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1/6人脸识别系统的原理与发展应用【摘要】地球上居住着近70亿人。每个人的面孔都是由额头、眉毛、眼睛、鼻子、嘴巴、双颊等区域组合而成，它们之间的大体位置关系也是固定的，大小不过七八寸见方。然而，即使是面容极其相似的双胞胎，其家人通常也能够非常容易地根据他们面孔上的细微差异将他们区分开来。我们不得不承认这个世界上找不出两张完全相同的人脸。那么，区分如此众多的不同人脸的“特征”到底是什么?能否设计出具有与人类一样的人脸识别能力的自动机器?这种自动机器的人脸识别能力是否能够超越人类自身?对这些问题的分析和解答无疑具有重要的理论和应用价值，这正是众多从事自动人脸识别研究的研究人员所面临的挑战。【关键词】人脸识别，原理，发展现状一、人脸识别系统原理人脸识别特指利用分析比较人脸视觉特征信息进行身份鉴别的计算机技术。人脸识别是一项热门的计算机技术研究领域，可以将人脸明暗侦测，自动调整动态曝光补偿，人脸追踪侦测，自动调整影像放大；它属于生物特征识别技术，是对生物体（一般特指人）本身的生物特征来区分生物体个体。人脸识别技术一般包含三个部分：人脸检测、人脸跟踪、人脸比对(1)人脸检测面貌检测是指在动态的场景与复杂的背景中判断是否存在面像，并分离出这种面像。一般有下列几种方法：①参考模板法；首先设计一个或数个标准人脸的2/6模板，然后计算测试采集的样品与标准模板之间的匹配程度，并通过阈值来判断是否存在人脸；②人脸规则法；由于人脸具有一定的结构分布特征，所谓人脸规则的方法即提取这些特征生成相应的规则以判断测试样品是否包含人脸；③样品学习法；这种方法即采用模式识别中人工神经网络的方法，即通过对面像样品集和非面像样品集的学习产生分类器。④肤色模型法；这种方法是依据面貌肤色在色彩空间中分布相对集中的规律来进行检测。⑤特征子脸法；这种方法是将所有面像集合视为一个面像子空间，并基于检测样品与其在子孔间的投影之间的距离判断是否存在面像。(2)人脸跟踪面貌跟踪是指对被检测到的面貌进行动态目标跟踪。具体采用基于模型的方法或基于运动与模型相结合的方法。此外，利用肤色模型跟踪也不失为一种简单而有效的手段。(3)人脸比对面貌比对是对被检测到的面貌像进行身份确认或在面像库中进行目标搜索。这实际上就是说，将采样到的面像与库存的面像依次进行比对，并找出最佳的匹配对象。所以，面像的描述决定了面像识别的具体方法与性能。目前主要采用特征向量与面纹模板两种描述方法：①特征向量法；该方法是先确定眼虹膜、鼻翼、嘴角等面像五官轮廓的大小、位置、距离等属性，然后再计算出它们的几何特征量，而这些特征量形成一描述该面像的特征向量。②面纹模板法；该方法是在库中存贮若干标准面像模板或面像器官模板，在进行比对时，将采样面像所有象素与库中所有模板采用归一化相关量度量进行匹配。此外，还有采用模式识别的自相关网络或特征与模板相结合的方法。3/6人脸识别技术的核心实际为“局部人体特征分析”和“图形/神经识别算法”。这种算法是利用人体面部各器官及特征部位的方法。如对应几何关系多数据形成识别参数与数据库中所有的原始参数进行比较、判断与确认。一般要求判断时间低于1秒。二、人脸的识别过程一般分三步：(1)首先建立人脸的面像档案。即用摄像机采集单位人员的人脸的面像文件或取他们的照片形成面像文件，并将这些面像文件生成面纹编码贮存起来。(2)获取当前的人体面像。即用摄像机捕捉的当前出入人员的面像，或取照片输入，并将当前的面像文件生成面纹编码。(3)用当前的面纹编码与档案库存的比对。即将当前的面像的面纹编码与档案库存中的面纹编码进行检索比对。上述的“面纹编码”方式是根据人脸脸部的本质特征和开头来工作的。这种面纹编码可以抵抗光线、皮肤色调、面部毛发、发型、眼镜、表情和姿态的变化，具有强大的可靠性，从而使它可以从百万人中精确地辩认出某个人。人脸的识别过程，利用普通的图像处理设备就能自动、连续、实时地完成。三、人脸识别的发展人脸是人类情感表达和交流的最重要、最直接的载体。通过人脸可以推断出一个人的种族、地域，甚至身份、地位等信息；人们还能通过人脸丰富而复杂细小的变化，得到对方的个性和情绪状态。科学界从计算机图形学、图像处理、计4/6算机视觉、人类学等多个学科对人脸进行研究。最早的人脸识别技术的研究可以追溯到20世纪50年代，当时的研究人员主要涉及的是社会心理学领域；到了60年代，开始有一些工程文献陆续发表出来；但是，真正的自动人脸识别的研究是从20世纪70年代开始的，当时采用的技术基本上都是典型的模式识别技术，例如利用脸部重要特征点之间的距离进行分类识别。随着计算机技术的发展，从80年代到90年代初期，人脸识别技术得到了很大的发展并进入了实际应用领域。在这一阶段，基于人脸外貌的统计识别方法得到了很大的发展，其中在大规模的人脸数据库上进行的实验得到了相当不错的结果。同时，基于人脸特征的识别方法也逐渐发展起来，此类方法对光线和视角的变化、人脸的定位都不太敏感，有利于识别率的提高，但是其采用的特征提取方法还不够成熟和可靠。90年代后期，一些商业性的人脸识别系统逐渐进入市场；近几年来人脸识别作为计算机安全技术在全球范围内迅速发展起来，特别是美国遭受“9·11”恐怖袭击以后，人脸识别技术更引起了广泛的关注。在这一阶段，更多的研究集中在基于视频的人脸识别上面。人脸识别技术具有广泛的应用前景,在国家安全、军事安全和公共安全领域，智能门禁、智能视频监控、公安布控、海关身份验证、司机驾照验证等是典型的应用；在民事和经济领域,各类银行卡、金融卡、信用卡、储蓄卡的持卡人的身份验证、社会保险人的身份验证等具有重要的应用价值；在家庭娱乐等领域，人脸识别也具有一些有趣有益的应用,比如能够识别主人身份的智能玩具、家政机器人、具有真实像的虚拟游戏玩家等。四、人脸识别的意义研究人脸识别在理论和技术上都有重要的意义：一是可以推进对人类视觉系5/6统本身的认识；二是可以满足人工智能应用的需要。采用人脸识别技术，建立自动人脸识别系统，用计算机实现对人脸图像的自动识别有着广阔的应用领域和诱人的应用前景。同时人脸识别作为一种生物体征识别与其它较成熟的识别方法（如指纹、虹膜、DAN检测等）相比有以下几个优点：①无侵犯性，人脸图像的获取不需要被检测人发生身体接触，可以在不惊动被检测人的情况下进行；②低成本、易安装，人脸识别系统只需要采用普通的摄像头、数码摄像机或手机上的嵌入式摄像头等被广泛使用的摄像设备即可，对用户来说也没有特别的安装要求；③无人工参与，整个人脸识别过程不需要用户或被检测人的主动参与，计算机可以根据用户预先的设置自动进行。四、结语人脸识别是一项既有科学研究价值，又有广泛应用前景的研究课题。国际上大量研究人员几十年的研究取得了丰硕的研究成果，自动人脸识别技术已经在某些限定条件下得到了成功应用。这些成果更加深了我们对于自动人脸识别这个问题的理解，尤其是对其挑战性的认识。尽管在海量人脸数据比对速度甚至精度方面，现有的自动人脸识别系统可能已经超过了人类，但对于复杂变化条件下的一般人脸识别问题，自动人脸识别系统的鲁棒性和准确度还远不及人类。这种差距产生的本质原因现在还不得而知，毕竟我们对于人类自身的视觉系统的认识还十分肤浅。但无论如何，赋予计算设备与人类似的人脸识别能力是众多该领域研究人员的梦想。相信随着研究的继续深入，我们的认识应该能够更加准确地逼近这些问题的正确答案。1/6读书的好处1、行万里路，读万卷书。2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。3、读书破万卷，下笔如有神。4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文5、少壮不努力，老大徒悲伤。6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。——颜真卿7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。8、读书要三到：心到、眼到、口到9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。10、一日无书，百事荒废。——陈寿11、书是人类进步的阶梯。12、一日不读口生，一日不写手生。13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿17、学习永远不晚。——高尔基18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向19、学而不思则惘，思而不学则殆。——孔子20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。——培根