馮宗越 許鵬 徐媛媛 黃永生
摘? 要:現(xiàn)有人臉識別技術(shù)基本基于遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用實現(xiàn),需要依靠多種網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。文中設(shè)計并實現(xiàn)了基于Wi-Fi直連的移動圖像識別系統(tǒng),遠(yuǎn)端服務(wù)器全部依賴于Android客戶端實現(xiàn)服務(wù)調(diào)用和響應(yīng)。同時將Wi-Fi直連技術(shù)與圖像識別技術(shù)相結(jié)合,在一臺Android設(shè)備上完成圖像采集和Wi-Fi直連傳送,在另一臺Android設(shè)備上完成圖像的Wi-Fi接收和識別,從而在整體上完成移動圖像識別系統(tǒng)設(shè)計。
關(guān)鍵詞:移動終端;人臉識別;Android;Wi-Fi直連
中圖分類號:TP311? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A? 文章編號:2096-4706(2023)09-0107-04
Abstract: The existing face recognition technology is basically based on remote service invocation, relying on a variety of network transmission technologies. This paper designs and implements a mobile image recognition system based on Wi-Fi direct connection. Remote servers rely entirely on Android clients for service calls and responses. Simultaneously combining Wi-Fi direct connection technology with image recognition technology, image acquisition and Wi-Fi direct connection transmission are completed on one Android device, and Wi-Fi reception and recognition of images are completed on another Android device, thus completing the overall design of the mobile image recognition system.
Keywords: mobile terminal; face recognition; Android; Wi-Fi direct connection
0? 引? 言
科學(xué)技術(shù)以及社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展使得人們的生活越來越多樣化、信息化[1]。例如當(dāng)今比較成熟的指紋識別技術(shù),在智能設(shè)備上已經(jīng)得到非常廣泛的應(yīng)用。在門禁系統(tǒng)、國家安全部門人員驗證領(lǐng)域應(yīng)用的人臉識別技術(shù),具有較高的可信度。國內(nèi)外的一些廠商和科研機(jī)構(gòu)都在進(jìn)一步深入研究相關(guān)的人臉識別技術(shù)以及應(yīng)用場景,已經(jīng)出現(xiàn)了各種高規(guī)格的應(yīng)用場所,這一切都意味著人臉識別系統(tǒng)將日益普及[2]。
本文研究基于Android系統(tǒng)的Wi-Fi直連技術(shù),并結(jié)合人臉識別相關(guān)算法,實現(xiàn)了基于Wi-Fi直連的移動圖像識別系統(tǒng),該系統(tǒng)具有高度的靈活性、移動性、高效性等特點。
1? 系統(tǒng)分析
基于Wi-Fi直連的移動圖像識別系統(tǒng)研究主要包括基于Android平臺的Wi-Fi直連實現(xiàn)部分,以及人臉圖像相關(guān)算法的實現(xiàn)部分。系統(tǒng)基于Android平臺進(jìn)行設(shè)計與研發(fā),Android平臺具有高度靈活性、極易移植性等特點,方便系統(tǒng)進(jìn)行Wi-Fi直連的相關(guān)設(shè)計實現(xiàn),同時結(jié)合人臉圖像識別算法的相關(guān)研究,可達(dá)到綜合各個學(xué)科技術(shù),研究發(fā)掘新的應(yīng)用模式的目的。該模式將告別C/S(客戶端/服務(wù)器)模式,而是建立在對等的基礎(chǔ)之上,即兩端都是平等相同的,都可以選擇是作為人臉識別服務(wù)器端還是人臉圖像采集端。
1.1? 人臉識別服務(wù)器端的系統(tǒng)分析
該系統(tǒng)服務(wù)器端一方面為另一端的人臉圖像采集端的操作提供接口服務(wù),另一方面為程序的運行及系統(tǒng)資源管理提供各項服務(wù)。相對于人臉圖像采集端,該服務(wù)器端是一個基于Wi-Fi直連的為采集端提供各項服務(wù)后臺的服務(wù)端。人臉識別服務(wù)器端主要包含Wi-Fi AP直連熱點建立、算法測試、訓(xùn)練圖像采集、判斷識別等功能。服務(wù)器端的主要功能分析如表1所示。
1.2? 人臉采集端的系統(tǒng)分析
人臉采集端中的功能模塊相對比較少。其中為了防止其他用戶隨意使用該采集端進(jìn)行非法操作,所以設(shè)置了用戶名和密鑰來核對用戶的合法性。當(dāng)驗證通過才會進(jìn)入服務(wù)頁面,人臉采集端需求分析如表2所示。
2? 系統(tǒng)設(shè)計
Android系統(tǒng)采用了Java的運行虛擬機(jī)技術(shù),使得Android系統(tǒng)在跨平臺上有著極大的優(yōu)越性。本章節(jié)就是利用了Android平臺設(shè)計了一個基于Wi-Fi直連的人臉識別系統(tǒng),該系統(tǒng)集成到一個獨立的APP應(yīng)用上,只要安裝上就可以實現(xiàn)對遠(yuǎn)程范圍內(nèi)的人臉進(jìn)行識別和驗證。其原理是:一臺設(shè)備用來采集和發(fā)送圖像,另一臺Android設(shè)備用來接收圖像數(shù)據(jù)及進(jìn)行訓(xùn)練識別等操作。結(jié)合本節(jié)研究的Wi-Fi直連的AP直連方式,實現(xiàn)兩臺Android設(shè)備之間的直接通信,而不需要額外的無線介質(zhì)。當(dāng)然圖像數(shù)據(jù)采集端也可以是小型的單片機(jī)或者Linux系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備等。
本部分利用Android平臺所具有的優(yōu)勢來完成圖像數(shù)據(jù)采集。提出一種人臉識別系統(tǒng)的新思路,可以根據(jù)該對等模式來進(jìn)行實際的應(yīng)用研究,例如小型智能化移動人臉識別系統(tǒng)、臨時的安全人臉檢測系統(tǒng)等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.1? 人臉圖像采集端設(shè)計
本文所設(shè)計的采集端是基于Android平臺開發(fā)的,該系統(tǒng)除了基礎(chǔ)模塊外,還包括圖像采集模塊、裁剪模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、登錄驗證模塊等[3]。該采集端是基于Wi-Fi AP接入點與人臉識別服務(wù)器端進(jìn)行直連通信。其運行流程如下:
1)系統(tǒng)啟動首先會進(jìn)入開始頁面,隨后跳轉(zhuǎn)到登錄界面,登錄界面會要求輸入用戶名和密碼,點擊登錄會執(zhí)行checkLogin()函數(shù)驗證手機(jī)號和密鑰是否正確,正確后函數(shù)返回boolean值True并依次執(zhí)行下一服務(wù)。
2)通過上述的驗證服務(wù)后,進(jìn)入主服務(wù)界面。在驗證之前要首先調(diào)用攝像頭采集人臉圖像,當(dāng)成功返回完攝像頭采集的圖像后,還需要對該圖像進(jìn)行裁剪。裁剪成81×81大小的圖像,裁剪完成后,該圖像會顯示在該頁面的ImageView控件上,讓用戶去選擇是否使用該圖片,還是選擇重新采集人臉圖像。
3)確定好要識別的人臉圖像后,點擊驗證按鈕,圖像數(shù)據(jù)會通過Wi-Fi直接傳送到人臉識別服務(wù)器端,等待服務(wù)器端返回的識別結(jié)果。如果返回結(jié)果為1,表示圖像發(fā)送成功,且已得到服務(wù)器端識別響應(yīng);其余情況則表示未正確得到服務(wù)器端的響應(yīng)。
4)以上為一張人臉圖像識別的完整過程,如果需要再次識別,則只需從第2步驟執(zhí)行即可。
以下為人臉系統(tǒng)采集端的具體設(shè)計與實現(xiàn):
1)啟動該系統(tǒng),首先進(jìn)入啟動頁面,隨后進(jìn)入到登錄頁面,需要校驗手機(jī)號和密鑰,校驗通過之后,跳轉(zhuǎn)到采集端的主要服務(wù)頁面。分別如圖2所示。
2)人臉圖像的采集主要依靠該系統(tǒng)的圖像采集模塊。點擊采集圖像按鈕會調(diào)用Android系統(tǒng)的攝像頭進(jìn)行圖像采集,圖像采集結(jié)束后,返回的圖像數(shù)據(jù),并不是所需要的最終圖像數(shù)據(jù)。
3)采集的圖像數(shù)據(jù),根據(jù)Android系統(tǒng)的不一致以及硬件的不同,所以圖像數(shù)據(jù)也不同,還需要進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)化裁剪等工作。系統(tǒng)調(diào)用圖像裁剪模塊,裁剪出標(biāo)準(zhǔn)的81×81大小的圖像。當(dāng)裁剪成功后,會將人臉圖像顯示到該頁面的ImageView控件上。
4)經(jīng)過圖像的采集、標(biāo)準(zhǔn)化工作后,使得這些圖像達(dá)到正常識別的圖像標(biāo)準(zhǔn)。點擊驗證按鈕后,系統(tǒng)首先會把圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到移動服務(wù)器端,等待返回數(shù)據(jù),根據(jù)返回不同的數(shù)據(jù)來判斷驗證的結(jié)果。移動Android系統(tǒng)采集端的流程圖如圖3所示。
2.2? 移動人臉識別服務(wù)器端設(shè)計
服務(wù)器端充分利用Android平臺來開發(fā),所有的Android設(shè)備都可以集成該功能。服務(wù)器端主要包含有Wi-Fi模塊(保證網(wǎng)絡(luò)通信)、測試模塊(測試是否可以正常識別)、采集人臉圖像模塊、數(shù)據(jù)處理模塊(執(zhí)行圖像的裁剪等功能)、網(wǎng)絡(luò)模塊(保證圖像數(shù)據(jù)的接收以及結(jié)果的返回)等。該服務(wù)器端開啟某個端口,實時接收采集端發(fā)送過來需要識別的人臉圖像數(shù)據(jù),一旦接收到需要識別的圖像數(shù)據(jù)之后,顯示在服務(wù)器的ImageView圖片控件上,同時進(jìn)行識別,當(dāng)服務(wù)器完成這一過程之后返回值1,其他情況返回非1值。系統(tǒng)的各個模塊做如下介紹。
2.2.1? Wi-Fi AP直連模塊
系統(tǒng)啟動后首先會進(jìn)入這個頁面,需要設(shè)置Wi-Fi AP直連的SSID和密鑰。點擊開啟后就可以正常的啟用Wi-Fi AP,成功開啟后人臉圖像采集端就可與該服務(wù)器直接進(jìn)行連接,實現(xiàn)通信。只有當(dāng)AP直連成功開啟后才能進(jìn)入下一功能頁面。Wi-Fi AP直連的設(shè)置頁面如圖4所示。
2.2.2? 功能選擇與測試模塊
在上一步成功開啟Wi-Fi AP熱點后,進(jìn)入下一服務(wù)。該服務(wù)頁面主要包括五個選項,分別是開啟服務(wù)、測試服務(wù)、設(shè)備信息、幫助、退出系統(tǒng)。進(jìn)入系統(tǒng)后可以首先測試該系統(tǒng)的訓(xùn)練和識別算法是否可以正常運行。圖5為測試服務(wù)頁面。
測試功能首先對SD卡特定路徑下的圖片進(jìn)行訓(xùn)練,得到各個圖像的特征。然后可以選擇SD卡下特定的測試路徑的某張圖片來進(jìn)行識別。例如選擇測試庫的第1張圖像來測試,如圖5將識別的人臉圖片和測試圖片顯示出來。
2.2.3? 訓(xùn)練模塊等相關(guān)頁面
該模塊一方面啟動訓(xùn)練操作,另一方面開啟網(wǎng)絡(luò)端口的監(jiān)聽等功能。其部分擁有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的通信功能、圖像訓(xùn)練及識別部分、增加人臉識別訓(xùn)練庫部分功能。為了讓某個人臉能夠通過識別,就需要使用增加該人臉圖像到庫的功能。當(dāng)增加人臉到訓(xùn)練人臉庫后,首先需要對該庫進(jìn)行訓(xùn)練,訓(xùn)練結(jié)束后才能開啟識別服務(wù)。如圖6(a)為主要服務(wù)界面,圖6(b)為正在對訓(xùn)練庫進(jìn)行訓(xùn)練。
3? 系統(tǒng)測試
在系統(tǒng)進(jìn)入實際使用之前,系統(tǒng)測試是必不可少的工作。通過系統(tǒng)測試可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的功能缺陷、系統(tǒng)漏洞、系統(tǒng)性能不足等問題。系統(tǒng)測試主要從功能測試和性能測試上進(jìn)行[4],下面首先對人臉采集端的功能進(jìn)行測試。
人臉采集端通過一系列步驟或用戶的輸入,與輸出結(jié)果和預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比,以測試所設(shè)計應(yīng)用程序是否達(dá)到要求。測試用例及結(jié)果如表3所示。
通過以上測試來檢驗該應(yīng)用的性能及各項指標(biāo),通過表3可得程序測試通過。以下將對人臉識別服務(wù)器端進(jìn)行測試,測試用例及結(jié)果如表4所示。
經(jīng)過上面的步驟及測試工作已經(jīng)做好了充足的準(zhǔn)備。以下將對主要實現(xiàn)及成果進(jìn)行展示。為了能從移動采集端接收到識別圖片,需要開啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來不停監(jiān)聽某一個端口,當(dāng)有采集端發(fā)送圖片流時,服務(wù)器端讀取到該流后生成圖像,然后調(diào)用識別函數(shù),等待識別結(jié)果,得出結(jié)果后,把該圖像得到的正確地識別反饋到人臉圖像采集端。
首先,在人臉識別服務(wù)器端采集多張人臉,作為人臉訓(xùn)練集。每個人可以采集多張圖像,這樣在進(jìn)行圖像識別時有更多特征臉來進(jìn)行比對,使識別結(jié)果更加準(zhǔn)確。
然后,服務(wù)器端對采集的圖像進(jìn)行訓(xùn)練,為下一步的識別做好準(zhǔn)備。訓(xùn)練結(jié)束后,系統(tǒng)首先會提示訓(xùn)練的時長。最后,開啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接收測試人臉圖像樣本。
圖7為采集的一張人臉圖像,以及服務(wù)器端接收到圖像后進(jìn)行顯示,并且對是否得到正常識別的結(jié)果進(jìn)行返回。
圖8顯示,采集端得到了從服務(wù)器端返回的圖片且可以正常被服務(wù)器端接收,并且得到了正確識別的結(jié)果。
同時針對四種機(jī)型(不同的數(shù)據(jù)處理能力,不同的運行內(nèi)存)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的實驗,該實驗分別在500張人臉圖像和1 000張圖像下的人臉庫上進(jìn)行訓(xùn)練,并且分別對所耗時間進(jìn)行記錄。通過分析,基本配置的設(shè)備都可以滿足圖像訓(xùn)練的需要。
通過以上測試,已經(jīng)初步達(dá)到了本章所設(shè)計與研發(fā)要求。同時可以對該系統(tǒng)進(jìn)行另外的擴(kuò)展工作,例如會場人員檢測、門禁控制系統(tǒng)等場景的應(yīng)用[5,6]。
4? 結(jié)? 論
設(shè)計與實現(xiàn)了基于Wi-Fi直連的移動圖像識別系統(tǒng),在兩臺Android手機(jī)設(shè)備上實現(xiàn)直連通信,并且結(jié)合人臉識別的相關(guān)理論基礎(chǔ),提出了NIB2DPCA過完整特征提取方法,并將此方法與Wi-Fi直連技術(shù)相結(jié)合,最終在移動Android平臺上實現(xiàn)了該系統(tǒng)的應(yīng)用研究。
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作者簡介:馮宗越(1990—),男,漢族,山東臨清人,高級工程師,碩士研究生,研究方向:計算機(jī)技術(shù)。