劉合星 劉琦

（1.鄭州市公安局科技通信管理處，河南鄭州 450000；2.河南警察學院信息安全系，河南鄭州 450000）

人像識別系統(tǒng)的設(shè)計與研究

劉合星1劉琦2

（1.鄭州市公安局科技通信管理處，河南鄭州 450000；2.河南警察學院信息安全系，河南鄭州 450000）

探究人像識別系統(tǒng)的應(yīng)用場景、前端設(shè)計、識別平臺功能性能要求，以及存在問題及技術(shù)局限性等問題，以期對人像識別系統(tǒng)的設(shè)計及使用提供借鑒，為公安機關(guān)對重點人員、重點人群、重點場所的管防控提供技術(shù)支持。

靜態(tài)庫；動態(tài)庫；人像識別系統(tǒng)；圖片底庫更新

目前，社會治安防控形勢依然嚴峻，公安機關(guān)對重點人員、重點人群、重點場所的管防控，對社會矛盾的化解需要有效的信息支撐。覆蓋城市各個角落，實時記錄社會面影像，基層公安機關(guān)應(yīng)用最廣泛的技術(shù)手段是視頻，對于海量視頻信息，仍然采用傳統(tǒng)視頻分析研判方法，進行人工排查，極易導(dǎo)致案件積壓，破案效率低。因此，視頻圖像信息應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)十分必要［1-3］。人臉的檢索、比對、識別是對視頻監(jiān)控信息的深度應(yīng)用技術(shù)［4，5］，也是當下正在廣泛使用的解決思路。

對重點人員、重點人群、重點場所的管防控，對社會矛盾的化解，需要對重點人員的動態(tài)活動軌跡進行分析，對重點人群的人群組成、行為習慣進行分析，對重點場所的人流趨勢、風險因素進行深度分析，對社會矛盾幕后推手進行深挖。針對此，應(yīng)從公安實戰(zhàn)應(yīng)用出發(fā)，在海量視頻信息中有目的地提取有效信息，開展對重點人員、重點人群、重點場所管防控及社會矛盾化解工作，并對各類有關(guān)人臉識別應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)工作進行規(guī)范指導(dǎo)。

1 人臉識別系統(tǒng)主要應(yīng)用場景

解決當前公安機關(guān)在對重點人員、重點人群、重點場所的管防控，以及對社會矛盾的化解中碰到的難題。實現(xiàn)在靜態(tài)庫中對關(guān)注人員的信息比對確認，利用動態(tài)庫對關(guān)注人員進行事前預(yù)警、案后追蹤，以及建立各有特色的自主經(jīng)營庫解決典型場景實戰(zhàn)需求。

1.1 靜態(tài)庫應(yīng)用

靜態(tài)庫是指常住人口信息庫等人員信息相對穩(wěn)定，不輕易發(fā)生變動的數(shù)據(jù)庫。靜態(tài)庫的應(yīng)用集中在案件發(fā)生后的查處工作。案件發(fā)生后，根據(jù)嫌疑人現(xiàn)場照片（視頻流），向案發(fā)位置周邊外推，并在時間維度上進行向前、向后延展。取得犯罪嫌疑人圖片庫后，根據(jù)圖片質(zhì)量評估模塊及人工研判得到具備比對條件的高質(zhì)量犯罪嫌疑人照片后進行處理，生成結(jié)構(gòu)化后的特征碼，并將該特征碼與市級甚至省級靜態(tài)庫中特征碼進行遍歷比對，以確定嫌疑人身份，進行下一步的抓捕工作。

1.2 動態(tài)庫應(yīng)用

指七類重點人員庫、在逃人員庫等人員信息動態(tài)變化，隨時發(fā)生變動的數(shù)據(jù)庫。動態(tài)庫應(yīng)用主要體現(xiàn)在事前預(yù)警及動態(tài)布控。庫內(nèi)照片多來自于各種專題庫。建議以區(qū)縣局為單位，明確分類，根據(jù)各區(qū)縣特點，靈活建立針對性強的動態(tài)人像數(shù)據(jù)庫，考慮比對速度、比中率等問題，建議庫內(nèi)圖片量在1 000張以內(nèi)。

1.3 自主經(jīng)營式應(yīng)用

自主經(jīng)營式主要基于各區(qū)縣級的典型場景應(yīng)用開發(fā)。

1.3.1 應(yīng)用場景一：住宅小區(qū)慣偷人像經(jīng)營。對河南省鄭州市管轄范圍內(nèi)住宅小區(qū)的電動車被偷被搶、扒竊、入室盜竊等重點人員的經(jīng)營思路如下：根據(jù)小區(qū)出入口處安裝監(jiān)控得到的圖片信息在短期內(nèi)確定該小區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)的人員，分類（如常住人口、小區(qū)物業(yè)、快遞、送水等服務(wù)人員等）形成動態(tài)更新的圖片庫。這樣若在小區(qū)出入口處檢測出陌生人臉，可以對該人臉布控經(jīng)營，甚至實施進一步的抓捕行為。

1.3.2 應(yīng)用場景二：重點管控人員聚集地經(jīng)營。對于重點管控人員（如吸毒人員），若發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)頻率、時長、人數(shù)較為集中的聚集點，應(yīng)對此類地點進行經(jīng)營（如通過一段時間的監(jiān)管，確定重點管控人員一般什么時候出現(xiàn)在此地，出現(xiàn)時間長度，他們的活動軌跡等），以便清理犯罪窩點。

1.3.3 應(yīng)用場景三：大型超市、商場、火車站等地慣偷人像經(jīng)營。在人流量比較大的典型場景中，發(fā)現(xiàn)慣偷后的經(jīng)營思路如下：根據(jù)典型場景中獲取的視頻監(jiān)控信息，獲取慣偷人臉信息，并對這些人臉進行布控經(jīng)營，為下一步實施抓捕行為奠定基礎(chǔ)。

希望各區(qū)縣級相關(guān)人員從實戰(zhàn)出發(fā)，自行挖掘出有實際應(yīng)用價值的自主經(jīng)營模式，應(yīng)用于典型場景。

1.4 圖像底庫的及時更新

要求建立完善的圖像底庫更新機制，及時對原有圖像底庫進行更新，豐富庫內(nèi)人員圖像信息，以期有更高的比中率。建議采用結(jié)構(gòu)化后特征碼融合的方式完成圖像底庫的更新。市局承擔人臉應(yīng)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫（靜態(tài)庫）的建立及更新維護工作，各單位在已建成的人臉應(yīng)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，進行動態(tài)庫及自主經(jīng)營庫的建立及更新維護工作。

1.5 人證合一查證應(yīng)用

應(yīng)用于汽車站、火車站、機場等旅客自助實名驗證出入口核驗，通過在出入口設(shè)立人證比對設(shè)備（由攝像頭、身份證讀卡器、顯示屏等設(shè)備組成）抓拍人臉照片與身份證芯片內(nèi)人臉小圖1∶1比對，實現(xiàn)人證比對，無須事先采集照片，不依賴人臉庫單機運行，1∶1小圖人證比對準確率＞97%，比對時間≤2S/人。出入口設(shè)立的人證比對設(shè)備需具備第三接口開發(fā)能力，便于與公安黑白名單數(shù)據(jù)庫對接，通過人證終端判斷比對人是否有不良記錄，實現(xiàn)對重點人員的管控。

1.6 電子身份證確認應(yīng)用

應(yīng)用于寫字樓、智慧小區(qū)、各類政府辦事大廳出入人員自助實名核驗以及旅棧業(yè)、網(wǎng)吧業(yè)、會議安保、考試和景區(qū)等身份驗證領(lǐng)域。通過在出入口設(shè)立人證比對設(shè)備（由攝像頭、身份證讀卡器、顯示屏等設(shè)備組成）并輔以IC卡讀卡器、二維碼讀卡器、指紋識別儀、自動收卡器等外設(shè)，將抓拍人臉照片與身份證芯片內(nèi)人臉小圖1∶1比對，實現(xiàn)人證比對，無須事先采集照片，不依賴人臉庫單機運行，1∶1小圖人證比對準確率＞97%，比對時間≤2S/人。出入口設(shè)立的人證比對設(shè)備需具備第三接口開發(fā)能力，便于與公安黑白名單數(shù)據(jù)庫對接，通過人證終端判斷比對人是否有不良記錄，實現(xiàn)對重點人員的管控及增加重點關(guān)注區(qū)域的安全性。

2 人像識別前端設(shè)計

考慮對抓拍人臉的技術(shù)要求，建議系統(tǒng)前端安裝高清攝像機（建議200萬以上像素），并且滿足一定高度（建議高度2.5～3.0m）、角度（建議架設(shè)俯視角度10°）架設(shè)要求。同時，為保障實現(xiàn)夜間人臉正常抓拍，建議安裝補光燈（建議補光燈安裝要低于攝像機，在攝像機正下方或左下方、右下方安裝補光燈），并應(yīng)考慮逆光狀態(tài)下人臉的捕獲。

3 人臉識別系統(tǒng)功能及性能設(shè)計要求

人像比對平臺的主要功能分為靜態(tài)人像和動態(tài)人像兩部分。靜態(tài)人像部分支持大規(guī)模（億級）人像庫建庫以及人像1∶N、n∶N比對功能；動態(tài)人像部分能夠?qū)崟r地處理視頻流，既能提供事中處理的重點人員布控、路人身份驗證，也能提供事后的路人檢索、報警信息查詢等。在設(shè)計人像識別系統(tǒng)時，需要系統(tǒng)提供的功能、系統(tǒng)性能如下所述。

3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

3.1.1 應(yīng)用平臺基本功能。系統(tǒng)管理（單位管理、部門管理、資源管理、權(quán)限管理、用戶組管理和角色管理等）；人臉底庫管理（人臉庫信息抽取，上傳，照片底庫、特征庫管理）；日志管理、設(shè)備管理（管理服務(wù)器、攝像機等）；具備報表統(tǒng)計等。

3.1.2 市級專網(wǎng)人像應(yīng)用管理平臺功能。特征碼數(shù)據(jù)集、動態(tài)圖片底庫、PGIS數(shù)據(jù)、警綜平臺數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的抽取、存儲、下發(fā)；數(shù)據(jù)庫內(nèi)容更新機制的制定及執(zhí)行；報警信息機反饋；單點發(fā)出報警信息后，全網(wǎng)響應(yīng)；以及其他管理功能，如權(quán)限管理、各市級、區(qū)縣級應(yīng)用平臺的績效考核等。

3.1.3 動態(tài)庫基本功能。布控管理（布控設(shè)置、區(qū)域管理、布控報警記錄查詢、統(tǒng)計匯總等）、設(shè)備管理（攝像機配置管理、布控節(jié)點服務(wù)器配置管理、攝像機質(zhì)量檢測機維護等）、人臉比對分析（人臉比對、功能參數(shù)設(shè)置等）、人臉底庫數(shù)據(jù)管理（動態(tài)庫人臉等信息的增刪改查等操作）。

3.1.4 靜態(tài)庫基本功能。設(shè)備管理（節(jié)點服務(wù)器配置、設(shè)備狀態(tài)管理等）、人臉檢索及識別（人臉識別、人臉分組管理、檢索條件管理等）、人臉底庫數(shù)據(jù)管理（靜態(tài)庫庫人臉等信息的增刪改查等操作）。

3.1.5 接口功能。能夠提供人像庫管理接口、人像檢索接口、人像比對接口、攝像機管理接口等，支持主流通信協(xié)議：http，socket，web service等。

3.2 系統(tǒng)性能設(shè)計

人像識別性能指標主要對人像識別系統(tǒng)的準確率提出要求。為確保人像識別系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)人員識別性能，應(yīng)分別定義人像抓拍捕獲率、人像誤抓拍率、人像布控報警捕獲率、人像布控報警誤報率及人像檢索首位命中率等關(guān)鍵指標。

4 人臉識別系統(tǒng)存在問題

人像識別系統(tǒng)在使用過程中存在一些問題，如人像識別精度問題、視頻資源獲取問題等。一是待識別人臉角度問題。鑒于現(xiàn)有技術(shù)的局限性，待識別人臉最好能夠滿足“正臉”識別（即3個坐標軸旋轉(zhuǎn)角度均不超過20°）。二是人臉遮擋問題?，F(xiàn)有技術(shù)要求最好人臉能滿足遮擋部分小于20%面部區(qū)域。三是漏報及誤報問題?，F(xiàn)在技術(shù)無法實現(xiàn)人臉的精確比對，只能生成一個篩選后的比對庫。庫內(nèi)人臉是否是比對樣本，需要人工排查。并且存在漏報及誤報問題。此外，視頻資源的獲取也是一個問題。由于不少部門、單位視頻資源并未連接入視頻專網(wǎng)，所以存在視頻資源質(zhì)量參差不齊、保留完整度不一致、視頻編解碼格式各異等問題。

5 結(jié)語

本文主要討論了人像識別系統(tǒng)的應(yīng)用場景、前端設(shè)計、識別平臺功能性能要求、存在問題及技術(shù)局限性等問題。通過這些問題的探討，擬對人像識別系統(tǒng)的設(shè)計及使用提供借鑒。

［1］Duda RO，Hart PE，Stork DG.Pattern classification［M］. Hoboken：John Wiley&Sons，2014.

［2］李寬，殷建平，李永，等.基于Gabor系數(shù)分塊統(tǒng)計和自適應(yīng)特征選擇的人臉描述與識別［J］.計算機研究與發(fā)展，2012（4）：777-784.

［3］Tan X，Triggs B.Enhanced local texture feature sets for face recognition under difficult lighting conditions［J］.IEEE Transactions on Image Processing A Publication of the IEEE Signal Processing Society，2012（6）：1635-1650.

［4］Ranzato M，Susskind J，Mnih V，et al.On deep generative models with applications to recognition［J］.IEEE Conference on Computer Vision&Pattern Recognition，2011（7）：2857-2864.

［5］Sun Y，Wang X，Tang X.Deep convolutional network cascade for facial point detection［C］//Computer Vision and Pattern Recognition（CVPR），2013 IEEE Conference on，IEEE，2013：3476-3483.

Design and Research of Portrait Recognition System

Liu Hexing1Liu Qi2
（1.Science and Technology Communication Management Department of Zhengzhou Municipal Public Security Bureau，Zhengzhou Henan 450000；2.Information Security Department of Henan Police College，Zhengzhou Henan 450000）

The application scenarios,front-end design,performance requirements of recognition platform function of the identification system for portrait recognition system,and the existing problems and technical limitations were explored,in order to provide reference for the design and use of portrait recognition system,to provide technical support for the prevention and control of the public security organ pipe to key personnel,focus groups,key areas.

static database；dynamic database；portrait recognition system；face database update

TP391.41

A

1003-5168（2016）11-0056-03

2016-10-11

河南警察學院科研拔尖人才支持計劃項目“刑事視聽資料分析及檢驗技術(shù)”（Bjrc2012-04）。

劉合星（1967-），男，本科，高級工程師，研究方向：公共安全防范技術(shù)及通信和綜合信息網(wǎng)絡(luò)工程；劉琦（1978-），女，博士，副教授，研究方向：公安信息技術(shù)。