朱慧玲　鄒文潔

摘 要：二代身份證人臉識別身份認(rèn)證系統(tǒng)主要運(yùn)用多部件融合法、MMP-PCA算法、圖像處理法，進(jìn)行人臉信息的識別。圖像處理法能夠?qū)ι矸葑C中的圖像尺寸、圖像傾斜度進(jìn)行處理，完成圖像眼鏡去除、圖像的灰度值、亮度值調(diào)整等工作。該文主要探討二代身份證快速圖像識別關(guān)鍵技術(shù)，通過多種人臉識別身份認(rèn)證處理技術(shù)的介紹，給出二代身份證人臉識別的關(guān)鍵技術(shù)信息。

關(guān)鍵詞：人臉識別 二代身份證 幾何歸一化 MMP-PCA

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（b）-0019-02

二代身份證在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用廣泛，銀行、超市、政府部門、招聘場所等公共區(qū)域都需要使用二代身份證進(jìn)行業(yè)務(wù)辦理。二代身份證人臉識別身份認(rèn)證系統(tǒng)能夠在明亮或者昏暗的區(qū)域，對身份證的人臉信息完成認(rèn)證活動；也能夠?qū)θ四槇D像較差的身份證進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證的準(zhǔn)確率非常高。

1 人臉識別身份認(rèn)證理論概述

二代身份證采用人臉生物特征，進(jìn)行身份的識別認(rèn)證。人臉識別技術(shù)有3種：個人身份信息識別、信息查詢、人物監(jiān)控定位。個人的臉部特征、身份標(biāo)志一旦錄入到人臉識別系統(tǒng)中，人臉識別系統(tǒng)就會將現(xiàn)有的臉部特征、身份標(biāo)志，與原來輸入的臉部特征、身份標(biāo)志進(jìn)行比對，在比對完成后就能得出準(zhǔn)確結(jié)論。同時個人的臉部特征、身份標(biāo)志在進(jìn)入人臉識別系統(tǒng)后，人臉識別系統(tǒng)就會自動調(diào)出該用戶的所有個人信息，以供信息提取者進(jìn)行使用。人臉識別系統(tǒng)在對個人的臉部特征、身份標(biāo)志進(jìn)行識別的時候，只會發(fā)出“是”或者“否”兩種信號，不會發(fā)出其他的混淆信號。人臉識別系統(tǒng)的監(jiān)控定位功能，能夠?qū)︿浫胄畔⒌娜藛T行動進(jìn)行監(jiān)控與跟蹤，對嫌疑人員進(jìn)行后臺通知與跟蹤。

二代身份證的安全性、保密性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一代身份證所具有的安全特征。二代身份證里面含有獨(dú)立的讀取芯片，公共場所的各種身份讀取機(jī)器都能夠順利讀取身份證中的身份信息。二代身份證通過警察局的電腦系統(tǒng)，將個人信息儲存到二代身份證的讀取芯片中。二代身份證人臉識別認(rèn)證系統(tǒng)，首先通過讀卡器對芯片中的個人信息進(jìn)行讀取。然后運(yùn)用多個攝像頭對身份證中的人臉圖像進(jìn)行掃描記錄，以得到亮度與視角效果最好的人臉圖像。最后對人臉圖像中的信息特征進(jìn)行讀取，對比人臉識別系統(tǒng)中人臉圖像信息，來判定身份證人物的一致性。

2 人臉識別身份認(rèn)證系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)與圖像

人臉識別身份認(rèn)證系統(tǒng)中的身份證讀卡器，能夠?qū)ι矸葑C上的圖像、文字進(jìn)行讀取。兩個攝像頭能夠?qū)€人的臉部特征進(jìn)行錄入，多通道人臉檢測板卡能夠?qū)θ四槇D像信息進(jìn)行識別與分析（見圖1）。在識別分析完畢后，人臉識別身份認(rèn)證系統(tǒng)會將識別結(jié)果進(jìn)行發(fā)送，以供信息需求者隨時查看。人臉識別身份認(rèn)證系統(tǒng)所運(yùn)用的圖像，包括：二代身份證中的原始圖像、攝像頭采集的圖像。二代身份證中的原始圖像是通過壓縮技術(shù)進(jìn)行收錄的低質(zhì)量圖像，圖像的字節(jié)在1 k（大小為102×126像素）范圍左右，圖像像素也較低，鋸齒現(xiàn)象明顯。攝像頭采集的圖像非常清楚，像素也很高，最大的缺點(diǎn)是對光照的明暗不能進(jìn)行人為控制（見圖2）。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 圖像預(yù)處理

圖像預(yù)處理、MMP-PCA算法、數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新，是系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。圖像預(yù)處理是對得到人臉圖像進(jìn)行尺寸確定、傾斜度調(diào)整、眼鏡去除、圖像灰度值調(diào)整、亮度值調(diào)整等。圖像預(yù)處理能夠?qū)⒉煌娜四槇D像處理成統(tǒng)一的規(guī)格與模式，以便多通道人臉檢測板卡對人臉圖像進(jìn)行識別分析。

圖像預(yù)處理需要對人臉圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)縮放處理，以保證人的雙眼在一條水平直線上，同時任務(wù)衣服領(lǐng)口與雙眼中心的距離要保持恒定。所有的圖像尺寸都固定在360×480像素大小，那些不符合要求的二代身份證圖像需要進(jìn)行縮放處理，以保證其達(dá)到360×480像素大小。對于戴眼鏡人群的攝像處理，需要他們將眼鏡去掉或者佩戴無鏡片眼鏡。人臉識別身份認(rèn)證系統(tǒng)運(yùn)用Sobel operator邊緣檢測算法，進(jìn)行人臉圖像邊緣檢測。邊緣檢測能夠查看人臉佩戴眼鏡的情況，可以通過以下步驟對眼鏡進(jìn)行去除：首先要將眼鏡邊緣圍成封閉的弧度，然后對邊緣圍成的封閉進(jìn)行圖像提取，再使用MMP-PCA重建方法對提取后的區(qū)域進(jìn)行圖像補(bǔ)償處理，以保證眼鏡提取后圖像的完整度（見圖3）。

在攝像頭圖像采集的過程中，會由于各種攝像頭成像水平、成像角度的不同，產(chǎn)生成像效果的巨大差異。多通道圖像輸入機(jī)器再對各種人臉圖像輸入的過程中會由于圖像間存在的差異而產(chǎn)生識別障礙。二代身份證圖像、攝像機(jī)拍攝圖像存在的差異，可以通過灰度值標(biāo)準(zhǔn)化予以解決。圖像預(yù)處理能夠使用灰度拉伸處理方法，對二代身份證圖像、攝像機(jī)拍攝圖像的成像原理進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到不同圖像的面部特征保持一致的效果。同時灰度拉伸處理方法還能夠?qū)θ四樀拿娌考?xì)節(jié)進(jìn)行突出，以提高人臉識別的精確度。

3.2 MMP-PCA人臉識別算法

人臉識別身份認(rèn)證系統(tǒng)的核心算法，是MMP-PCA人臉識別算法。MMP-PCA人臉識別算法在識別的精確度、各種識別環(huán)境的適應(yīng)程度，都好于其他的人臉識別算法。MMP-PCA人臉識別算法首先要對人臉的眉毛、眼鏡、鼻子、嘴進(jìn)行準(zhǔn)確定位，然后運(yùn)用人物部件多特征識別算法進(jìn)行各部件的特征計(jì)算，選取最大的特征值對應(yīng)的特征向量，就能夠得到以上5個部位的特征值。然后運(yùn)用公式：S（X，Y）=，進(jìn)行二代身份證人臉圖像、視頻圖像的相似度計(jì)算。（注：X：視頻圖像的投影向量；Y：二代身份證圖像的投影向量。）將以上5個部件的特征值進(jìn)行加權(quán)平均后，就能夠得到二代身份證人臉圖像與視頻圖像的相似度。

3.3 數(shù)據(jù)庫的動態(tài)更新

由于攝像頭拍攝圖像的質(zhì)量不高，攝像頭拍攝人臉圖像的時間與二代身份證圖像拍攝時間的不一致等因素的影響，人臉識別身份認(rèn)證系統(tǒng)在進(jìn)行人物識別的時候會產(chǎn)生一定程度的偏差。因此二代身份證人臉識別身份認(rèn)證也會產(chǎn)生一定的錯誤情況，而數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新方法能夠運(yùn)用數(shù)據(jù)更新的方式，解決人臉圖像的偏差問題。

若沒有數(shù)據(jù)庫參與到二代身份證照片、視頻照片的識別與對比中，他們也能完成相應(yīng)的對比工作，但對比的精度會大大下降。數(shù)據(jù)庫中儲存著所有用戶的身份證號與圖像信息，二代身份證照片、視頻照片可以通過這些信息完成身份的識別工作。系統(tǒng)在二代身份證、視頻照片比對成功后，能夠?qū)?shù)據(jù)庫中的圖像信息進(jìn)行更新。數(shù)據(jù)庫能夠?qū)⑷碌臄z像照片儲存在數(shù)據(jù)庫中，以便未來身份證信息的查看與識別。在全新的攝像照片存儲到數(shù)據(jù)庫中后，再進(jìn)行二代身份證照片的比對就可將更新的數(shù)據(jù)庫圖像，與現(xiàn)實(shí)照片圖像進(jìn)行比對，這樣會大大提高比對的精確度。如果管理員能夠肯定二代身份證照片、視頻照片中的圖像為同一個人的圖像，則也可以對攝像照片進(jìn)行存儲與更新。二代身份證數(shù)據(jù)庫圖像的實(shí)時更新，能夠大大提高再次識別的精確度。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與系統(tǒng)平臺

通過對100個二代身份證照片、視頻圖像進(jìn)行認(rèn)證分析后，得出以下結(jié)論：二代身份證身份認(rèn)證系統(tǒng)錯誤接受率為2.11%，錯誤拒絕率為1.96%，兩者幾乎相等。當(dāng)錯誤接受率在0.1%、1%、10%時候，正確接受率為82.56%、95.03%、99.01%。根據(jù)人臉識別技術(shù)測試軟件的檢測，得出以下結(jié)論：在攝像光源強(qiáng)度不穩(wěn)定的情況下，超高分辨率圖像錯誤接受率為0.001時，錯誤拒絕率為0.102。高分辨率圖像錯誤接受率為0.001時，錯誤拒絕率為0.115。在圖像分辨率很低的情況下，得到的數(shù)據(jù)與以上數(shù)據(jù)過較大差別，因此人臉識別技術(shù)測試的結(jié)果較為準(zhǔn)確。

二代身份證身份認(rèn)證系統(tǒng)在對二代身份證照片進(jìn)行認(rèn)證的過程中，會將人臉與錄入系統(tǒng)的身份證圖像進(jìn)行比對，然后給出其中的人臉相似度。若系統(tǒng)能夠通過二代身份證照片認(rèn)證，則系統(tǒng)會將全新的攝像照片進(jìn)行儲存；若系統(tǒng)沒有通過二代身份證照片的認(rèn)證，則會發(fā)出系統(tǒng)警報(bào)，也會將全新的攝像照片進(jìn)行儲存。

5 結(jié)語

MMP-PCA人臉識別算法，是二代證身份證身份認(rèn)證系統(tǒng)所使用的主要算法。由于二代身份證所使用的壓縮圖像質(zhì)量較差，將二代身份證照片、視頻圖像進(jìn)行比對所得到結(jié)果的精確度也較低。因此MMP-PCA人臉識別算法，對二代身份證照片、視頻圖像進(jìn)行尺寸大小與亮度的處理，成為二代證身份證身份認(rèn)證中最主要環(huán)節(jié)。通過對視頻圖像進(jìn)行角度矯正、縮放處理、眼鏡摘除處理、灰度校正等，能夠縮小視頻圖像與原圖像間的差別。特別是在攝像光源強(qiáng)度不穩(wěn)定的情況下，能夠得到較好的識別效果。

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