高一卓（吉林警察學(xué)院 吉林 長春 130117）

人像檢驗中的人臉特征分類與分析

高一卓
（吉林警察學(xué)院 吉林 長春 130117）

對正面圖像中的人臉部特征進(jìn)行測量和總結(jié)，并就特征進(jìn)行歸類和分析，計算出各種類型特征出現(xiàn)的幾率，為視頻人臉重建提供參考信息。

人臉特征 類別 統(tǒng)計

1 引言

對視頻資料信息的提取有限，對于視頻資料本身所能提供的人像模糊信息的利用率較低，很多情況下存在對人像特征信息特性不了解、不敢確定的情況。將視頻影像資料中較易分辨識別的特征進(jìn)行詳細(xì)的測量、分類，并計算、統(tǒng)計特征所占比例數(shù)據(jù)，有利于對視頻中人臉特征的可能性分析提供特征率。對人臉特征比例和對分類人臉特征類別的分析研究，有利于提高視頻資料中對人臉相貌可能性的推斷，有利于對視頻中人物相貌特征進(jìn)行描述和歸類。

2 人臉特征提取實驗樣本庫的建立與選取

為統(tǒng)一實驗數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選取居民身份證數(shù)字照片。根據(jù)居民身份證用數(shù)字相片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GA461-2004)，隨機選取了25-45歲男、女性各1000名的身份證制式照片，均為正面人臉圖像，顏色模式為24位RGB真彩色模式，圖像尺寸均為32mm（寬）×26mm（高），358像素（寬）×441像素（高），分辨率為350dpi的二代身份證制式圖像。

圖 人臉特征標(biāo)示圖

本文針對人物的特征進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，測量是針對數(shù)字圖像的真實大小測量，使用Adobe Photoshop CS5軟件對相貌特征進(jìn)行長度的測量，單位為毫米。圖對人物特征研究中的測量內(nèi)容及測量方法。

3 人臉特征類別分析

3.1 額頭特征分析

在面部形態(tài)中，額頭占有比較大的面積，一般約為1/3的面部面積，在圖像中，所占像素點較多，對影像中人物的直接辨認(rèn)影響較大。

前額是指發(fā)際線至眉心線之間的區(qū)域。表現(xiàn)在縱向的高、中、低變化，橫向的寬、中、窄變化，側(cè)面觀的傾斜度，整體正面觀的大中小形態(tài)[1]。正面人像中根據(jù)額頭的生理外形可以分為寬額、窄額、低額和高額以及中等額頭等類型。

測量數(shù)據(jù)表明，男性額頭的一般寬度是12.05厘米、高度是5.54厘米；女性額頭的一般寬度是11.48厘米、高度是5.8厘米，略大于男性。表1為男女性額頭高度測量數(shù)據(jù)表及所占比例說明。

表1 額高分布統(tǒng)計數(shù)據(jù)范圍

分析測量結(jié)果得出，男性中等額頭的范圍在11-13厘米，大于13厘米是寬額頭，小于11厘米為窄額頭。男性寬額頭的比例為15.8%，中等額頭的比例為74.3%，窄額頭的比例為9.9%。女性中等額頭的范圍在10.5-12.5厘米，大于12.5厘米是寬額頭，小于10.5厘米為窄額頭。女性寬額頭的比例為12.7%，中等額頭的比例為76.5%，窄額頭的比例為10.8%。男女處于中等寬窄額頭范圍內(nèi)的比例接近，女性額頭寬度略小于男性。

當(dāng)同一類型的額頭，正、側(cè)面觀的形態(tài)均相近，額寬和額高的數(shù)值也相近，那么表現(xiàn)在視頻當(dāng)中，人像的額頭差別很小。人像復(fù)原的步驟中可以使用相似類別的額頭加以參考甚至替代。

3.2 顴骨特征分析

顴骨位于眼眶的下方偏外側(cè)，形成面部的骨質(zhì)凸起。實驗觀察可知，按性別區(qū)分，男性的面部線條比較明顯，比較生硬，側(cè)面觀立體性很強，顴骨通常表現(xiàn)比較明顯；女性面部線條比較柔和，側(cè)面觀立體性不如男性明顯，顴骨通常不明顯，顴丘相對圓潤。

正面觀時，顴丘突出且明顯，方便測量及分析。顴丘的距離有時是面部最寬的距離，甚至決定了面部的寬度[2]。

通過對1000名男性和1000名女性的圖像的面部顴丘的距離的測量，得出圖像中男性的顴丘距離平均值為13.02毫米，女性的顴丘距離平均值為12.54毫米，可知女性的顴丘距離略窄于男性的顴丘距離。說明女性面部寬度一般略小于男性，在對模糊視頻人像進(jìn)行辨認(rèn)識別時，考慮男女性面部寬度與平均值的差距大小，進(jìn)而分析人物頭部大小，得到人物體態(tài)胖瘦情況。

經(jīng)統(tǒng)計，男性顴距相近的比例為26.7%，女性顴距相近的比例為26.4%，二者幾乎相等。這一數(shù)據(jù)表明，在對模糊視頻中的模糊人像進(jìn)行復(fù)原時，顴距相似的比例約為1/4，相似程度很小，差異性很高，說明顴骨特征具有很好的區(qū)分識別人物的特性。

結(jié)合數(shù)據(jù)觀察圖像得出，顴丘突出且是面部最寬的距離時，菱形臉、卵形臉較多。再結(jié)合影像中觀察的人物頭部長度，即可進(jìn)一步分辨是哪一種臉型。當(dāng)人物較胖時候，顴骨并不十分明顯，顴丘在圖像中表現(xiàn)為高光部分，面頰相對突出位置凹陷，表現(xiàn)在感官上為面頰平坦[3]。當(dāng)顴骨較為突出，且下頜角較為突出時，體態(tài)正常以及偏瘦的人通常會有較為明顯的顴窩出現(xiàn)。

3.3 下頜部分特征分析

下頜部分是構(gòu)成人的臉部結(jié)構(gòu)的下部分，對決定人臉的臉型具有重要的決定作用。下頜部分是指下頜體、下頜骨、頦隆凸以及頦結(jié)節(jié)在內(nèi)的4部分[4]。下頜角是下頜體和下頜骨相交的拐點處。

根據(jù)下頜角的突出與否，以及下頜寬度，下頜體的長短、下頜骨的形態(tài)，本文將下頜分為大V型、V形、U形、半圓形、梯形、倒梯形和方形，共7種。大V型下頜頦部明顯尖削，下頜角明顯，下頜體較長。V形下頜的頦結(jié)節(jié)部位較尖細(xì)，下頜角較小，正面觀不明顯，且位置相對接近耳垂，下頜體相對較短，下頜骨相對較長。U形下頜的曲線相對較柔和，下頜體長度較長，和顴部的曲線比較協(xié)調(diào)，下頜骨底部線條較平坦，頦部不十分突出，下頜角不突出，數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為正面圖像的面寬和兩側(cè)下頜角的距離是一致的，這種臉型的人多為橢圓形臉型。半圓形下頜骨的底部的曲線更加平滑，下頜角不明顯，頦部不突出，下頜總長度約等于下頜寬度的1/2，半圓形下頜的人的臉型可能是倒卵圓形或圓形居多。梯形下頜的下頜角較大，且十分突出，下頜角位置較低，與耳垂的位置關(guān)系較遠(yuǎn)，頦部相對不十分尖削，頦結(jié)節(jié)較寬，一般梯形臉較多。倒梯形下頜的下頜角突出，位置相對較高，頦部一般寬度或較寬，線條較為平直，倒梯形臉型中比較常見。方形下頜的下頜角較低，且頜底表現(xiàn)為直線，頦部不突出，一般多為長方形臉型。鑒于個人的面部長短區(qū)別，下頜種類的數(shù)據(jù)區(qū)分沒有明確的數(shù)字范圍。表2為每種下頜所占比例說明。

表2 下頜種類比例

從性別上區(qū)分，男性下頜骨較大，角度小而顯著；女性下頜骨較小，角度大而不明顯，較為圓潤。

下頜角較為明顯或突出的人臉通常面部有類似刀削的平面，表現(xiàn)為面頰較平，側(cè)面觀面頰線條較硬，能夠看到明顯的凹陷，體現(xiàn)在視頻中即為明顯的陰影；下頜角突出但人物較胖，表現(xiàn)為顴丘下方肌肉略平，面頰較為脂肪較厚。肥胖身材的人，下巴皮下脂肪比較厚，雙下巴的可能性比較高，且頦隆凸被脂肪包圍，體現(xiàn)為頦隆凸為包裹在脂肪中的圓丘，發(fā)型多為平頭或板寸，較為簡潔。

頦部是下頜最下方的結(jié)構(gòu)，正面觀有圓形、方形和尖形；根據(jù)頦隆凸的不同，從側(cè)面觀有內(nèi)傾、垂直和前凸3種形態(tài)。當(dāng)頦部表現(xiàn)為內(nèi)傾時，人物下巴一般較短，特別是唇下部分；當(dāng)頦部表現(xiàn)為前傾時，人物下巴一般較長，側(cè)面觀人臉趨近于月牙形，人臉長度也較長，人物臉型多為卵形、菱形或五角形。

在視頻圖像中，即使是視頻圖像的質(zhì)量較差時候，下頜底的輪廓一般是可辨認(rèn)的，結(jié)合頭長，可以判斷出下頜部分的長度，觀察側(cè)面下頜的圖像，可以推知人物下頜是較圓潤還是較尖削。

3.4 臉型特征分析

臉型是對人物面貌形態(tài)的最直觀描述。比較常見的臉型分類方法是按照中國古代畫論的漢字分類方法，將臉型分為“申”“甲”“由”“田”“用”“國”“目”“風(fēng)”，俗稱“8格”。

按照波契(Boych)的臉型分類法，人臉型分為10種，依次為橢圓形臉、圓形臉、方形臉、長方形臉、卵圓形臉、倒卵圓形臉、梯形臉、倒梯形臉、菱形臉與五角形臉。

通過實驗數(shù)據(jù)測量，分別對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行臉部長度以及臉部寬度的測量，結(jié)合顳骨、顴骨距離和下頜角距離的測量數(shù)據(jù)，綜合分析得出每種臉型的樣本比例。在實際應(yīng)用中，臉型的相似不僅是分類的相似，往往還要結(jié)合面部的長度以及其他客觀條件。表3為每種臉型在樣本中所占的比例。

表3 10種臉型所占比例

通過表3數(shù)據(jù)可知，在人的臉型中，長方形和橢圓形臉?biāo)急壤^高，二者之和約53.8%?？梢姶蠖鄶?shù)人為長方形臉或橢圓形臉。

臉型相似對視頻人物的相貌識別與推斷具有重要作用。實驗表明，在圖像中人臉五官輪廓辨認(rèn)大約需要25×15（400）個像素。臉型的辨認(rèn)大約需要130（五官的1/3）個像素左右[5]。

觀察模糊圖像分析人物臉型時，如果顴部、下頜角和頦部不明顯，首先考慮長方形臉型或橢圓形臉型；顴部突出，下頜角和頦部不明顯，結(jié)合面部長度考慮是否為菱形臉或卵形；圖像中顯示臉型較小巧，下頜角不突出時，考慮為圓形臉或倒梯形臉型，下頜角突出，考慮為方形臉；圖像中臉長較長，下頜較為突出明顯，頦部明顯，顴部亦突出考慮為五角形臉，通常也會有顴窩出現(xiàn)，如果圖像中人物較胖，考慮梯形臉和倒卵形臉型。

在視頻資料中，往往最能明顯體現(xiàn)的面部特征就是臉型，明確不同臉型的分類及特征，最有利于視頻人臉識別與辨認(rèn)。不同的臉型往往影響了面部五官的分布。

4 結(jié)語

本文通過對正面觀圖像中人臉數(shù)據(jù)特征的測量和總結(jié)，詳細(xì)分析了人臉輪廓特征的數(shù)據(jù)特點，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)將人臉特征分成不同的類型，統(tǒng)計出各個特征類型的比例。另外，將各個特征在影像資料中的辨認(rèn)識別使用方法方式進(jìn)行說明，結(jié)合視頻，根據(jù)人像特征對人像加以識別辨認(rèn)提供可參考的支持?jǐn)?shù)據(jù)。

[1]王志群.刑事相貌技術(shù)[M].北京:中國人民公安大學(xué)出版社,2008:39-42.

[2]廖根為.監(jiān)控錄像系統(tǒng)中人像鑒定問題研究[M].上海:上海人民出版社，2010:65-66.

[3]楊洪臣.視頻人像檢驗技術(shù)規(guī)范[M].北京:中國人民公安大學(xué)出版社,2012:251-257.

[4]趙成文.刑事相貌技術(shù)[M].北京:警官教育出版社,1993:83-86.

[5]趙佳,冷璐,鐘福金.基于軟構(gòu)件的人臉識別系統(tǒng)的開發(fā)與集成[J].微電子學(xué)與計算機,2013(5):43-46.

D918.2

A

2095-7939(2016)01-0063-03

2015-10-20

高一卓（1987-），女，吉林梨樹人，吉林警察學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)系助教，主要從事刑事影像技術(shù)研究。

于 萍）