劉翔

（山東省煙臺(tái)第二中學(xué)，山東煙臺(tái)，264003）

0 引言

隨著21世紀(jì)的到來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)正在飛速的發(fā)展。人臉識(shí)別技術(shù)也漸漸地融入到我們的生活中來(lái)，面對(duì)頻發(fā)的違法犯罪活動(dòng)，各地監(jiān)控都在不斷收集視頻，從中提取圖像，而傳統(tǒng)的人工識(shí)別方式時(shí)間消耗量大、人員消耗量大，無(wú)法適應(yīng)高速發(fā)展的信息技術(shù)。為了不讓犯罪分子們逍遙法外，我們迫切的需要將人臉自動(dòng)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到對(duì)犯罪分子的鎖定追捕當(dāng)中去，以適應(yīng)當(dāng)今的社會(huì)發(fā)展。

1 人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展歷程

人臉識(shí)別技術(shù)的高速發(fā)展，是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)和生物特征識(shí)別技術(shù)不斷完善與發(fā)展基礎(chǔ)上的，如今人臉識(shí)別技術(shù)已融入到我們生活中的方方面面。人臉識(shí)別技術(shù)的起源可以追溯到高爾頓于1888年在《Nature》上發(fā)表的關(guān)于利用人臉進(jìn)行身份識(shí)別的文章。若將人臉識(shí)別技術(shù)從宏觀上進(jìn)行劃分，大體上可分為早期研究階段、蓬勃發(fā)展階段和實(shí)際應(yīng)用階段三大階段。

1.1 早期研究階段（1964年-1990年）

這一時(shí)期科學(xué)家們就展開(kāi)了對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的研究，當(dāng)時(shí)科學(xué)家們的研究方法簡(jiǎn)單直觀，實(shí)際上就是對(duì)人臉器官特征點(diǎn)及其之間的關(guān)系進(jìn)行分析辨識(shí)，可一旦人臉的面部表情發(fā)生了變化，那么對(duì)人臉識(shí)別的識(shí)別率將會(huì)帶來(lái)不小的沖擊，導(dǎo)致人臉識(shí)別的精確度降低。這也從側(cè)面表明了，在人臉識(shí)別的早期研究階段，我們所取得的成就是不大的，基本上沒(méi)有運(yùn)用到實(shí)際的應(yīng)用中去。

1.2 蓬勃發(fā)展階段（1991年-1997年）

20世紀(jì)九十年代，人臉識(shí)別技術(shù)迎來(lái)了新的發(fā)展高峰，這一時(shí)期由麻省理工學(xué)院的特克（Turk)和潘特(Pentland)提出的“特征臉”方法對(duì)后來(lái)人臉識(shí)別技術(shù)的研究產(chǎn)生的影響尤為巨大?！疤卣髂槨狈椒ň褪菍⑺玫降膱D像變換到一個(gè)子空間上進(jìn)行處理。同時(shí)期麻省理工學(xué)院的布魯內(nèi)里（Brunelli)和波基奧(Poggio)做了一個(gè)關(guān)于結(jié)構(gòu)特征和模板匹配識(shí)別能力的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)得出了模板匹配的方法優(yōu)于結(jié)構(gòu)特征的方法這一結(jié)論。這一研究成果與“特征臉”的方法相互結(jié)合，使得基于結(jié)構(gòu)特征的人臉識(shí)別方法基本停止研究，與此同時(shí)子空間方法也取得了較大的成就。彈性圖匹配技術(shù)、局部特征分析技術(shù)、柔性模型等人臉識(shí)別的重要方法也是在這一時(shí)期提出的。

1.3 實(shí)際應(yīng)用階段（1998年-現(xiàn)在）

人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)入到日趨完善的實(shí)際應(yīng)用階段，此時(shí)的人臉識(shí)別技術(shù)聚焦于如何排除光照、姿態(tài)對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)造成干擾的問(wèn)題，而基奧蓋蒂斯（Georghiades)等人提出的光照錐模型恰是這一時(shí)期排除光照、姿態(tài)對(duì)人臉識(shí)別問(wèn)題產(chǎn)生干擾的的主要方法，之后布蘭茲（Blanz)和維特(Vetter)等提出的3D變形模型則進(jìn)一步提高了人臉識(shí)別的辨識(shí)率，3D變形模型通過(guò)三維掃描儀獲得大量三維數(shù)據(jù)，來(lái)構(gòu)建圓形人臉空間，再將三維模型投影到二維空間與人臉圖像進(jìn)行匹配。此外，沙蘇哈等提出的人臉圖像識(shí)別與繪制技術(shù)也為光照問(wèn)題的解決提供了保障。現(xiàn)在，隨著人臉識(shí)別技術(shù)的進(jìn)一步完善，已經(jīng)將其運(yùn)用到無(wú)人機(jī)識(shí)別、跟蹤鎖定罪犯領(lǐng)域，這大大提高了違法犯罪分子的追捕效率。至此，人臉識(shí)別技術(shù)一直以驚人的速度快速發(fā)展。

2 犯罪分子鎖定中的人臉識(shí)別技術(shù)原理

現(xiàn)在的人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)在犯罪分子的鎖定中發(fā)揮了巨大的作用，其主要的步驟包括人臉檢測(cè)、人臉圖像預(yù)處理、人臉圖像特征提取和人臉圖像匹配與識(shí)別四大部分。具體步驟如下：

2.1 人臉檢測(cè)

人臉檢測(cè)即檢測(cè)人臉，這一步驟實(shí)現(xiàn)了人臉圖像信息的采集，這一步驟可從復(fù)雜的背景環(huán)境中提取犯罪分子的人臉主要面部器官，如：眼睛、鼻子、嘴巴、眉毛、下巴等，人臉識(shí)別系統(tǒng)會(huì)將所得的人臉圖像信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的人臉圖像信息進(jìn)行比對(duì)，并最終判斷是否存在該人臉。

2.2 人臉圖像預(yù)處理

人臉圖像預(yù)處理是對(duì)所得的原始人臉圖像進(jìn)行初步的加工，其主要包括人臉對(duì)準(zhǔn)、人臉圖像增強(qiáng)和歸一化三大部分。通常情況下，犯罪分子的人臉圖像是從監(jiān)控中的得到的，視頻是由一幀幀的圖片得到的，所以得到的犯罪分子的人臉圖像并不清楚，而人臉圖像預(yù)處理則是為了得到清晰的人臉圖像。人臉對(duì)準(zhǔn)是為了將存在偏轉(zhuǎn)的人臉圖像進(jìn)行端正，得到人臉位置端正的圖像。圖像增強(qiáng)使得圖像在視覺(jué)上更加清晰，有利于計(jì)算機(jī)的識(shí)別與處理。原始圖像的大小各不相同，不利于計(jì)算機(jī)的識(shí)別，歸一化使得人臉圖像大小尺寸一樣，從而取得標(biāo)準(zhǔn)化的人臉圖像。

2.3 人臉圖像特征提取

人臉特征提取即人臉表征，是一個(gè)對(duì)人臉面部的特征進(jìn)行建模的過(guò)程。主要是以犯罪分子人臉各器官的形狀及其之間的距離為依據(jù)進(jìn)行的人臉面部特征信息提取，通過(guò)提取的這些人臉面部特征信息，能夠?qū)⒎缸锓肿拥娜四樏娌刻卣髋c信息庫(kù)中的人臉特征模板進(jìn)行比對(duì)。

2.4 人臉圖像匹配與識(shí)別

這一步驟分為一比一的人臉圖像對(duì)比和一比多的人臉圖像匹配兩類(lèi)。一比一的人臉圖像對(duì)比是將已得到的犯罪分子人臉特征與現(xiàn)有的某人員的人臉進(jìn)行一比一的比對(duì)，若相似度超過(guò)某一量化值，則可以判定此人與該犯罪分子是同一人。一比多的人臉圖像匹配是將得到的人臉面部圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)中的許多人的人臉面部圖像進(jìn)行對(duì)比，最終可以得到該犯罪分子的身份信息，將其鎖定。

3 犯罪分子鎖定中的人臉識(shí)別技術(shù)短板及發(fā)展趨勢(shì)

到了信息化的今天，許多人認(rèn)為人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了無(wú)可挑剔的地步，實(shí)際上單單就人臉識(shí)別技術(shù)的識(shí)別率來(lái)講，也不可能達(dá)不到100%的識(shí)別率，可見(jiàn)當(dāng)今的人臉識(shí)別技術(shù)還是受到外界因素影響的。由此也表明，人臉識(shí)別技術(shù)在犯罪分子鎖定方面的應(yīng)用中仍然存在缺陷，具體如下。

(1)在非配合場(chǎng)景中的應(yīng)用。在監(jiān)控視頻下進(jìn)行人臉識(shí)別和在犯罪分子的鎖定和追捕中進(jìn)行人臉識(shí)別時(shí)，人臉識(shí)別的難度將會(huì)升高。這種情況下，識(shí)別對(duì)象臉部的角度會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，甚至臉部會(huì)出現(xiàn)遮擋的情況，這些因素都將大大提升人臉識(shí)別的難度，從而延長(zhǎng)人臉識(shí)別的時(shí)間，并且還會(huì)降低人臉識(shí)別的精確度。

(2)在不同人種和不同年齡情況下進(jìn)行的人臉識(shí)別。人臉識(shí)別技術(shù)的逐步完善是建立在龐大的人臉圖像數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上的，一旦我們想要將人臉識(shí)別從一個(gè)人種遷移到另外一個(gè)人種上，那么人臉識(shí)別的效果將會(huì)出現(xiàn)大幅度的下降。年齡也是如此，隨著年齡的不斷增長(zhǎng)，人臉的面部特征也將發(fā)生不同程度的變化，這也將導(dǎo)致人臉識(shí)別精確度的降低。這也是人臉識(shí)別技術(shù)不足的地方。要想解決這個(gè)問(wèn)題，我們就必須建立一個(gè)數(shù)據(jù)含蓋完備的跨人種、跨年齡的人臉數(shù)據(jù)庫(kù)。

(3)一比多的人臉檢測(cè)中人數(shù)的多少。隨著人數(shù)的增多人臉識(shí)別的難度也是逐漸上升的。準(zhǔn)確度也會(huì)隨著人數(shù)的增多而降低?，F(xiàn)階段，如果人數(shù)過(guò)大，人臉識(shí)別的通過(guò)率將會(huì)比較低。對(duì)此，增加人數(shù)的多少成為人臉識(shí)別的又一大挑戰(zhàn)。

我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到門(mén)禁系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、交通樞紐等方面，未來(lái)人臉識(shí)別技術(shù)將著力于年齡變化、人臉相似性、人種差異、人臉面部遮擋等問(wèn)題?，F(xiàn)階段的人臉識(shí)別技術(shù)已在犯罪分子的鎖定和追捕中發(fā)揮了巨大作用，如時(shí)隔十七年，人臉識(shí)別技術(shù)成功地將一個(gè)轉(zhuǎn)變?yōu)樽〕值臍⑷朔咐K之以法?？梢?jiàn)，人臉識(shí)別技術(shù)在犯罪分子的鎖定和追捕中發(fā)揮著巨大的作用。人臉識(shí)別技術(shù)作為當(dāng)今社會(huì)的熱門(mén)技術(shù)，有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，人臉識(shí)別技術(shù)能夠極大地縮短鎖定犯罪分子的時(shí)間，如人臉識(shí)別技術(shù)可以在人群密集的地方七分鐘鎖定對(duì)象。隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，人臉識(shí)別技術(shù)將來(lái)定會(huì)克服人種差異、年齡變化等問(wèn)題，在犯罪分子的鎖定中發(fā)揮著更加巨大的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)于人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展歷程、基本原理、短板和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)做了簡(jiǎn)單的介紹和對(duì)未來(lái)的展望?？梢钥闯觯四樧R(shí)別技術(shù)自19世紀(jì)90年代開(kāi)始就在不斷發(fā)展與完善，如今人臉識(shí)別技術(shù)憑借其速度快，準(zhǔn)確率高等優(yōu)勢(shì)已在犯罪分子的鎖定等方面展現(xiàn)出其無(wú)可取代的作用。但人臉識(shí)別技術(shù)的局限性，如受人種、年齡、光照條件、面部遮擋等外界因素的影響也限制了人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展。在技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，專(zhuān)業(yè)人士也將著力于人臉識(shí)別技術(shù)局限性的改進(jìn)、通過(guò)科學(xué)家們的不懈努力，人臉識(shí)別技術(shù)將會(huì)增強(qiáng)它的識(shí)別率，這門(mén)技術(shù)也將被應(yīng)用到更加寬闊的領(lǐng)域，達(dá)到一個(gè)全新的高度。