人脸识别技术的原理与应用趋势探讨

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人脸识别技术的原理与应用趋势探讨

作者：吴业奇

来源：《科学与信息化》2018年第22期

摘要人脸识别技术是一种可视化的生物识别技术，近年来，在我国得到了广大用户的接受和认可。该技术在越来越多的领域发挥着重要的作用。尤其是在公安领域和航空领域，该技术应用较多。本文首先对人脸识别技术的原理进行了阐述，然后对其应用趋势进行了探讨。

关键词人脸识别技术；原理；应用趋势

前言

近年来，人脸识别技术成为大家瞩目关注的课题。在计算机的辅助下，人脸识别技术能够把获取的人脸图像与人脸数据库中的所有已知原型人脸图像进行检测对比，从而实现对人的身份“辨认”。笔者于2016年8月份与家人乘坐高铁进行了一次暑期旅行，在高铁站，笔者发现进出站口和售票处安装了录像监控设备，并且进站的时候，可以进行人脸识别，从而实现快速进站，节省了大量的排队时间。在高铁车站的安全通道，人脸识别技术的应用，能够有效提升工作效率。该技术跟其他生物识别技术相比较而言，更加直观、自然，而且非常便利，成本也较低。

1 人脸识别技术的原理分析

在人工智能领域，人脸识别是其中一个非常重要的分支。人脸识别技术的基本原理是依据输入的人脸图像或者视频流判断人脸的存在，根据人脸特征与已知数据库中的人脸对比，从而最终实现身份辨别的功能。人脸识别技术的工作程序为：第一识别人脸，第二是面部信息提取，第三是信息对比。首先机器先确定人脸的存在及位置，然后具体定位到眼、鼻子、嘴等要识别的区域，提取关键特征，将其变为一个人脸图像，然后与图像信息进行人像对比，最终确定你是否是你。

人脸识别要经历降维、重构和识别的过程。降维就是忽略对运算结果影响不大的特征维度，只提取对运算结果起重要作用的特征维度，其目的就是减少图像大小，这既可以减少内存的占用，还可以减少运算量，提高识别速度；重构就是把人脸图像库中特征点的变动过程构建成函数模型，把人脸图像库中与目标图像最相近的人脸模型，利用函数进行变形，重构目标图像的人脸图像；识别就是将提取到的人脸图像与重构的人脸图像进行匹配，设定一个阈值，当相似度超过这一阈值，表示识别成功，否则表示识别失败。

通过对人脸识别技术进行分析，可发现其不但使用了区域特征分析算法，而且将计算机图像处理技术和生物统计学原理融合在一起，从而能够构建合适的数学模型，该数学模型跟人工智能技术和机器学习乃至视频图像处理等专业技术都有关联。该技术除了依托高性能的处理器

人脸识别系统的原理与发展

人脸识别系统的原理与发展 一、引言 人脸识别系统以人脸识别技术为核心，是一项新兴的生物识别技术，是当今国际科技领域攻关的高精尖技术。它广泛采用区域特征分析算法，融合了计算机图像处理技术与生物统计学原理于一体，利用计算机图像处理技术从视频中提取人像特征点，利用生物统计学的原理进行分析建立数学模型，具有广阔的发展前景。2012年4月，铁路部门宣布车站安检区域将安装用于身份识别的高科技安检系统人脸识别系统；可以对人脸明暗侦测，自动调整动态曝光补偿，人脸追踪侦测，自动调整影像放大； 二、概述 人脸识别系统概述 广义的人脸识别实际包括构建人脸识别系统的一系列相关技术，包括人脸图像采集、人脸定位、人脸识别预处理、身份确认以及身份查找等;而狭义的人脸识别特指通过人脸进行身份确认或者身份查找的技术或系统。生物特征识别技术所研究的生物特征包括脸、指纹、手掌纹、虹膜、视网膜、声音(语音)、体形、个人习惯(例如敲击键盘的力度和频率、签字)等，相应的识别技术就有人脸识别、指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、视网膜识别、语音识别(用语音识别可以进行身份识别，也可以进行语音内容的识别，只有前者属于生物特征识别技术)、体形识别、键盘敲击识别、签字识别等。 人脸识别系统功能模块 人脸捕获与跟踪功能：人脸捕获是指在一幅图像或视频流的一帧中检测出人像并将人像从背景中分离出来，并自动地将其保存。人像跟踪是指利用人像捕获技术，当指定的人像在摄像头拍摄的范围内移动时自动地对其进行跟踪。 人脸识别比对：人脸识别分核实式和搜索式二种比对模式。核实式是对指将捕获得到的人像或是指定的人像与数据库中已登记的某一对像作比对核实确定其是否为同一人。搜索式的比对是指，从数据库中已登记的所有人像中搜索查找是否有指定的人像存在。 人脸的建模与检索：可以将登记入库的人像数据进行建模提取人脸的特征，并将其生成人脸模板(人脸特征文件)保存到数据库中。在进行人脸搜索时(搜索式)，将指定的人像进行建模，再将其与数据库中的所有人的模板相比对识别，最终将根据所比对的相似值列出最相似的人员列表。

人脸识别技术的应用背景及研究现状

1．人脸识别技术的应用 随着社会的不断进步以及各方面对于快速有效的自动身份验证的迫切要求，生物特征识别技术在近几十年中得到了飞速的发展。作为人的一种内在属性，并且具有很强的自身稳定性及个体差异性，生物特征成为了自动身份验证的最理想依据。当前的生物特征识别技术主要包括有：指纹识别，视网膜识别，虹膜识别，步态识别，静脉识别，人脸识别等。与其他识别方法相比，人脸识别由于具有直接，友好，方便的特点，使用者无任何心理障碍，易于为用户所接受，从而得到了广泛的研究与应用。除此之外，我们还能够对人脸识别的结果作进一步的分析，得到有关人的性别，表情，年龄等诸多额外的丰富信息，扩展了人脸识别的应用前景。当前的人脸识别技术主要被应用到了以下几个方面：（1）刑侦破案公安部门在档案系统里存储有嫌疑犯的照片，当作案现场或通过其他途径获得某一嫌疑犯的照片或其面部特征的描述之后，可以从数据库中迅速查找确认，大大提高了刑侦破案的准确性和效率。 （2）证件验证在许多场合（如海口，机场，机密部门等）证件验证是检验某人身份的一种常用手段，而身份证，驾驶证等很多其他证件上都有照片，使用人脸识别技术，就可以由机器完成验证识别工作，从而实现自动化智能管理。 （3）视频监控在许多银行，公司，公共场所等处都设有24小时的视频监控。当有异常情况或有陌生人闯入时，需要实时跟踪，监控，识别和报警等。这需要对采集到的图像进行具体分析，且要用到人脸的检测，跟踪和识别技术。 （4）入口控制入口控制的范围很广，既包括了在楼宇，住宅等入口处的安全检查，也包括了在进入计算机系统或情报系统前的身份验证。 （5）表情分析根据人脸图像中的面部变化特征，识别和分析人的情感状态，如高兴，生气等。此外，人脸识别技术还在医学，档案管理，人脸动画，人脸建模，视频会议等方面也有着巨大的应用前景。 2．人脸识别技术在国外的研究现状 当前很多国家展开了有关人脸识别的研究，主要有美国，欧洲国家，日本等，著名的研究机构有美国MIT的Media lab,AI lab,CMU的Human-Computer I nterface Institute，Microsoft Research,英国的Department of Engineerin g in University of Cambridge等。综合有关文献，目前的方法主要集中在以下几个方面： （1）模板匹配 主要有两种方法，固定模板和变形模板。固定模板的方法是首先设计一个或几个参考模板，然后计算测试样本与参考模板之间的某种度量，以是否大于阈值来判断测试样本是否人脸。这种方法比较简单，在早期的系统中采用得比较

人脸识别实验报告

人脸识别——特征脸方法 贾东亚1２346046 一、实验目的 1、学会使用PCA主成分分析法。 ２、初步了解人脸识别的特征法。 3、更熟练地掌握ｍatｌab的使用。 二、原理介绍 1、ＰＣA(主成分分析法介绍） 引用一个网上的例子。假设有一份对遥控直升机操作员的调查,用x1(i)表示飞行员ｉ的 飞行技能，x2(i)表示飞行员ｉ喜欢飞行的程度。通常遥控直升飞机是很难操作的，只有那些 非常坚持而且真正喜欢驾驶的人才能熟练操作。所以这两个属性x1(i)和x2(i)相关性是非常强的。我们可以假设两者的关系是按正比关系变化的。如下图里的任意找的向量u1所示,数据散布在ｕ１两侧，有少许噪声。 现在我们有两项数据，是二维的。那么如何将这两项变量转变为一个来描述飞行员呢？由图中的点的分布可知,如果我们找到一个方向的Ｕ，所有的数据点在U的方向上的投影之 和最大,那么该U就能表示数据的大致走向。而在垂直于U的方向,各个数据点在该方向的投影相对于在U上的投影如果足够小,那么我们可以忽略掉各数据在该方向的投影,这样我们就把二维的数据转化成了在U方向上的一维数据。 为了将u选出来,我们先对数据进行预处理。先求出所有数据的平均值,然后用数据与平均值的偏差代替数据本身。然后对数据归一化以后,再代替数据本身。 而我们求最大的投影和，其实就是求各个数据点在U上的投影距离的方差最大。而ＸT u 就是投影的距离。故我们要求下式的最大值: 1 m ∑(x(i)T u)2=u T( 1 m ∑x(i)x(i)T m i=1 ) m i=1 u 按照u是单位向量来最大化上式,就是求1 m ∑x(i)x(i)T m i=1的特征向量。而此式是数据集的 协方差矩阵。

人脸识别主要算法原理

人脸识别主要算法原理 主流的技术基本上可以归结为三类，即：基于几何特征的方法、基于模板的方法和基于模型的方法。 1. 基于几何特征的方法是最早、最传统的方法，通常需要和其他结合才能有比较好的效果； 2. 基于模板的方法可以分为基于相关匹配的方法、特征脸方法、线性判别分析方法、奇异值分解方法、神经网络方法、动态连接匹配方法等。 3. 基于模型的方法则有基于隐马尔柯夫模型，主动形状模型和主动外观模型的方法等。 1. 基于几何特征的方法 人脸由眼睛、鼻子、嘴巴、下巴等部件构成，正因为这些部件的形状、大小和结构上的各种差异才使得世界上每个人脸千差万别，因此对这些部件的形状和结构关系的几何描述，可以做为人脸识别的重要特征。几何特征最早是用于人脸侧面轮廓的描述与识别，首先根据侧面轮廓曲线确定若干显著点，并由这些显著点导出一组用于识别的特征度量如距离、角度等。Jia 等由正面灰度图中线附近的积分投影模拟侧面轮廓图是一种很有新意的方法。 采用几何特征进行正面人脸识别一般是通过提取人眼、口、鼻等重要特征点的位置和眼睛等重要器官的几何形状作为分类特征,但Roder对几何特征提取的精确性进行了实验性的研究，结果不容乐观。

可变形模板法可以视为几何特征方法的一种改进，其基本思想是:设计一个参数可调的器官模型(即可变形模板),定义一个能量函数，通过调整模型参数使能量函数最小化，此时的模型参数即做为该器官的几何特征。 这种方法思想很好，但是存在两个问题，一是能量函数中各种代价的加权系数只能由经验确定，难以推广，二是能量函数优化过程十分耗时，难以实际应用。基于参数的人脸表示可以实现对人脸显著特征的一个高效描述，但它需要大量的前处理和精细的参数选择。同时，采用一般几何特征只描述了部件的基本形状与结构关系，忽略了局部细微特征，造成部分信息的丢失，更适合于做粗分类，而且目前已有的特征点检测技术在精确率上还远不能满足要求，计算量也较大。 2. 局部特征分析方法（Local Face Analysis） 主元子空间的表示是紧凑的，特征维数大大降低，但它是非局部化的，其核函数的支集扩展在整个坐标空间中，同时它是非拓扑的，某个轴投影后临近的点与原图像空间中点的临近性没有任何关系，而局部性和拓扑性对模式分析和分割是理想的特性，似乎这更符合神经信息处理的机制，因此寻找具有这种特性的表达十分重要。基于这种考虑，Atick提出基于局部特征的人脸特征提取与识别方法。这种方法在实际应用取得了很好的效果，它构成了FaceIt人脸识别软件的基础。 3. 特征脸方法（Eigenface或PCA）

人脸识别发展趋势及应用领域分析

人脸识别发展趋势及应用领域分析 人脸识别技术是一种高精度、易于使用、稳定性高、难仿冒的生物识别技术，具有极其广阔的市场应用前景。在公安、国防、海关、交通、金融、社保、医疗及其他民用安全控制等行业和部门存在着广泛的需求。 一、人脸识别何以瞬间爆发？ 其实对于整个生物识别领域来说，由于指纹识别应用时间早，价格低廉，而且使用便利，因此早早地便占据了国内的大部分市场，在顶峰时期，甚至可以达到90%左右。但是，又是什么力量，使人脸识别在短短五六年的时间里，就实现了如此迅猛的腾飞呢？ （一）政策因素：抛开技术因素，国家政策的支持可以说是人脸识别崛起的重要因素之一。尤其随着近些年来，平安城市等技术的大力推广，我国安防市场的需求也随之迅速升温，各领域安保的等级也就随之实现明显的提升。甚至在部分地区的部分领域，人脸识别已经开始被列为使用过程中的强制标准。这种情况的出现，对于人脸识别的推广无疑是一种非常有力的推动。因此，虽然政策的角色只是一种诱导的作用，但是这种诱导对于人脸识别的爆发，却又是不可或缺的。 （二）社会需求：在我国，随着城镇化的进程加快，流动人口比例大大增加，面临的突发事件和异常事件越来越复杂。因此这也就给城市的安保工作，以及视频监控带来了更大的压力。传统依靠人工来“盯”的方式难免会因疲劳或精神不集中等原因影响监视效果，难以胜任对庞大数据库的分析与理解，从而影响事后查找证据，更难以满足时代的需求，于是，人们对于具有智能分析的视频监控应用的呼声越来越高。 二、人脸识别发展趋势 （一）与视频监控相结合：随着人脸识别技术的进一步发展，将人脸识别技术将实现与数字监控系统的进一步融合，将成为人脸识别技术的另外一大应用领域。据统计数据显示，仅在中国大陆，在未来三年内有望形成年销售额过百亿，并在未来十年内则有望形成年销售额过千亿的市场规模。（二）逐步取代指纹考勤：人脸识别考勤，通过对人脸一些独一无二的特征识别对验进行考

SVM原理及在人脸识别中地应用

关于SVM及其应用的相关原理 一、支持向量机介绍 下面我简单介绍下何为小样本、非线性及高维模式识别 小样本，并不是说样本的绝对数量少，实际上，对任何算法来说，更多的样本几乎总是能带来更好的效果，而是说与问题的复杂度比起来，SVM算法要求的样本数是相对比较少的。 非线性，是指SVM擅长应付样本数据线性不可分的情况 高维模式识别是指样本维数很高，例如样本出现几万维，不用降维处理，其他算法基本就没有能力应付了，SVM却可以，主要是因为SVM 产生的分类器很简洁，用到的样本信息很少，使得即使样本维数很高，也不会给存储和计算带来大麻烦。 何为机器学习之后会介绍。 支持向量机方法： 下面我简单介绍下何为VC 维理论和结构风险最小原理以期推广能力所谓VC维是对函数类的一种度量，我们就简单的理解为问题的复杂程度，VC维越高，一个问题就越复杂。 （1）PPT下一页 在讲解结构风险最小原理，先介绍下风险，风险就是与真实解的误差。我举个例子来说，我们不知道宇宙是如何诞生，就是不知道宇宙的真实模型，如果知道真实的宇宙模型，我们直接用真实模型就可

以了。既然不知道，我们就根据一些现象假设认为宇宙诞生于150亿年前的一场大爆炸，这个假设能够描述很多我们观察到的现象，但它与真实的宇宙模型之间还相差多少？谁也说不清，因为我们压根就不知道真实的宇宙模型到底是什么。这个差距我们就认为是风险经验风险就是分类器在给定样本上的误差，就是我们选择一个假设之后，真实误差无从得知，但我们可以用某些可以掌握的量来逼近它。就是使用分类器在样本数据上的分类的结果与真实结果之间的差值来表示。这个差值叫做经验风险。 置信风险是分类器在未知文本上分类的结果的误差。代表了我们在多大程度上可以信任分类器在未知文本上分类的结果。很显然，没有办法精确计算的，因此只能给出一个估计的区间，也使得整个误差只能计算上界，而无法计算准确的值。 结构风险就是经验风险与置信风险之和 （2）PPT下一页 下面介绍下机器学习和推广能力 机器学习就是对一种对问题真实模型的逼近。机器学习分为传统机器学习和统计机器学习。

人脸识别文献综述

文献综述 1 引言 在计算机视觉和模式识别领域，人脸识别技术（Face Recognition Technology，简称FRT）是极具挑战性的课题之一。近年来，随着相关技术的飞速发展和实际需求的日益增长，它已逐渐引起越来越多研究人员的关注。人脸识别在许多领域有实际的和潜在的应用，在诸如证件检验、银行系统、军队安全、安全检查等方面都有相当广阔的应用前景。人脸识别技术用于司法领域，作为辅助手段，进行身份验证，罪犯识别等;用于商业领域，如银行信用卡的身份识别、安全识别系统等等。正是由于人脸识别有着广阔的应用前景，它才越来越成为当前模式识别和人工智能领域的一个研究热点。 虽然人类能够毫不费力的识别出人脸及其表情，但是人脸的机器自动识别仍然是一个高难度的课题。它牵涉到模式识别、图像处理及生理、心理等方面的诸多知识。与指纹、视网膜、虹膜、基因、声音等其他人体生物特征识别系统相比，人脸识别系统更加友好、直接，使用者也没有心理障碍。并且通过人脸的表情/姿态分析，还能获得其他识别系统难以获得的一些信息。 自动人脸识别可以表述为：对给定场景的静态或视频序列图像，利用人脸数据库验证、比对或指认校验场景中存在的人像，同时可以利用其他的间接信息，比如人种、年龄、性别、面部表情、语音等，以减小搜索范围提高识别效率。自上世纪90年代以来，人脸识别研究得到了长足发展，国内外许多知名的理工大学及TT公司都成立了专门的人脸识别研究组，相关的研究综述见文献[1-3]。 本文对近年来自动人脸识别研究进行了综述，分别从人脸识别涉及的理论，人脸检测与定位相关算法及人脸识别核心算法等方面进行了分类整理，并对具有典型意义的方法进行了较为详尽的分析对比。此外，本文还分析介绍了当前人脸识别的优势与困难。 2 人脸识别相关理论 图像是人们出生以来体验最丰富最重要的部分，图像可以以各种各样的形式出现，我们只有意识到不同种类图像的区别，才能更好的理解图像。要建立一套完整的人脸识别系统(Face Recognetion System，简称FRS)，必然要综合运用以下几大学科领域的知识： 2.1 数字图像处理技术 数字图像处理又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机

关于人脸识别技术的发展研究

人脸识别技术优势 863计划、国家科技支撑计划、自然科学基金都拨出专款资助人脸识别的相关研究。国家“十一五”科技发展规划中也将人脸识别技术的研究与发展列入其中[4]，明确指出：“要在生物特征识别技术领域缩小与世界先进水平的差距，开展生物特征识别应用技术研究，人脸识别具有高安全性、低误报率的出入口控制新产品。”在这种环境下，国内一些科研院所和院校在人脸识别技术方面取得了很大进展。如中科院自动化所，清华大学，中科院计算所自主开发的人脸识别技术已经达到了国际先进的水平。人脸识别作为一种新兴的生物特征识别技术(Biometrics)，与虹膜识别、指纹扫描、掌形扫描等技术相比，人脸识别技术在应用方面具有独到的优势： 1.人脸识别使用方便，用户接受度高。人脸识别技术使用通用的摄像机作为识别信息获取装置，以非接触的方式在识别对象未察觉的情况下完成识别过程。 2.直观性突出。人脸识别技术所使用的依据是人的面部图像，而人脸无疑是肉眼能够判别的最直观的信息源，方便人工确认、审计，“以貌取人”符合人的认知规律。 3.识别精确度高，速度快。与其它生物识别技术相比，人脸识别技术的识别精度处于较高的水平，误识率、拒认率较低。 4.不易仿冒。在安全性要求高的应用场合，人脸识别技术要求识别对象必须亲临识别现场，他人难以仿冒。人脸识别技术所独具的活性判别能力保证了他人无法以非活性的照片、木偶、蜡像来欺骗识别系统。这是指纹等生物特征识别技术所很难做到的。举例来说，用合法用户的断指即可仿冒合法用户的身份而使识别系统无从觉察。 5.使用通用性设备。人脸识别技术所使用的设备为一般的PC、摄像机等常规设备，由于目前计算机、闭路电视监控系统等已经得到了广泛的应用，因此对于多数用户而言使用人脸识别技术无需添置大量专用设备，从而既保护了用户的原有投资又扩展了用户已有设备的功能，满足了用户安全防范的需求。 6.基础资料易于获得。人脸识别技术所采用的依据是人脸照片或实时摄取的人脸图像，因而无疑是最容易获得的。 7.成本较低，易于推广使用。由于人脸识别技术所使用的是常规通用设备，价格均在一般用户可接受的范围之内，与其它生物识别技术相比，人脸识别产品具有很高的性能价格比。 概括地说，人脸识别技术是一种高精度、易于使用、稳定性高、难仿冒、性价比高的生物特征识别技术，具有极其广阔的市场应用前景。 我将人脸识别的一些应用列举出来，希望抛转引玉，大家不断完善，开拓更多的应用领域。 1）监控布控

人脸识别几种解决方案的对比_人脸识别技术原理介绍

人脸识别几种解决方案的对比_人脸识别技术原理介绍 人脸识别概要人脸识别，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部的一系列相关技术，通常也叫做人像识别、面部识别。人脸识别特点非强制性：用户不需要专门配合人脸采集设备，几乎可以在无意识的状态下就可获取人脸图像，这样的取样方式没有强制性； 非接触性：用户不需要和设备直接接触就能获取人脸图像； 并发性：在实际应用场景下可以进行多个人脸的分拣、判断及识别； 除此之外，还符合视觉特性：以貌识人的特性，以及操作简单、结果直观、隐蔽性好等特点。 人脸识别技术原理分析人脸识别主要分为人脸检测（face detecTIon）、特征提取（feature extracTIon）和人脸识别（face recogniTIon）三个过程。 人脸检测：人脸检测是指从输入图像中检测并提取人脸图像，通常采用haar特征和Adaboost算法训练级联分类器对图像中的每一块进行分类。如果某一矩形区域通过了级联分类器，则被判别为人脸图像。 特征提取：特征提取是指通过一些数字来表征人脸信息，这些数字就是我们要提取的特征。常见的人脸特征分为两类，一类是几何特征，另一类是表征特征。几何特征是指眼睛、鼻子和嘴等面部特征之间的几何关系，如距离、面积和角度等。由于算法利用了一些直观的特征，计算量小。 不过，由于其所需的特征点不能精确选择，限制了它的应用范围。另外，当光照变化、人脸有外物遮挡、面部表情变化时，特征变化较大。所以说，这类算法只适合于人脸图像的粗略识别，无法在实际中应用。 表征特征利用人脸图像的灰度信息，通过一些算法提取全局或局部特征。其中比较常用的特征提取算法是LBP算法。LBP方法首先将图像分成若干区域，在每个区域的像素640x960邻域中用中心值作阈值化，将结果看成是二进制数。

人脸识别技术发展及应用分析解读

人脸识别技术发展及应用分析 人脸识别是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。用摄像机采集人脸图像，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部的一系列相关技术处理，包括人脸图像采集、人脸定位、人脸识别预处理、记忆存储和比对辨识，达到识别不同人身份的目的。 市场现状 人脸识别技术的研究始于20世纪60年代末期。 20世纪90年代后期以来，一些商业性的人脸识 别系统逐渐进入市场，但是，这些技术和系统离 实用化都有一定距离，性能和准确率也有待提高。 美国遭遇恐怖袭击后，这一技术引起了广泛关 注。作为非常容易隐蔽使用的识别技术，人脸识 别逐渐成为国际反恐和安全防范重要的手段之一。 近年来，人脸识别在中国市场，也经历着迅速的 发展，而且发展的脚步也越来越快。主要原因有以下两方面。 科技的进步 国际上，美国标准与技术研究院（NIST）举办的Face Recognition Vendor Test 2006，通过大规模的人脸数据测试表明，当今世界上人脸识别方法的识别 精度比2002年的FRVT2002至少提高了一个数量级（10倍），而对于高清晰，高质量人脸图像识别，机器的识别精度几乎达到100%。在我国，近年来科技界和社会各个方面都认识到人脸识别技术的重要性，国家政策对人脸识别技术研究给予了很大支持，使得我国人脸识别技术也得到了迅速的发展。 应用需求的增加 越来越趋向于高科技的犯罪手段使得人们对各种场合的安全机制要求也近乎 苛刻，各种应用需求不断涌现。人脸识别市场的快速发展一方面归功于生物识别需求的多元化，另一方面则是由于人脸识别技术的进步。从需求上来说，除了传统的考勤、门禁等应用外，视频监控环境下的身份识别正成为一种迫切的需求，

浅谈基于深度学习的人脸识别技术

信息通信 INFORMATION & COMMUNICATIONS 2019年第6期（总第198期） 2019 (Sum. No 198) 浅谈基于深度学习的人脸识别技术 刘晓波 （中国联合网络通信有限公司湖北省分公司，湖北武汉430040） 摘要:互联网科技和大数据技术飞速发展的时代，日新月异的各种前沿技术，一再刷新人们的认知,人工智能（AI ）成为了 一 门最热门的行业应用能力。AI 技术不仅仅要够炫够酷，更要有足够的“温度"，让机器更加人性化。人脸识别技术（Face Recognition Technology, FRT ）是近年来模式识别、图像处理以及人工智能等领域的重要研究课题之文章重点对现有 的人脸检测识别方法以及应用领域关键技术进行总结，分析和比较当前主流识别方法优缺点，分享其中关键技术及发展 前景。 关键词:人脸识别;人工智能;深度学习；人脸检测；面部特征中图分类号:TP391.41 文献标识码:A 文章编号：1673-1131（2019）06-0018-03 0引言 随着社会对个人身份的自动验证需求的加深，一些技术 成熟且传统上被认为更加稳健的身份验证方案如指纹识别、 虹膜识别、语音识别等，都具有侵入性的特征，即需要参与者 的一定程度的合作（指纹识别需要用户将手指按在传感器上, 虹膜识别需要用户与相机靠得很近，语音识别则需要用户大 声说话），因此寻找一种更优且非侵入式的自动身份验证方案 成为了大势所趋。 人脸识别技术（Face Recognition Technology, FRT ）是基于 人的面部特征信息能够识别或验证图像或视频中主体身份的 技术生物识别技术。用图像釆集工具（如摄像机或摄像头）釆 集含有充分且足够的人面部特征的图像或视频流，并自动在 图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行识别和验 证的一系列相关技术总成。 相比传统的身份验证方法，人脸识别技术具有非接触性 （不用肢体接触）、非强制性（路过即可，甚至无察觉）、可并发 性（可同时进行多个人脸的分拣、判断及识别）等优势。 直观的人脸识别如下图所示： * 2 z 5 n e s i e 图1人脸识别示例 简单来说就是通过输入一个自然人的面部特征，和自然 人面部特征库中的注册在库身份进行面部特征逐项比对，找 出一个与输入的面部特征相似度最高（需预设阀值，必须大于 阀值）的个体，以确定输入面部特征对应的身份。如没有找到 大于阀值的个体,则返回“unknown ”。 1传统的人脸识别 传统的人脸识别被当作模式识别/模式匹配问题。主流的 人脸识别技术基本上可以归结为三类，即:基于几何特征的方 法、基于模板的方法和基于模型的方法。 （1）基于几何特征的方法是最早投入实际应用的人脸识别 方法。该方法通过定位人面部主要器官的详细位置，如：眉、 眼、鼻、嘴、耳等，获取主要器官等重要面部特征的形状、相对 位置以及特征之间的距离等参数，利用参数构成一个可以代 表个体人脸的特征向量。 （2） 基于模板的方法可以分为神经网络方法、动态连接匹 配方法、线性判别分析方法、特征脸方法、基于相关匹配的方 法、奇异值分解方法等。 （3） 基于模型的方法则有基于主动外观模型、隐马尔柯夫 模型方法、主动形状模型等。 传统的人脸识别是人脸识别的初级阶段，重要成果不多, 人工依赖性较强，鲁棒性较差，基本没有实际应用。 随着大数据时代的到来，沉寂了许久的神经网络卷土重 来。作为人工智能时代的利器一深度学习逐渐走入人们的 视野。基于深度学习，人脸识别技术迅速发展。各种学习框 架如 Tensorflow 、Caffe >KerasMxnet >Darknet 等不断涌出。基 于深度学习的人脸识别一般被处理为回归/分类问题。一般流 图2人脸识别一般流程图 2人脸检测算法 人脸检测是人脸识别中的第一个环节，是一项关键技术。 人脸检测是指假设在输入图像中存在一个或者多个人脸情况 下，确定图像中全部人脸的位置、大小和姿势的过程。 图3人脸检测不意图 早期的人脸检测算法使用了模板匹配技术，即用一个人 脸模板图像与被检测图像中的各个位置进行匹配，确定这个 位置处是否有人脸,如果存在则定位人脸的位置、大小及主要 特征；此后机器学习被用于解决该问题，神经网络、支持向量 机等将人脸检测处理为二分类问题。如下图所示： 18

人脸识别技术原理解析

人脸识别技术原理解析 你还记得电影里的这些情节吗？《变形金刚2》中，年轻的男主角和他的小伙伴们过关卡时，虽然骗过了值班军人，却被军方的人脸识别技术发现。2014年翻拍版的《机械战警》中，机械战警第一次面对大众公开亮相，就在人群中不停地扫描所有人脸，同时将获取的人脸在通缉犯资料库中作比对，瞬间就发现看热闹的人群中有一个逃逸多年的通缉犯，并将其制服。其他还有许多电影中，但凡是美国的机要部门，进门就要扫描各种生物特征，从早年电影中的指纹、虹膜，到现在的人脸。 人脸识别到底是什么？ 人脸识别，是视觉模式识别的一个细分问题，也大概是最难解决的一个问题。其实我们人每时每刻都在进行视觉模式识别，我们通过眼睛获得视觉信息，这些信息经过大脑的处理被识别为有意义的概念。于是我们知道了放在我们面前的是水杯、书本，还是什么别的东西。 我们也无时无刻不在进行人脸识别，我们每天生活中遇到无数的人，从中认出那些熟人，和他们打招呼，打交道，忽略其他的陌生人。甚至躲开那些我们欠了钱还暂时还不上的人。然而这项看似简单的任务，对机器来说却并不那么容易实现。 对计算机来讲，一幅图像信息，无论是静态的图片，还是动态视频中的一帧，都是一个由众多像素点组成的矩阵。比如一个1080p的数字图像，是一个由1980*1080个像素点组成矩阵，每个像素点，如果是8bit的rgb格式，则是3个取值在0-255的数。 机器需要在这些数据中，找出某一部分数据代表了何种概念：哪一部分数据是水杯，哪一部分是书本，哪一部分是人脸，这是视觉模式识别中的粗分类问题。 而人脸识别，需要在所有机器认为是人脸的那部分数据中，区分这个人脸属于谁，这是个细分类问题。 人脸可以分为多少类呢？ 取决于所处理问题的人脸库大小，人脸库中有多少目标人脸，就需要机器进行相应数量的细分类。如果想要机器认出每个他看到的人，则这世界上有多少人，人脸就可以分为多少

人脸识别技术的应用

人脸识别技术的应用 面部识别系统以人脸识别技术为核心，是一项新兴的生物识别技术，是当今国际科技领域攻关的高精尖技术。人脸因具有不可复制、采集方便、不需要被拍者的配合而深受欢迎。现如今，人脸识别这个词已经慢慢走进了我们的生活，开始逐渐广泛的应用到日常生活之中。 手机、笔记本电脑中的人脸识别软件就是一个很好的例子，它帮助我们解锁手机、电脑，无需再输入密码，不用担心密码泄露从而导致的信息隐私泄露，它很好的帮助我们保护手机、电脑的安全。除此之外，人脸识别门禁系统开始应用于一些高档住宅和办公楼中，为人们省去了带钥匙刷卡的麻烦，也不用担心密码忘记的苦恼。人脸识别考勤机也开始被一些企业应用于日常管理。而一些美颜相机、美图软件的推出跟迎合了消费者的市场。它可以自动识别人脸，并对人脸进行美化。甚至一些小游戏被开发出来，可以将自己的脸与明星的脸比对相似之处，评价出你最有有谁的明星相。虽然这仅仅是一个游戏软件，只是供人们娱乐，真实度不高，但也可以看出现今人脸识别技术的广泛使用。 人脸识别技术在过去几年中得到了广泛的关注，正是因为它的应用程序涵盖了许多不同的领域。对于许多的应用程序来说，脸部识别系统的性能在可控的环境下已经达到了一个令人满意的水平。但是现有的大部分面部识别技术在不受控制的环境下识别性能明显下降。 在这次第十四届KSS国际知识与系统科学研讨会中，教授为我们介绍了如何在面部识别中应对不同光照环境下的情况。在过去几年中，处理不同光照的方法主要有： 1. histogram equalization. 2.logarithm transformations. 3.Apply DCT in the logarithm domain. 4.QI (Quotient Image). 5.SQI(Self-Quotient Image). 6.MQI (Morphological Quotient Image). 7.Local binary patterm operator. 经过了他们团队的研究，将这几种进行对照比较，建立一个PSO-SQI框架，利用算法的性能处理人脸识别中的光照问题。 PSO算法是一个新的基于群体智能的进化算法，其研究远没有像遗传算法和模拟退火算法那样深入，在理论上并不能保证能够得到最优解。PSO算法在进行优化问题的求解时应用范围有限,尤其对离散的组合优化问题,其理论建模还处于起步阶段。PSO算法中的一些参数，如学习因子、惯性权重以及粒子个数往往根据有限的应用经验确定,并不具有广泛的适应性。 而SQI是指自商图像(self-quotient image),以提取一个目标(如人脸)图像的内在特性,同时去除与光照相关的外在因素.SQI (self-quotient image) 方法克服了原始的QI 方法的局限性,且能够提取与光照无关的内在特性.对算法适用的条件进行了理论分析,并在SQI 计算过程中提出了一个非迭代的各向异性滤波器以减小光晕现象和提高计算速度.实验结果表明该方法可以有效地提高不同光照条件下的人脸识别系统的识别率. 由着POS-SQI两种方法的结合，更好的处理了人脸识别在不可控的光线下识

人脸识别技术的应用背景及研究现状

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人脸识别技术的应用背景及研究现状1．人脸识别技术的应用 随着社会的不断进步以及各方面对于快速有效的自动身份验证的迫切要求，生物特征识别技术在近几十年中得到了飞速的发展。作为人的一种内在属性，并且具有很强的自身稳定性及个体差异性，生物特征成为了自动身份验证的最理想依据。当前的生物特征识别技术主要包括有：指纹识别，视网膜识别，虹膜识别，步态识别，静脉识别，人脸识别等。与其他识别方法相比，人脸识别由于具有直接，友好，方便的特点，使用者无任何心理障碍，易于为用户所接受，从而得到了广泛的研究与应用。除此之外，我们还能够对人脸识别的结果作进一步的分析，得到有关人的性别，表情，年龄等诸多额外的丰富信息，扩展了人脸识别的应用前景。当前的人脸识别技术主要被应用到了以下几个方面： （1）刑侦破案公安部门在档案系统里存储有嫌疑犯的照片，当作案现场或通过其他途径获得某一嫌疑犯的照片或其面部特征的描述之后，可以从数据库中迅速查找确认，大大提高了刑侦破案的准确性和效率。 ??（2）证件验证在许多场合（如海口，机场，机密部门等）证件验证是检验某人身份的一种常用手段，而身份证，驾驶证等很多其他证件上都有照片，使用人脸识别技术，就可以由机器完成验证识别工作，从而实现自动化智能管理。

?（3）视频监控在许多银行，公司，公共场所等处都设有24小时的视频监控。当有异常情况或有陌生人闯入时，需要实时跟踪，监控，识别和报警等。这需要对采集到的图像进行具体分析，且要用到人脸的检测，跟踪和识别技术。 （4）入口控制入口控制的范围很广，既包括了在楼宇，住宅等入口处的安全检查，也包括了在进入计算机系统或情报系统前的身份验证。 （5）表情分析根据人脸图像中的面部变化特征，识别和分析人的情感状态，如高兴，生气等。此外，人脸识别技术还在医学，档案管理，人脸动画，人脸建模，视频会议等方面也有着巨大的应用前景。 2．人脸识别技术在国外的研究现状 当前很多国家展开了有关人脸识别的研究，主要有美国，欧洲国家，日本等，着名的研究机构有美国MIT的Media lab,AI lab,CMU的Human-Compute r Interface Institute，Microsoft Research,英国的Department of Engine ering in University of Cambridge等。综合有关文献，目前的方法主要集中在以下几个方面： （1）模板匹配 主要有两种方法，固定模板和变形模板。固定模板的方法是首先设计一个或几个参考模板，然后计算测试样本与参考模板之间的某种度量，以是否大于阈值来判断测试样本是否人脸。这种方法比较简单，在早期的系统中采用得比较多。但是由于人脸特征的变化很大，很难得到有效的模板来表示人脸的共性。变形模板在原理上与固定模板相同，但其中包含一些非固定的元素，一种方法是手工构造参数化的曲线和曲面以表征人脸中的某些非固定特征，如眼

浅谈人脸识别技术VS指纹识别技术

浅谈人脸识别技术VS指纹识别技术 1、指纹识别系统适宜的使用单位界定在：人数少、且环境好的单位，比如政府机关，或100人以下且环境好的企事业单位，不然使用起来很勉强和难受。人脸识别技术，不受环境影响。是指基于人的脸部特征信息，通过计算机与生物传感器等高科技手段结合，利用人体固有的生理特性，进行个人身份鉴定的一种生物识别技术。这种技术先对输入的人脸图象或者视频流进行判断，给出每张脸的位置、大小和面部各个主要器官的具体信息。依据这些信息，进一步提取人脸中所蕴涵的身份特征，将其与已知的人脸进行比对，从而识别每个人的身份。 2、指纹识别的民用技术目前还不成熟，真实的识别率在95%以下，也就是说100人中基本上有超过5个人的指纹识别不了，或者要反复识别。与传统的身份鉴定方式相比，人脸识别技术的最大特点就是识别精确度高。人脸识别独具的活性判别能力，保证了他人无法以非活性的照片、木偶、蜡像欺骗识别系统，无法仿冒。此外，人脸识别速度快，不易被察觉。与其他生物识别技术相比，人脸识别属于一种自动识别技术，一秒内可以识别好几次。不被察觉的特点对于一种识别方法也很重要，这会使该识别方法不令人反感。 3、目前的指纹考勤机均采取指纹识别+密码识别相结合的方式，就是因为有较多的不能识别指纹的情况人脸识别技术是基于生物统计学原理来实现的。先通过计算机相关软件对视频里的图像进行人脸图像采集、人脸定位、人脸识别预处理，从中提取人像特征点。然后利用生物统计学的原理进行分析，建立数学模型，即人脸特征模板。将已建成的人脸特征模板与被测者的面像进行特征比对，根据分析的结果给出一个相似值。通过这个值即可确定是否为同一人。现在这一技术已得到广泛应用。人脸识别技术的最大特点就是识别精确度高。 4、指纹识别技术目前对于：手指脏了、手指湿了、手指太干、手指脱皮（包括季节性脱皮）、手指破了……等等情况，都不能正常识别。人脸识别技术，非接触式识别。不受环境影响，不受生理影响。更环保更卫生。 5、为什么说指纹识别考勤只适合于小型单位使用呢。指纹识别对于感应卡刷卡的时间要长很多，以一个人站到考勤机前识别指纹到下一个人站过来开始识别作为一个人的识别周期，一般在6－7秒左右，也就是每个人在一次性识别都很正常的情况下，完成考勤签到需要6秒左右，如果100个人哪怕是提前了5分钟到达排着队等候签到，也需要600秒即10分钟左右完成，指纹识别一般为了提高识别率，都要求每个人留不同手指的2-3枚左右的指纹档案存到考勤机里，一枚不能识别时赶紧换用另一枚，这样反复重试才能达到90%左右的识别率。 与传统的身份鉴定方式相比，人脸识别技术的最大特点就是识别精确度高。人脸识别独具的活性判别能力，保证了他人无法以非活性的照片、木偶、蜡像欺骗识别系统，无法仿冒。人脸识别速度快，不易被察觉。与其他生物识别技术相比，人脸识别属于一种自动识别技术，一秒内可以识别好几次。不被察觉的特点对于一种识别方法也很重要。 6、指纹考勤机的关键部位，也是最脆弱部位就是指纹膜，指纹膜时间用的越长，指纹识别率就越低，在没有任何人为刮擦破坏的情况下，一片指纹膜一般在半年以后就越来越多的指纹不能识别或者需要反复识别，解决办法是更换指纹膜，更

中科院模式识别大作业——人脸识别

人脸识别实验报告 ---- 基于PCA 和欧氏距离相似性测度 一、理论知识 1、PCA 原理 主成分分析(PCA) 是一种基于代数特征的人脸识别方法,是一种基于全局特征的人脸识别方法,它基于K-L 分解。基于主成分分析的人脸识别方法首次将人脸看作一个整体,特征提取由手工定义到利用统计学习自动获取是人脸识别方法的一个重要转变[1]。简单的说,它的 原理就是将一高维的向量,通过一个特殊的特征向量矩阵,投影到一个低维的向量空间中,表示为一个低维向量,并不会损失任何信息。即通过低维向量和特征向量矩阵,可以完全重构出所对应的原来高维向量。特征脸方法就是将包含人脸的图像区域看作是一种随机向量,因此,可以采用K-L 变换获得其正交K-L 基底。对应其中较大特征值的基底具有与人脸相似的形状,因此又称为特征脸。利用这些基底的线性组合可以描述、表达和逼近人脸图像,因此可以进行人脸识别与合成。识别过程就是将人脸图像映射到由特征脸张成的子空间上,比较其与己知人脸在特征空间中的位置,从而进行判别。 2、基于PCA 的人脸识别方法 2.1 计算特征脸 设人脸图像f(x,y)为二维N×M 灰度图像,用NM 维向量R 表示。人脸图像训练集为{}|1,2,...,i R i P =,其中P 为训练集中图像总数。这P 幅图像的平均向量为: _ 11P i i R R P ==∑ 对训练样本规范化,即每个人脸i R 与平均人脸_ R 的差值向量: i A =i R -_R (i= 1,2,…,P) 其中列向量i A 表示一个训练样本。 训练图像由协方差矩阵可表示为: T C AA = 其中训练样本NM ×P 维矩阵12[,,...,]P A A A A = 特征脸由协方差矩阵C 的正交特征向量组成。对于NM 人脸图像,协方差矩

人脸识别的研究进展

1引言 人脸识别是计算机模式识别和生物特征鉴别技术的一个热门研究课题，它被广泛应用于娱乐，智能卡，信息安全，法律实施和监控等社会各方面。一般来说，人脸识别主要是指在数字图像或视频图像中，通过人体面部视觉信息，进行人类身份鉴别的计算机技术。人脸识别和其它生物特征识别技术如：指纹识别，掌纹识别等相比，具有方便，快捷，易以接受等特点[1]。 计算机人脸识别的研究始于60年代末，最早Bledsoe 以人脸特征点间的距离、比率等参数为特征建立了第一个半自动人脸识别系统[1]。近几十年人脸识别研究逐渐发展，涌现出了大量新的技术和方法。虽然人脸识别技术已经取得了很多突破性进展，但是计算机和人类的人脸识别能力相比，依然还存在很多问题，目前最好的商用人脸识别系统在实际使用中仍然有很多需要完善的地方。2人脸识别系统的框架 一般来说，一个完整的人脸识别系统主要包括下面几个步骤： (1)人脸检测(Face detection)：对输入图像进行分析， 判断图像中是否存在人脸，如果存在人脸，则标定出人脸的位置和大小的过程。 (2)人脸对齐(Face alignment)：通过对人脸图像进行缩 放，旋转，切割等操作，使所有人脸图像依照某种标准规范化的过程。 (3)人脸预处理(Face preprocessing)：通过对人脸图像进 行处理，降低图像中光照变化，噪音干扰等情况对人脸识别带来的影响。 (4)人脸表示(Face representation)：提取人脸中可以用 于描述人脸模式的特征并使用这些特征来表示人脸的过程。 人脸识别的研究进展 钱志明1，徐丹2 1. 楚雄师范学院, 云南省楚雄市 675000 E-mail: qzhiming@https://www.wendangku.net/doc/a95362662.html, 2. 云南大学计算机系, 昆明 650091 E-mail: danxu@https://www.wendangku.net/doc/a95362662.html, 摘要: 随着人工智能和计算机视觉技术的发展，人脸识别已成为模式识别领域的一个热门研究课题。本文对近年来人脸识别的研究状况进行了综述，分析了人脸识别存在的问题，系统地对目前主流人脸识别方法进行了分类和介绍，针对人脸识别中的一些局部表示方法做了分析和测试，并对未来人脸识别的发展方向进行了展望。 关键词: 人脸识别，人脸表示，局部特征 Research Advances in Face Recognition Zhiming Qian1, Dan Xu2 1.Chuxiong Normal University, Chuxiong Yunnan 675000, China E-mail: qzhiming@https://www.wendangku.net/doc/a95362662.html, 2. Department of Computer Engineering, Yunnan University, Kunming 650091, China E-mail: danxu@https://www.wendangku.net/doc/a95362662.html, Abstract: With the development of artificial intelligence and computer vision, face recognition has become a hot topic of pattern recognition. This paper presents a survey on the state-of-art face recognition research, systematically classifying and introducing face recognition methods. Furthermore, this paper analysis and tests some recent algorithms, which are used to extract the local facial features. In addition, several major issues for further research in the area of face recognition are also pointed out at the end of this paper. Key Words: face recognition, face representation, local feature