畢招嶺

（公安部第三研究所，上海 201204）BI Zhao-ling(The Third Research Institute of the Ministry of Public Security,Shanghai201204,China)

1 人臉識(shí)別技術(shù)原理

人臉識(shí)別技術(shù)屬于生物特征識(shí)別技術(shù)之一，通常也叫人像識(shí)別、面部識(shí)別等。通過(guò)攝像機(jī)或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，運(yùn)用計(jì)算機(jī)與生物傳感器等高科技手段結(jié)合，從人像中提取個(gè)性化的生物特征，從提取到的生物特征與數(shù)據(jù)庫(kù)里的特征比對(duì)，當(dāng)比對(duì)達(dá)到一定的閾值即可確認(rèn)比對(duì)結(jié)果。

圖1 人臉識(shí)別流程

2 人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

人臉識(shí)別技術(shù),已經(jīng)有幾十年的技術(shù)積累，技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相對(duì)成熟，特別是近年來(lái)，借助人工智能、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)更是取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，并且在金融、安防、教育、醫(yī)療、交通等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。無(wú)論是開(kāi)設(shè)銀行賬戶、手機(jī)解鎖、網(wǎng)絡(luò)支付，還是打開(kāi)小區(qū)門(mén)禁和自家房門(mén)，都有采用“刷臉”方式。目前人臉識(shí)別技術(shù)已發(fā)展成計(jì)算機(jī)視覺(jué)中最重要的領(lǐng)域之一。

3 人臉識(shí)別存在的安全風(fēng)險(xiǎn)

隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的移動(dòng)設(shè)備配有人臉識(shí)別功能，人臉識(shí)別解鎖、人臉識(shí)別支付成為應(yīng)用最廣泛的場(chǎng)景。2017年以美國(guó)蘋(píng)果公司為代表的多家手機(jī)廠商推出具備人臉識(shí)別解鎖功能的手機(jī)，同年9月份阿里巴巴旗下螞蟻金服宣布在杭州KFC推出“刷臉支付”服務(wù)。相對(duì)于輸入密碼的解鎖、支付模式，刷臉?lè)绞酱_實(shí)更加便捷。

雖然人臉識(shí)別技術(shù)給我們的生活帶來(lái)很多便捷，但是，由于人臉存在易偽裝、相似度高、被動(dòng)識(shí)別等缺點(diǎn)，導(dǎo)致臉識(shí)別技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的密碼、指紋等安全措施，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。

3.1 容貌容易被偽裝

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，人臉3D模型和人皮面具的產(chǎn)生將對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)造成極大的挑戰(zhàn)。2016年，美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)依靠照片進(jìn)行技術(shù)處理之后，建成了人臉3D模型，然后利用這個(gè)模型去測(cè)試人類識(shí)別系統(tǒng)。測(cè)試的結(jié)果讓人驚駭：80%的人類3D模型騙過(guò)了系統(tǒng)的檢測(cè)。也就是說(shuō)，一旦犯罪分子使用高仿人臉3D模型，或者電影中常出現(xiàn)的人皮面具，那么，很可能將輕松地騙過(guò)現(xiàn)在的人臉識(shí)別系統(tǒng)。

3.2 相似度不斷提高

整容技術(shù)不斷提高，人造美女越來(lái)越多，以至于出現(xiàn)撞臉情況。每一張臉都有兩只眼睛，一個(gè)鼻子，一張嘴巴組成，不同個(gè)體之間的區(qū)別本身就不大，整容水平又不斷提高，更降低了個(gè)體的差異性，提高了群體的相似性，給人臉識(shí)別技術(shù)帶來(lái)挑戰(zhàn)的同時(shí)也增加了人臉識(shí)別解鎖、支付等應(yīng)用的安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。

3.3 容易被動(dòng)識(shí)別

人臉識(shí)別過(guò)程可謂簡(jiǎn)單快捷，只需通過(guò)前移動(dòng)或便攜設(shè)備便可獲取人臉圖像或視頻，完成人臉識(shí)別過(guò)程。正是這樣簡(jiǎn)單便捷，使人臉識(shí)別解鎖、人臉識(shí)別支付容易在非主觀意愿的情況下發(fā)生，比如在睡覺(jué)、昏迷、醉酒或不知情等情況下，被動(dòng)完成解鎖或支付過(guò)程，使用人臉識(shí)別解鎖或支付，無(wú)疑告訴所有人我的密碼就寫(xiě)在我的臉上。

4 當(dāng)前主流的人臉識(shí)別技術(shù)

4.1 蘋(píng)果三維成像的圖像識(shí)別技術(shù)

蘋(píng)果的Face ID是基于三維成像的圖像識(shí)別技術(shù)，它需要特定的主動(dòng)光照射系統(tǒng)以及專用攝像頭進(jìn)行配合，通過(guò)采集得來(lái)的數(shù)據(jù)建立一個(gè)頭像三維建模，該模型將存儲(chǔ)在手機(jī)之中，此后每一次的面部識(shí)別都會(huì)與之比較，重合度達(dá)到一定的程度后將發(fā)出識(shí)別正確的信號(hào)，從而完成人臉識(shí)別的整個(gè)過(guò)程。

4.2 華為3D人臉識(shí)別技術(shù)

華為3D人臉識(shí)別技術(shù)采用3D結(jié)構(gòu)光的原理，華為Mate 20 Pro在錄制人臉數(shù)據(jù)時(shí)，前置的散斑投射器，會(huì)將30000個(gè)不可見(jiàn)的小光點(diǎn)，投射到人臉的各個(gè)特征結(jié)構(gòu)上，以獲得面部深度信息；同時(shí)，紅外補(bǔ)光燈開(kāi)啟，獲得人臉的特征信息。系統(tǒng)再通過(guò)紅外相機(jī)拍攝和分析這些信息，從而獲得精準(zhǔn)的人臉數(shù)據(jù)。

4.3 支付寶人臉識(shí)別技術(shù)

支付寶人臉識(shí)別技術(shù)與蘋(píng)果和華為的人臉識(shí)別技術(shù)不同，蘋(píng)果和華為更依賴于硬件傳感器，而支付寶是運(yùn)行在多種設(shè)備上的，所以，支付寶更依賴于算法。支付寶人臉識(shí)別技術(shù)各個(gè)環(huán)節(jié)全部基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（DCNN），它集計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理于一體，利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)從視頻中提取人像特征點(diǎn)，利用生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理分析建立數(shù)學(xué)模型，即人臉特征模板。利用已建成的人臉特征模板與被測(cè)者的人的面像進(jìn)行特征分析，根據(jù)分析的結(jié)果判斷是否同一個(gè)人。

5 人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展建議

當(dāng)前主流技術(shù)雖然在一定程度上提高了人臉識(shí)別的準(zhǔn)確性，但是對(duì)人臉的易偽裝、相似度高、被動(dòng)識(shí)別等缺點(diǎn)并沒(méi)有很好地解決。人臉識(shí)別存在的弊端及安全隱患，無(wú)法滿足日益豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。各種人臉識(shí)別技術(shù)不斷豐富，并且準(zhǔn)確度不斷提升，顯然目前人臉識(shí)別技術(shù)的難點(diǎn)不再是如何識(shí)別人臉，而是如何讀懂人臉的表情信息[2]。人臉表情在人與人溝通中必不可少，并且傳遞著豐富的信息，用表情表達(dá)喜怒哀樂(lè)，用眼神、撅嘴、吐舌頭等方式傳遞信息。使人臉識(shí)別技術(shù)讀懂人臉表情，可以通過(guò)表情信息組合加密，就像密碼一樣，明知道是0～9的數(shù)字，但是卻不知道密碼。表情信息同樣如此，或是眨眼睛或是吐舌頭或是微笑，或是表情組合等。

5.1 通過(guò)四維人臉識(shí)別讀懂人臉表情信息

四維人臉識(shí)別與三維人臉識(shí)別及活體檢測(cè)的不同之處在于：四維人臉識(shí)別是對(duì)人臉表情發(fā)生變化的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行識(shí)別，而三維人臉識(shí)別是對(duì)靜態(tài)的人臉特征進(jìn)行識(shí)別，活體檢測(cè)是根據(jù)提示信息，做相應(yīng)的動(dòng)作，通過(guò)眨眼、張嘴、搖頭、點(diǎn)頭等組合動(dòng)作，驗(yàn)證用戶是否為真實(shí)活體本人操作。因此，四維人臉識(shí)別關(guān)鍵在于人臉的持續(xù)形變和面部不同區(qū)域的肌肉運(yùn)動(dòng)上，而非靜態(tài)的人臉特征。人的面部有額肌皺眉肌、降眉間肌、鼻孔壓縮肌、門(mén)齒肌等42塊肌肉，表情變化會(huì)調(diào)動(dòng)不同的肌肉變化，而肌肉變化激烈程度、次序、速度也不盡相同，所形成的紋理也不盡相同?；趧?dòng)態(tài)圖像的特征提取方法主，對(duì)人臉的持續(xù)形變和面部不同區(qū)域的肌肉運(yùn)動(dòng)進(jìn)行特征和規(guī)律提取，然后根據(jù)提取的表情信息進(jìn)行表情比對(duì)以及表情分類。

5.2 通過(guò)表情信息避免傳統(tǒng)人臉識(shí)別技術(shù)弊端

表情信息識(shí)別，是人機(jī)交互的一個(gè)過(guò)程，改變了人臉識(shí)別的被動(dòng)性，可以有效避免在睡覺(jué)、昏迷、醉酒或不知情等情況下發(fā)生解鎖或支付過(guò)程。表情識(shí)別可大幅提高對(duì)偽裝人臉相似人臉的辨識(shí)度，在表情識(shí)別過(guò)程中人的面部肌肉會(huì)隨之發(fā)生變化，即便是偽裝的臉或相似的臉，在表情發(fā)生變化的時(shí)候，面部肌肉運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及所形成的紋理也會(huì)不同，所以可以提升對(duì)偽裝臉或相似臉的辨識(shí)度。表情識(shí)別用當(dāng)前流行的一句話說(shuō)就是“確認(rèn)過(guò)眼神，遇見(jiàn)了對(duì)的人”。

6 結(jié)語(yǔ)

人臉識(shí)別技術(shù)已取得了巨大成就，隨著科技的發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)在某些領(lǐng)域確實(shí)發(fā)揮了不小的作用，但是，由于實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景不斷豐富，傳統(tǒng)的人臉識(shí)別技術(shù)在解鎖、支付等應(yīng)用中仍然存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。所以，人臉識(shí)別技術(shù)仍需要提供更豐富的解決方案，使人臉識(shí)別技術(shù)得以更廣泛的應(yīng)用。