[科普中國]-面部識別系統(tǒng)

面部識別軟件

臉是標識您身份的重要元素，別人也會通過你的臉來辨認您。請想象一下，如果所有的面孔都是相同的，識別出一個人該是多么的困難。除了長得幾乎完全一樣的雙胞胎之外，面孔毫無疑問是一個人最獨一無二的物理特征。不只是人有識別和區(qū)分數(shù)百萬張不同面孔的先天能力，計算機現(xiàn)在也正在迎頭趕上人的這種能力。

總部位于新澤西的Visionics公司是面部識別技術(shù)的眾多開發(fā)者之一。該公司開發(fā)了一個名為FaceIt的特殊軟件，它的奇特之處在于，它能夠從擁擠人群中捕捉某人的面孔，將該面孔從背景中提取出來并與數(shù)據(jù)庫中存儲的圖像進行對比。為了能夠順利工作，該軟件必須知道一張基本面孔看起來是怎樣的。面部識別軟件必須能夠首先識別出面孔（這取決于它自身的技術(shù)水平），然后再測量每張面孔的各種特征。如果照鏡子，您會發(fā)現(xiàn)臉具有一些可辨別的標志。臉上的凸出部分和凹陷部分構(gòu)成了不同的面部特征。Visionics將這些標志定義為節(jié)點。人臉大約有80個節(jié)點。

以下是該軟件測量的幾個節(jié)點：

兩眼之間的距離、鼻子的寬度、眼窩的深度、顴骨、下頜輪廓、下顎。

測量這些節(jié)點的目的在于產(chǎn)生一個數(shù)字代碼（一串數(shù)字），它在數(shù)據(jù)庫中代表該面孔。該代碼稱作面紋。對于FaceIt軟件，只需要14-22個節(jié)點數(shù)據(jù)即可完成識別過程。在下一節(jié)中，我們將介紹該系統(tǒng)如何檢測、捕獲和存儲面孔。

工作原理面部識別軟件可歸入名為生物識別的一大類技術(shù)。生物識別技術(shù)使用生物信息來驗證身份。生物識別背后的理論是：我們的身體包含一些獨一無二的特征，可以使用它們將我們與他人區(qū)分開。除了面部識別之外，生物識別身份驗證方法還包括：指紋掃描、視網(wǎng)膜掃描、語音識別。

面部識別方法有多種，但是通常涉及捕獲、分析和對比等一系列步驟，將你的面孔與數(shù)據(jù)庫中存儲的圖像進行對比。以下是FaceIt 系統(tǒng)用于捕獲和對比圖像的基本過程：

為了確定某人的身份，面部識別軟件將新近捕獲的圖像與數(shù)據(jù)庫中存儲的圖像進行對比。

檢測——當系統(tǒng)連接到視頻監(jiān)視系統(tǒng)后，識別軟件會在攝影機的視野中搜尋面部信息。如果在視野中存在一張面孔，它會在幾分之一秒的時間內(nèi)檢測到它。它使用多尺度算法以低分辨率搜索面部圖像。（算法是提供一組指令以完成特定任務(wù)的一個程序）。系統(tǒng)只有在檢測到類似頭部的形狀后，才切換到高分辨率搜索。

對齊——一旦檢測到面部圖像，系統(tǒng)會確定頭部的位置、大小和姿態(tài)。只有在面部與攝像機至少成35度角的情況下，系統(tǒng)才會記錄它。

標準化——頭部圖像經(jīng)過縮放和旋轉(zhuǎn)，以便能記錄和映射到相應(yīng)的大小和姿態(tài)。無論頭部的位置如何以及相距攝像機的距離有多遠，都可以執(zhí)行標準化過程。光線不會對標準化過程產(chǎn)生影響。

表示——系統(tǒng)將面部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個唯一的代碼。通過編碼，可以更加容易地將新近捕獲的面部數(shù)據(jù)與存儲的面部數(shù)據(jù)進行比較。

匹配——將新捕獲的面部數(shù)據(jù)與存儲的數(shù)據(jù)進行對比，并（在理想情況下）鏈接到至少一個已存儲的面部圖像。

FaceIt 面部識別系統(tǒng)的核心是局部特征分析（LFA）算法。這是系統(tǒng)在對面孔進行編碼時使用的數(shù)學(xué)技術(shù)。系統(tǒng)對面孔進行測量，并生成一個面紋，即面部的唯一數(shù)字代碼。在存儲了面紋之后，系統(tǒng)會將它與數(shù)據(jù)庫中存儲的成千或成百萬的面紋數(shù)據(jù)進行對比。每個面紋都存儲為一個84字節(jié)的文件。

面部識別系統(tǒng)通過使用面部識別軟件，警察可以縮放攝像機畫面并拍攝某個面孔。

系統(tǒng)可以用每分鐘6000萬張面孔的速度對內(nèi)存中的面紋數(shù)據(jù)進行匹配，對于硬盤中的面紋數(shù)據(jù)，每分鐘可以匹配1500萬張面孔。在進行對比時，系統(tǒng)會用介于1到10之間的一個值來表示對比結(jié)果。如果該值大于預(yù)先定義的閾值，則宣布找到一個匹配結(jié)果。然后，操作人員可以查看被宣布為匹配項的兩張照片，確定計算機的工作是否準確。

與其他生物識別技術(shù)一樣，面部識別被認為是一種會在不遠的將來得到廣泛使用的技術(shù)。在下一節(jié)中，我們將介紹它現(xiàn)在的使用情況。FaceIt這樣的面部識別軟件的主要用戶一直是一些執(zhí)法機構(gòu)，它們使用這些系統(tǒng)在擁擠的人群中捕獲隨機出現(xiàn)的面孔。然后，將這些面孔與數(shù)據(jù)庫中犯罪分子的照片進行對比。除了進行執(zhí)法和安全監(jiān)視之外，面部識別軟件還有其他幾個用途，包括：消除投票欺詐、取款身份驗證、計算機安全。

應(yīng)用墨西哥政府對面部識別系統(tǒng)的使用可稱為是最具創(chuàng)新的用法之一，他們使用此技術(shù)找出舞弊的選民（通過重復(fù)登記）。為了控制選舉結(jié)果，有人會以不同姓名多次登記注冊，以便能夠多次投票。使用傳統(tǒng)方法并不容易找出這些人。

許多人不去銀行柜臺取錢，而是使用取款機。面部識別可消除可能發(fā)生的犯罪活動。

借助面部識別技術(shù)，官員們可以通過搜索選民數(shù)據(jù)庫中的面部圖像來找出重復(fù)登記的選民。他們將新圖像與檔案中的記錄進行對比，找出試圖使用多個姓名進行登記的人。在墨西哥2000年的總統(tǒng)選舉中曾使用了此技術(shù)，而且預(yù)計將很快應(yīng)用到地方選舉中。

其他潛在應(yīng)用還包括ATM機和取款時的安全性。軟件可以快速驗證客戶的面孔。在得到用戶同意后，ATM機或取款柜臺會拍攝客戶的數(shù)字照片。然后，F(xiàn)aceIt軟件使用該照片生成一個面紋，避免客戶身份失竊和欺詐交易。使用面部識別軟件后，無需再使用身份證、銀行卡或個人識別號（PIN）來確認客戶的身份。

這種生物識別技術(shù)還可以用于保護計算機文件的安全。通過在計算機上安裝網(wǎng)絡(luò)攝像頭和面部識別軟件，可以將您的臉變成進入計算機所需的密碼。IBM已經(jīng)在其A、T和X系列的Thinkpad筆記本電腦上的屏幕保護程序里融入了這種技術(shù)。

面部識別軟件可用來鎖定您的計算機。

盡管可以使用面部識別技術(shù)保護您的私人信息，但是只需要在您沒有察覺的情況下拍攝一張照片就可以輕易入侵系統(tǒng)并獲取您的隱私。與其他許多正在不斷發(fā)展的技術(shù)一樣，面部識別技術(shù)雖然具有難以置信的潛能，但是仍存在一些缺陷。

2013年3月5日，美國紐約州州長安德魯·科莫宣布，紐約州采用面部識別技術(shù)對1.3萬起身份證欺詐案進行調(diào)查，逮捕了2500名嫌犯，此外還有5000人面臨刑事調(diào)查。美國駕照和身份證由機動車輛管理局統(tǒng)一發(fā)放，汽車駕照等同于身份證。據(jù)紐約州政府介紹，從2010年開始，紐約州機動車輛管理局采用面部識別技術(shù)將所有申請者照片與數(shù)據(jù)庫中2000多萬幅照片進行比對，發(fā)現(xiàn)了1.3萬個可疑的駕照或身份證，有的人甚至以不同名字同時擁有多個身份證。

2013年7月。芬蘭一家企業(yè)推出全球首個“刷臉”支付系統(tǒng)。結(jié)賬時，消費者只需在收銀臺面對POS機屏幕上的攝像頭，系統(tǒng)自動拍照，掃描消費者面部，等身份信息顯示出后，在觸摸顯示屏上點擊確認完成交易。無需信用卡、錢包或手機。整個交易過程不超5秒鐘。不過，也有人認為，“這點時間，通常也就夠你拿出錢包”。芬蘭初創(chuàng)公司Uniqul已為這套基于面部識別技術(shù)的“刷臉”支付系統(tǒng)申請專利。

2015年10月15日，招商銀行在深圳推出了ATM“刷臉取款”業(yè)務(wù)，客戶無需插入實體銀行卡即可完成取款，每日限額取現(xiàn)3000元?？蛻羧缧枞】睿紫仍贏TM屏幕首頁點擊選擇“刷臉取款”功能，系統(tǒng)將自動抓拍現(xiàn)場照片，在后臺與銀行的可信照片源進行比對，驗證通過后，客戶輸入手機號碼進一步確認身份，接著輸入取款金額、密碼，最后拿取現(xiàn)金，整個過程無需插入實體銀行卡片。

用途

與其他生物識別技術(shù)一樣，面部識別被認為是一種會在不遠的將來得到廣泛使用的技術(shù)。除了進行執(zhí)法和安全監(jiān)視之外，面部識別軟件還有其他幾個用途，包括：

消除投票欺詐：墨西哥政府對面部識別系統(tǒng)的使用可稱為是最具創(chuàng)新的用法之一，他們使用此技術(shù)找出舞弊的選民（通過重復(fù)登記）。為了控制選舉結(jié)果，有人會以不同姓名多次登記注冊，以便能夠多次投票。使用傳統(tǒng)方法并不容易找出這些人。借助面部識別技術(shù)，官員們可以通過搜索選民數(shù)據(jù)庫中的面部圖像來找出重復(fù)登記的選民。他們將新圖像與檔案中的記錄進行對比，找出試圖使用多個姓名進行登記的人。在墨西哥2000年的總統(tǒng)選舉中曾使用了此技術(shù)，而且預(yù)計將很快應(yīng)用到地方選舉中。

取款身份驗證：在得到用戶同意后，ATM機或取款柜臺會拍攝客戶的數(shù)字照片。然后，面部識別軟件使用該照片生成一個面紋，避免客戶身份失竊和欺詐交易。使用面部識別軟件后，無需再使用身份證、銀行卡或個人識別號（PIN）來確認客戶的身份。

計算機安全：通過在計算機上安裝網(wǎng)絡(luò)攝像頭和面部識別軟件，可以將您的臉變成進入計算機所需的密碼。IBM已經(jīng)在其A、T和X系列的Thinkpad筆記本電腦上的屏幕保護程序里融入了這種技術(shù)。

發(fā)展2012年9月，一項研發(fā)計劃名為“下一代識別系統(tǒng)”（NextGenerationIdentification，簡稱NGI）已在美國多個州獲得批準，預(yù)計到2014年在全美普及。FBI希望此計劃可以為執(zhí)法人員提供照片來識別罪犯。2010年項目測試表明，最好的計算機算法可以幫助執(zhí)法人員從儲存160萬人臉圖像的數(shù)據(jù)庫中找到犯罪嫌疑人，識別率最高可以達到92%。甚至是在某人沒有直視鏡頭的情況下，系統(tǒng)也能從數(shù)據(jù)庫中正確找到匹配的人臉。

此計劃旨在基于研究、評估、綜合自動指紋識別系統(tǒng)環(huán)境下實施高新技術(shù)來提升并推進生物識別技術(shù)和罪犯歷史信息服務(wù)，最終打擊恐怖主義和違法犯罪活動。

操作過程面部識別方法有多種，但是通常涉及捕獲、分析和對比等一系列步驟，將某人的面孔與數(shù)據(jù)庫中存儲的圖像進行對比。主要有以下步驟：

檢測——當系統(tǒng)連接到視頻監(jiān)視系統(tǒng)后，識別軟件會在攝影機的視野中搜尋面部信息。如果在視野中存在一張面孔，它會在幾分之一秒的時間內(nèi)檢測到它。它使用多尺度算法以低分辨率搜索面部圖像。（算法是提供一組指令以完成特定任務(wù)的一個程序）。系統(tǒng)只有在檢測到類似頭部的形狀后，才切換到高分辨率搜索。

對齊——一旦檢測到面部圖像，系統(tǒng)會確定頭部的位置、大小和姿態(tài)。只有在面部與攝像機至少成35度角的情況下，系統(tǒng)才會記錄它。

標準化——頭部圖像經(jīng)過縮放和旋轉(zhuǎn)，以便能記錄和映射到相應(yīng)的大小和姿態(tài)。無論頭部的位置如何以及相距攝像機的距離有多遠，都可以執(zhí)行標準化過程。光線不會對標準化過程產(chǎn)生影響。

表示——系統(tǒng)將面部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個唯一的代碼。通過編碼，可以更加容易地將新近捕獲的面部數(shù)據(jù)與存儲的面部數(shù)據(jù)進行比較。

匹配——將新捕獲的面部數(shù)據(jù)與存儲的數(shù)據(jù)進行對比，并（在理想情況下）鏈接到至少一個已存儲的面部圖像。

面部識別系統(tǒng)的2核心是局部特征分析（LFA）算法。這是系統(tǒng)在對面孔進行編碼時使用的數(shù)學(xué)技術(shù)。系統(tǒng)對面孔進行測量，并生成一個面紋，即面部的唯一數(shù)字代碼。在存儲了面紋之后，系統(tǒng)會將它與數(shù)據(jù)庫中存儲的成千或成百萬的面紋數(shù)據(jù)進行對比。每個面紋都存儲為一個84字節(jié)的文件。系統(tǒng)可以用每分鐘6000萬張面孔的速度對內(nèi)存中的面紋數(shù)據(jù)進行匹配，對于硬盤中的面紋數(shù)據(jù)，每分鐘可以匹配1500萬張面孔。在進行對比時，系統(tǒng)會用介于1到10之間的一個值來表示對比結(jié)果。如果該值大于預(yù)先定義的閾值，則宣布找到一個匹配結(jié)果。然后，操作人員可以查看被宣布為匹配項的兩張照片，確定計算機的工作是否準確。