【摘 要】人臉的圖像識別在各大領(lǐng)域中非常常見，在公共安全、身份認(rèn)證、多媒體數(shù)字娛樂等領(lǐng)域具備不可估量的應(yīng)用價值。如何快速有效的進(jìn)行人臉識別，受到國家各個部門的關(guān)注和重視，經(jīng)過研究者的多年研究也獲得了一定的進(jìn)展，人臉圖像識別主要會受到光照條件和可變姿態(tài)條件的影響，只要針對這兩方面找出合適的解決方法，就能大大提升識別率。本文就在可變光照和姿態(tài)的條件下的人臉圖像識別進(jìn)行了簡單的探討。

【關(guān)鍵詞】可變光照 可變姿態(tài) 人臉圖像識別

人臉識別技術(shù)屬于圖像識別理解研究領(lǐng)域，發(fā)展至今已經(jīng)有40多年的歷史了，獲得了長久的發(fā)展。最早只是單純的從二維圖片中獲取明顯的幾何體征進(jìn)行識別，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展出了立體式的三維人臉圖像識別方法。人臉圖像的識別率與當(dāng)時的光照條件和人的姿態(tài)有關(guān)，近年來研究者們正在對其進(jìn)行相關(guān)研究，下面我們進(jìn)行具體的介紹。

一、人臉圖像識別概述

（一）人臉識別的基本概念

人臉識別是通過對人臉的特征記錄而形成數(shù)據(jù)庫，在需要認(rèn)證的時候調(diào)出資料進(jìn)行匹配，匹配成功后就可以證明被識別者的身份。具體的認(rèn)證流程可以參照下圖，圖1所示。

人臉識別早期剛出現(xiàn)時是通過工作人員的比對進(jìn)行判斷，在計算機(jī)技術(shù)得到了大力發(fā)展后，人臉識別也將計算機(jī)技術(shù)引入，在我們的生活中實現(xiàn)了很多功能，根據(jù)不同的功能計算機(jī)要執(zhí)行不同的任務(wù)，可參照表1.

（二）人臉識別的優(yōu)點

在提取任務(wù)基本特征的過程中，人臉的識別具有其特殊的優(yōu)點，主要表現(xiàn)為：采集簡單，常用的攝像裝置可以隨時隨地采集信息，方便快捷；信息采集不會對人們的正常生活產(chǎn)生影響，采集中不需要與被采集者接觸，也不需要被采集者擺出特定的姿勢；與人類識別習(xí)慣一致，日常生后中我們判別對方是否是自己需要找到的人也是通過人臉進(jìn)行識別，這樣一來，任何機(jī)器可以互相配合工作。像是傳統(tǒng)的指紋虹膜身份認(rèn)證，一個正常沒有經(jīng)過任何特殊訓(xùn)練的人是無法單獨進(jìn)行認(rèn)證的，而人臉識別更加方便簡單，將會在未來廣泛的應(yīng)用到各大領(lǐng)域。

（三）人臉識別的缺點

人臉識別雖然方便快捷，普及速度快，但是也存在一定的不足之處，主要表現(xiàn)為：安全性低，雖然世界上沒有任何兩個人的臉是完全一致的，但是人類的面孔卻是總體特征相似，有些人的臉可能會與其他人的差別非常小，例如生活中常見的雙胞胎，所以在技術(shù)上存在一定的難度；人臉的特征不是一成不變的，穩(wěn)定性很差，雖然人臉不會隨著時間發(fā)生過大的變化，但是由于表情、年齡等因素的影響，或是由于整容、突發(fā)狀況引發(fā)的特征大變，還是會對人臉識別造成影響；人臉圖像采集還會受到可變光照和可變姿態(tài)的影響，導(dǎo)致圖像的質(zhì)量過低，識別率也打不到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。

所以，人臉識別技術(shù)要針對其不足之處進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步開發(fā)，提高在不同條件下的識別率。

二、在可變光照條件下的人臉圖像識別

通過測試可知，在光照條件和人臉的姿態(tài)發(fā)生變化后，人臉圖像識別率會大幅度的降低。早期的人臉識別系統(tǒng)中獲取信息時保持一定的光照條件，但是在實際應(yīng)用中，光照并不是理想中的那樣均勻，偏光側(cè)光都會嚴(yán)重影響圖像的亮度，人臉也隨之發(fā)生較大的變化。

想要解決光照的問題，我們可以先假設(shè)一個模板圖像，在理想中規(guī)定一個光照條件為標(biāo)準(zhǔn)條件，待識別圖像則是在與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)光照條件不同的光照條件下獲取的，可以叫做變化光照條件下的圖像。為了解決光照影響，可以去光或加光，使圖像中的光照達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)光照，再進(jìn)行人臉識別。眾多的研究員經(jīng)研究后對人臉識別中的關(guān)照處理方法歸類出四種，包括：不變特征表示法，通過利用受光照影響較小的圖像來表示人臉來減低光照的影響，對于光照的變化不會發(fā)生較大變化的圖像表示可以采用邊緣圖、器官的橫紋特征、2D Gabor函數(shù)濾波等；對圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，這類方法是將圖像進(jìn)行變換，將光照造成的影響進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，合成新的標(biāo)準(zhǔn)光照狀態(tài)下的圖像，在進(jìn)行圖像識別；將光照變化建模，建立一個人臉光照空間表示光照變化，并將其進(jìn)行參數(shù)化，通過對模板和待識別圖像的空間距離進(jìn)行人臉識別；建立3D模型，這種方法通過3D模型合成不同的光照條件下的虛擬圖像，也可以直接在3D空間進(jìn)行識別。

三、在可變姿態(tài)條件下的人臉圖像識別

早期進(jìn)行人臉識別時通常都是采集正面的圖像，但在實際的識別工作中，人臉和拍攝用的機(jī)器之間常常會由于角度的問題，導(dǎo)致拍攝出的圖像發(fā)生變化，主要是因為人臉的姿態(tài)發(fā)生變化會產(chǎn)生不同的投影，進(jìn)而引發(fā)臉部的拉伸或壓縮問題，有時臉部的一些部位還會被遮擋住。相對人臉的正面圖像，姿態(tài)變化可以大致分成偏轉(zhuǎn)、傾斜、俯仰三種，其中偏轉(zhuǎn)和俯仰會對圖像造成比較嚴(yán)重的影響，需要采用一定的方法進(jìn)行有效識別。

在人臉圖像識別的研究過程中，最近十幾年，開發(fā)出了一些針對姿態(tài)變化導(dǎo)致圖像識別出現(xiàn)問題的解決方法。主要包括2D圖像方法和3D模型方法。2D的圖像方法主要基于View-space方法，由PCA發(fā)展而來，研究人員通過采用特征子空間表示人臉不同姿態(tài)的集合，建立起不同的空間，識別時先投影到不同的空間中，再進(jìn)行圖像識別；3D模型方法則是通過各類算法建立起3D模型，進(jìn)而生成不同姿態(tài)條件下的圖像，當(dāng)做模板，然后再進(jìn)行識別，或者也可以通過3D模型生成人臉的正面圖像，隨后進(jìn)行識別。

人臉識別技術(shù)正在被廣泛的應(yīng)用到人民生活中的各大領(lǐng)域中，只要解決了光照和姿態(tài)的問題，就能夠進(jìn)一步進(jìn)行推廣，研究員們還要不斷進(jìn)行研究探討。

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