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人臉辨認(rèn)技術(shù)是基于人的臉部特征,對(duì)輸入的人臉圖象或者視頻流.首先判斷其是否存在人臉,假如存在人臉,則進(jìn)一步的給出每個(gè)臉的位置、大小和各個(gè)主要面部器官的位置信息。并依據(jù)這些信息,進(jìn)一步提取每個(gè)人臉中所蘊(yùn)涵的身份特征,并將其與已知的人臉進(jìn)行對(duì)比,從而辨認(rèn)每個(gè)人臉的身份。
人臉辨認(rèn)技術(shù)原理分析
人臉由于其易采集的特性,受到很多行業(yè)客戶的關(guān)注,特殊是公安、海關(guān)、商場(chǎng)等。人類天天都在進(jìn)行人臉辨認(rèn),因此也最能接受這種身份認(rèn)證方式。人臉辨認(rèn)的研究始于上世紀(jì)中期,經(jīng)歷了數(shù)十年的努力,現(xiàn)在已經(jīng)可以應(yīng)用在我們的實(shí)際生活中,為我們提供各種便利。
人臉辨認(rèn)主要分為人臉檢測(cè)(facedetection)、特征提取(featureextraction)和人臉辨認(rèn)(facerecognition)三個(gè)過(guò)程.
人臉檢測(cè):人臉檢測(cè)是指從輸入圖像中檢測(cè)并提取人臉圖像,通常采用haar特征和Adaboost算法練習(xí)級(jí)聯(lián)分類器對(duì)圖像中的每一塊進(jìn)行分類。假如某一矩形區(qū)域通過(guò)了級(jí)聯(lián)分類器,則被判別為人臉圖像。
特征提?。禾卣魈崛∈侵竿ㄟ^(guò)一些數(shù)字來(lái)表征人臉信息,這些數(shù)字就是我們要提取的特征。常見的人臉特征分為兩類,一類是幾何特征,另一類是表征特征。幾何特征是指眼睛、鼻子和嘴等面部特征之間的幾何關(guān)系,如距離、面積和角度等。由于算法利用了一些直觀的特征,計(jì)算量小。不過(guò),由于其所需的特征點(diǎn)不能精確選擇,限制了它的應(yīng)用范圍。另外,當(dāng)光照變化、人臉有外物遮擋、面部表情變化時(shí),特征變化較大。所以說(shuō),這類算法只適合于人臉圖像的粗略辨認(rèn),無(wú)法在實(shí)際中應(yīng)用。
表征特征利用人臉圖像的灰度信息,通過(guò)一些算法提取全局或局部特征。其中比較常用的特征提取算法是LBP算法。LBP方法首先將圖像分成若干區(qū)域,在每個(gè)區(qū)域的像素640×960鄰域中用中心值作閾值化,將結(jié)果看成是二進(jìn)制數(shù)。圖3顯示了一個(gè)LBP算子。LBP算子的特點(diǎn)是對(duì)單調(diào)灰度變化保持不變。每個(gè)區(qū)域通過(guò)這樣的運(yùn)算得到一組直方圖,然后將所有的直方圖連起來(lái)組成一個(gè)大的直方圖并進(jìn)行直方圖匹配計(jì)算進(jìn)行分類。
人臉辨認(rèn):這里提到的人臉辨認(rèn)是狹義的人臉辨認(rèn),即將待辨認(rèn)人臉?biāo)崛〉奶卣髋c數(shù)據(jù)庫(kù)中人臉的特征進(jìn)行對(duì)比,根據(jù)相似度判別分類。而人臉辨認(rèn)又可以分為兩個(gè)大類:一類是確認(rèn),這是人臉圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)中已存的該人圖像比對(duì)的過(guò)程,回答您是不是您的問題;另一類是辨認(rèn),這是人臉圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)中已存的所有圖像匹配的過(guò)程,回答您是誰(shuí)的問題。顯然,人臉辨認(rèn)要比人臉確認(rèn)困難,因?yàn)楸嬲J(rèn)需要進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的匹配。常用的分類器有最近鄰分類器、支持向量機(jī)等。
與指紋應(yīng)用方式類似,人臉辨認(rèn)技術(shù)目前比較成熟的也是考勤機(jī)。因?yàn)樵诳记谙到y(tǒng)中,用戶是主動(dòng)配合的,可以在特定的環(huán)境下獲取符合要求的人臉。這就為人臉辨認(rèn)提供了良好的輸入源,往往可以得到滿意的結(jié)果。但是在一些公共場(chǎng)所安裝的成都視頻監(jiān)控探頭,由于光線、角度問題,得到的人臉圖像很難比對(duì)成功。這也是未來(lái)人臉辨認(rèn)技術(shù)發(fā)展必須要解決的難題之一。
現(xiàn)在已有一些機(jī)構(gòu)、高校在進(jìn)行人臉辨認(rèn)新領(lǐng)域、新技術(shù)的研究。如遠(yuǎn)距離人臉辨認(rèn)技術(shù),3D人臉辨認(rèn)技術(shù)等。遠(yuǎn)距離人臉辨認(rèn)系統(tǒng)面臨兩個(gè)主要困難。一是如何從遠(yuǎn)距離獲取人臉圖像。其次,在得到的數(shù)據(jù)并不理想的情況下如何辨認(rèn)身份。從某種意義上來(lái)看,遠(yuǎn)距離人臉辨認(rèn)并不是一個(gè)特定的關(guān)鍵技術(shù)或基礎(chǔ)研究問題。它可看成是一個(gè)應(yīng)用和系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。通常有兩類解決方法用于獲取人臉圖片。一種是高清的固定式攝像機(jī),另一種是使用PTZ控制系統(tǒng)多攝像機(jī)系統(tǒng)。后者更適合于一般情況,不過(guò)其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,造價(jià)也更貴。后者需要考慮如何協(xié)調(diào)多臺(tái)攝像機(jī)的同步操作。一般地,系統(tǒng)由低分辨率廣角攝像機(jī)和高分辨率長(zhǎng)焦攝像機(jī)組成。前者用于檢測(cè)和追蹤目標(biāo),后者用于人臉圖像采集和辨認(rèn)。目前遠(yuǎn)距離人臉辨認(rèn)技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室階段,未來(lái)假如能夠解決上述問題,對(duì)人員布控這樣的應(yīng)用有著重要意義。
3D人臉辨認(rèn)能夠很好地克服2D人臉辨認(rèn)碰到的姿態(tài)、光照、表情等問題。主要原因是2D圖像無(wú)法很好地表示深度信息。通常,3D人臉辨認(rèn)方法使用3D掃描技術(shù)獲取3D人臉,然后建立3D人臉模型并用于辨認(rèn)。不過(guò),3D人臉辨認(rèn)技術(shù)的缺點(diǎn)也是很明顯的。首先它需要額外的3D采集設(shè)備或雙目立體視覺技術(shù),其次,建模過(guò)程需要的計(jì)算量較大。相信隨著未來(lái)芯片技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)計(jì)算能力不再受到制約,采集設(shè)備成本大幅下降的時(shí)候,3D人臉辨認(rèn)將會(huì)成為熱門技術(shù)之一。