蔽、友好、便捷，應(yīng)用前景也更加廣闊。近幾年，光學(xué)三維形貌測(cè)量技術(shù)有了很大的進(jìn)展，已發(fā)展出一些具有實(shí)用潛力的三維形貌測(cè)量技術(shù)，如結(jié)構(gòu)光投影相移技術(shù)等，使得三維面部的識(shí)別成為可能。但是，向面部投射結(jié)構(gòu)光實(shí)際上已經(jīng)是一種接觸式的識(shí)別方法，對(duì)被識(shí)別者不夠友好，可能會(huì)引起法律等方面的爭(zhēng)議，并且也失去了信息隱蔽采集的能力[1]。因此，如何快速高效并且隱蔽的獲取被識(shí)別者的三維面部信息引起了人們的重視。

從技術(shù)分支角度來(lái)說(shuō)，三維面部識(shí)別包括基于數(shù)據(jù)采集、三維模型重建、算法改進(jìn)、多模態(tài)、活體檢測(cè)等五個(gè)技術(shù)分支。其中數(shù)據(jù)采集是指采集三維面部圖像數(shù)據(jù)，可通過(guò)全息攝像機(jī)或二維照相機(jī)獲取三維面部數(shù)據(jù)，另外還可以由已知平面面部特征構(gòu)建三維面部數(shù)據(jù)。三維模型重建是指能夠描述面部的共有特征和基本形狀的標(biāo)準(zhǔn)三維面部模型。算法改進(jìn)是指對(duì)提取的三維面部特征利用基于立體特征、模板匹配或統(tǒng)計(jì)模型的方法來(lái)進(jìn)行識(shí)別方法的改進(jìn)。多模態(tài)是指將三維面部識(shí)別與其他識(shí)別方法（如二維面部識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、指紋識(shí)別等）?；铙w檢測(cè)是指檢測(cè)活動(dòng)的面部圖像，而不是靜止的照片，常用于防偽、入侵檢測(cè)。

三維面部識(shí)別的核心技術(shù)通常包括四個(gè)模塊，即采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、特征提取模塊和識(shí)別模塊[2]。采集模塊負(fù)責(zé)獲取三維面部數(shù)據(jù)，可以通過(guò)三維攝像機(jī)或多部二維照相機(jī)獲取三維面部數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)從采集模塊接收的三維數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為可處理的數(shù)字格式，對(duì)面部表面進(jìn)行三維重建，得到能夠描述所采集的面部特有特征和基本形狀的標(biāo)準(zhǔn)三維面部模型。特征提取模塊對(duì)三維面部數(shù)據(jù)做特征提取，提取能夠描述人的個(gè)性特征的三維面部特征參數(shù)。最后，識(shí)別模塊對(duì)提取的三維面部特征利用基于幾何特征、模板匹配或統(tǒng)計(jì)模型的方法來(lái)進(jìn)行面部識(shí)別，包括判斷待識(shí)別面部屬于哪個(gè)特定人的辨識(shí)，判斷待識(shí)別面部是否屬于某個(gè)特定人的確認(rèn)，或用于活體檢測(cè)等其他用途。

三 三維面部識(shí)別技術(shù)難點(diǎn)與熱點(diǎn)

三維面部識(shí)別技術(shù)的最大難點(diǎn)在于受到條件和環(huán)境約束，比如光照強(qiáng)弱、光照方向變化、遮擋等。傳統(tǒng)的面部識(shí)別系統(tǒng)包括面部定位、圖像預(yù)處理、特征提取和識(shí)別比對(duì)等步驟。在用戶配合情況下已經(jīng)能夠取得不錯(cuò)的性能，但在無(wú)約束場(chǎng)景下，即用戶不配合、采集環(huán)境變化的情況下，性能會(huì)急劇下降。另外，基于現(xiàn)有的三維面部識(shí)別技術(shù)，將面部識(shí)別場(chǎng)景應(yīng)用到全天候光照環(huán)境，同時(shí)解決眼鏡、劉海、胡子等遮擋條件下的面部識(shí)別問(wèn)題也是目前行業(yè)上遇到的難點(diǎn)。

傳統(tǒng)的面部識(shí)別技術(shù)已經(jīng)牢牢占據(jù)了目前的市場(chǎng)應(yīng)用，因此，拓展三維面部識(shí)別產(chǎn)品的應(yīng)用是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)中研究的熱點(diǎn)。如推出多形態(tài)多平臺(tái)面部產(chǎn)品，將三維面部技術(shù)應(yīng)用到考勤機(jī)、面部鎖、通道式識(shí)別等產(chǎn)品中；拓寬面部應(yīng)用場(chǎng)景，將三維面部識(shí)別應(yīng)用于智能電視、安卓和蘋(píng)果手機(jī)平臺(tái)等。

在視頻監(jiān)控領(lǐng)域，面部識(shí)別也得到了迅速的發(fā)展，在安防工作中發(fā)揮了越來(lái)越多的積極作用。但是，視頻監(jiān)控的面部圖像分辨率往往很低。主要存在兩方面的問(wèn)題：一是操作員無(wú)法看清面部（如五官長(zhǎng)相）；二是被識(shí)別者姿態(tài)不同，難以繪制成正面相。現(xiàn)在提出了一種制作超低分辨率面部的模擬像的方法，包括模糊人像復(fù)原、三維模型成像、面部識(shí)別、仿射變換、人像修改技術(shù)的綜合應(yīng)用，可以較好地解決視頻監(jiān)控的超低分辨率面部圖像的恢復(fù)難題。

四 發(fā)展展望

國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)在《關(guān)于組織實(shí)施2013年國(guó)家信息安全專項(xiàng)有關(guān)事項(xiàng)的通知》中指出，未來(lái)金融安全、信息安全等四大領(lǐng)域?qū)@得重點(diǎn)支持。因此，作為信息安全領(lǐng)域應(yīng)用主力軍——生物識(shí)別產(chǎn)業(yè)迎來(lái)政策利好后的快速增長(zhǎng)。三維面部識(shí)別作為識(shí)別率高、用戶界面友好的一項(xiàng)新技術(shù)，將成為信息安全領(lǐng)域中面部識(shí)別技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 許然.三維人臉識(shí)別系統(tǒng)研究 [D] .浙江理工大學(xué)，2011.

[2] 蔡澤民，閆敬文.人臉識(shí)別：從二維到三維，計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用[J].2011（11）：155-159.