人脸识别技术

人脸识别技术简介与研发进展 2014年3月 目录 项目概述系统概述关键技术系统设计项目进展 项目概述 近年来 社会犯罪率呈逐年升高的趋势 给广大公安人员侦破案件增加了难度 由于罪犯群体不断扩大 要人工在数以百万计的人员照片数据库中找出犯罪嫌疑人 不仅费时费力 还有可能造成遗漏等情况 破案的效率大打折扣 安防监控设备拍摄的视频已达海量规模 仅仅依照后期人工查阅视频 经常遇到 看不了 看不完 看不清 找不到 等问题 相关业务实时性低 效率低下 准确性不高 实地拍摄的图像往往容易发生过亮 暗 雾化 模糊等情况 给人工查阅造成困难 人脸识别的自动化 利用计算机来实现人脸识别 就是利用计算机算法 自动从人脸图像中抽取人脸的个性化特征 并采取一定策略 以此特征来检测人脸是否存在 并识别人的身份 人脸识别是近30年模式识别与图像处理领域最热门的研究主题之一 人脸识别是图像分析与机器视觉的最成功应用之一 人脸识别的需求 对身份鉴别的需求重要场所门禁犯罪嫌疑人身份确认在逃人员通缉重点场所布控 出入境 特殊人群身份确认户籍管理网络照片的监控 我们的目标 基于人物的人脸识别 目标 用户拍到的人脸图片 人身图片传输到计算机 利用基于人物的人脸识别软件进行分析 与数据库中的人物特征进行比对 寻找相似度高的图片 1 首先建立人脸的图像数据库 即将含有人脸的图像文件收集起来 分割出能代表人物特征的人脸或人身部分 并将这些部分提取人物特征 编码贮存起来 人脸特征提取人身特征提取海量图像文件处理特征文件高效存储特征文件高效读取特征文件有效管理 我们的目标 基于人物的人脸识别 2 处理当前的图像 将当前的图像进行处理 分割出能代表人物特征的人脸或人身部分 并将这些部分提取人物特征 人脸特征提取人身特征提取特征数据的内存表示 3 当前的人物特征与数据库中的人物特征比较 即将当前的图像的人物特征与数据库中的人物特征进行检索比对 上述的人物特征可以一定程度上抵抗光线 皮肤色调 色偏 倾斜 扭曲等变化 具有强大的可靠性 从而使它可以从百万人中识别出相似的人 特征比对算法 我们的目标 基于人物的人脸识别 4 图像文件的干扰技术 尽量去除色偏 明暗 旋转 放缩 扭曲 截取等图像干扰 色偏调整抗明暗特征提取算法抗放缩特征提取算法图像尺寸的自动调整抗旋转的特征提取算法抗扭曲的特征提取算法 我们的目标 基于人物的人脸识别 5 海量图像文件快速算法 分为两部分 一部分是海量图像如何快速提取海量人物特征 一部分是如何将当前人物特征与海量人物特征比较 多核CPU并行计算多任务分配与管理硬件资源监控文件加载缓冲特征提取并行算法特征比较并行算法 我们的目标 基于人物的人脸识别 6 海量图片 人物特征的管理 主要是对海量人物特征 海量图片 比对结果 日志记录等的有效管理 海量人物特征的数据表达海量人物特征的高效存取人物特征与人脸 人身的关联海量图片的快速显示图片的缩略图表达特征提取并行算法特征比较并行算法 目录 项目概述系统概述关键技术系统设计项目进展 基于人物的人脸识别的流程图 人脸 人身信息数据库 返回相似的图片 特征提取 输入图像 特征比对 抽取和比对人物的人脸 人身特征 建立人物特征数据库的流程图 人脸 人身信息数据库 特征提取 图像分割 数据存储 准备导入图像库的图片 软件模型 图像特征数据库的模型 原始图片 预处理层 特征层 管理层 从原始图片直接抽取到数据预处理层 人脸特征数据库 从预处理层抽取 通过一定的数据结构合并到特征层 通过一定的方式在特征层上建立各种管理操作 查询界面 预览界面 删除界面 人身特征数据库 缩略图数据库 预处理日志数据库 数据集分割 图像分割的数据 原始图像的数据 色偏处理 人脸检测 人身检测 人脸特征提取 人身特征提取 图像分割 特征训练 单人脸图片 单人身图片 多人脸图片 多人身图片 半人身图片 背面图片 其它图片 目录 项目概述系统概述关键技术系统设计项目进展 克服图像不同程度的干扰 仿射变换 放缩 平移 旋转 克服图像不同程度的干扰 模糊 光照 截取 色偏 雾化 克服图像不同程度的干扰 人脸检测算法 人脸检测是指对于任意一幅给定的图像 采用一定的策略对其进行搜索以确定其中是否含有人脸 如果是则返回一脸的位置 大小 一般来说 对包含人脸的图像 许多矩形区域 都能在一定程度上表示出人脸的某些特征 比如表示眼睛区域的颜色比脸颊区域的颜色深 表示鼻梁两侧比鼻梁的颜色要深 同样 其他目标 如眼睛等 也可以用一些矩形区域特征来表示 将这些特征提取出来 加以分类检测 就能够检测出图像中的人脸位置 大小 涉及到矩形特征提取 机器学习 特征分类器 并行计算等算法 尺度不变特征提取算法 获取图像的局部特征 然后再逐个匹配 比较复杂 耗时较长 但相对稳定 同时能处理亮度 平移 旋转 尺度的变化 利用特征点来提取特征描述符 最后在特征描述符之间寻找匹配 对于光线 噪声 轻微视角改变的容忍度也相当高 与并行计算相结合 进行特征提取加速 特征比对加速 是实际应用的一个重要方向 人脸区域的标准化 对图像进行缩小和放大变换 得到统一大小的标准图像 即保证了人脸大小的一致性 体现了人脸在图像平面内的尺度不变性 根据人脸的左右对称性 进行图像自动裁剪 使得人脸位置在裁剪后图像的中部 提现了人脸在图像平面内的平移不变性 部分关键技术的效果 人脸检测 人身检测 特征比对 目录 项目概述系统概述关键技术系统设计项目进展 目标用户的功能模块 人物特征提取的流程设计 光照色偏大小人脸检测人身检测 人身区域 人脸区域 待检测图像 图像数据集 原始图片 预处理 图像分割 人身特征 人脸特征 特征提取 预处理部分 图像预处理的目的是为后续的处理提供良好的图像源 包括 图像增强 滤波 光线补偿 分割 灰度变换等 预处理的输入与输出 存在人身和人脸 存在人脸 存在人身 均不存在 减少图像色偏等干扰划分图像为人脸 人身区域 识别部分 调用人脸识别算法 对图像集合中的人脸图片进行比较和输出 人脸识别的流程 人身部分 人脸部分 人身部分 人脸部分 人脸特征比对 人身特征比对 输入图像 图像数据库 输出匹配结果 单机多核并行 预处理后的图像 特征比对 总体技术架构 图像特征分析方案 软件功能 1 利用人脸特征描述算法 人身特征描述算法 对海量图像文件进行特征提取 形成一个针对海量图像文件的人物特征数据库 2 利用人物特征匹配算法 将选择的图像文件与人物特征数据库进行匹配 选出相似度高的图像 供用户参考 3 用户可以编辑人物特征数据库 保存人物特征相似度比较的结果 4 具有多核CPU并行计算的能力 能够充分利用多个处理器进行快速的特征提取 特征描述和特征匹配 软件功能详述 人脸识别新建人脸识别任务选择一张图像文件 并选择特征数据库 准备将选择的图像文件与特征数据库中的图像比较 找出特征数据库中与其相似的图像 启动人脸识别任务启动当前的人脸识别任务 下方展示进度条 右侧展示识别结果 暂停人脸识别任务暂时停止当前的人脸识别任务 修改人脸识别任务编辑人脸识别任务中的图像文件和特征数据库 需要先暂停任务 保存人脸识别任务保存当前人脸识别任务的选择和结果 软件功能详述 人脸识别加载人脸识别任务加载保存在硬盘上的人脸识别任务 人脸识别任务结果预览在软件右侧展示人脸识别任务的结果缩略图 特征库管理新建特征数据集新建一个空的人物特征数据集 删除特征数据集删除一个选中的人物特征数据集 软件功能详述 特征库管理编辑特征数据集对选中的人物特征数据集进行编辑 调整名字 图像等 特征数据入库选择一个目录 将目录下的文件转换成特征数据 导入指定数据集特征数据集预览在软件右侧 预览选中的特征数据集中的图像 特征数据预览在软件左下角预览选中图像的原始信息和特征信息 软件功能详述 系统管理特征库日志管理对图像特征的抽取 描述 入库过程进行记录 供用户查看 人脸识别日志管理人脸识别过程中 对特征数据集的比对记录 供用户查看 软件远景 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 具有真实面像的虚拟游戏玩家等 软件应用远景 美国 9 11 事件后 反恐怖活动已成为各国政府的共识 加强机场的安全防务十分重要 美国维萨格公司的脸像识别技术在美国的两家机场大显神通 它能在拥挤的人群中挑出某一张面孔 判断他是不是通缉犯 随着技术的进一步成熟和社会认同度的提高 人脸识别技术将应用在更多的领域 1 企业 住宅安全和管理 如人脸识别门禁考勤系统 人脸识别防盗门等 2 公安 司法和刑侦 如利用人脸识别系统和网络 在全国范围内搜捕逃犯 软件应用远景 3 自助服务 如银行的自动提款机 如果用户卡片和密码被盗 就会被他人冒取现金 如果同时应用人脸识别就会避免这种情况的发生 4 信息安全 如计算机登录 电子政务和电子商务 在电子商务中交易全部在网上完成 电子政务中的很多审批流程也都搬到了网上 而当前 交易或者审批的授权都是靠密码来实现 如果密码被盗 就无法保证安全 但是使用生物特征 就可以做到当事人在网上的数字身份和真实身份统一 从而大大增加电子商务和电子政务系统的可靠性 软件应用远景 5 轨道交通 酒店等安全防范 2007年发布的上海市地方标准 重点单位重要部位安全技术防范技术要求 中的城市轨道交通和酒店 办公楼部分明确要求使用人脸识别装置 且轨道交通部分为强制性要求 2009年8月1日实施的北京市地方标准 城市轨道交通安全防范技术要求 中明确要求要有人脸采集系统及使用人脸比对技术 6 临时举办的大型重要会议的安全防范 例如运动会 展览会 代表会 科技大会 宣讲会等 软件特点 软件特点 目录 项目概述系统概述关键技术系统设计项目进展 项目进展 核心功能已完成图像的预处理 光照 色偏 人脸检测人身检测人脸特征提取 多特征 抗放缩 抗平移等 人身特征提取 抗放缩 旋转 平移 模糊等 人脸特征比对人身特征比对界面 数据存储方案已设计完成界面 数据存储 核心功能三者正在对接并行化版本正在开发 部分界面设计 菜单栏 图像数据集合列表 图像展示区 快捷按钮 图像缩略图展示区 人脸识别任务控制区 部分界面设计 菜单栏存放所有功能的菜单列表图像数据集合列表展示当前人物特征库中的数据集合列表 可以查看集合的序号 创建时间 名称 缩略图图像展示区展示当前数据集合中选中的图像 以及图像的特征快捷按钮重要功能 例如图像导入 预处理