基于人脸识别技术的汽车主动防盗技术研究

姜少玮　郭济鸣　胡清和　金印

摘要：基于人脸识别技术的汽车主动防盗技术研究，旨在开发一种新的具有人性化、智能化的汽车防盗抢设备，即使是在车钥匙及遥控器被复制或丢失的情况下，其他人也无法开走车辆；发动机在工作时，非指定人员也无法驾驶车辆。

关键词：汽车主动防盗技术；人脸识别技术；汽车防盗抢设备；车钥匙；遥控器；发动机 文献标识码：A

中图分类号：TP391 文章编号：1009-2374（2015）31-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.009

1 项目的现实意义

中国创新性建设的步伐在不断加快，我国汽车行业的自主创新取得重大进步，自主品牌也取得了快速发展。目前的互联网线上经济热潮袭来，更加促进了我国汽车后市场的发展，汽车保有量也在不断扩容。伴随着社会的发展，人们的生活水平日益提高，汽车已成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。我国已成为世界汽车产销第一大国，汽车的拥有量也居世界前列。汽车是家庭的贵重物品，令人遗憾的是盗窃、抢劫汽车已经成为常见的犯罪行为之一。除了个人财产损失，更严重的是发生人身伤害或死亡案件。随之产生的汽车防盗抢设施很多，但人们更需要人性化、智能化的汽车防盗抢系统，同时也顺应了当今汽车设计生产的方向：节能、环保、安全、智能。目前在我们的日常生活中多处都有人脸识别技术的影子，人的面部特征属于生物特征，是人的一种内在属性，其特点就是具有很强的稳定性和差异性。人脸识别技术具有安全性、保密性、方便性、自然性、不易被察觉性的特点，是一种具有活性判别的非侵犯性主动识别，避免了非活性物件对识别器的欺骗，识别速度快，形式友好，不会令人感到厌烦。

2 项目创新点

国内外在汽车防盗方面研究成果很多，防抢方面研究方面较少。其防盗抢方式方法均不能解决车主在车钥匙及遥控器被复制或丢失的情况下，他人开走车辆；发动机在工作时，非指定人员开走车辆状况，也不能解除他人向车主借车而不愿意借的烦恼。研究开发专用于驾驶员状态的人脸识别技术及专业软件，达到速度快、抗干扰能力强、准确度高等目的。

3 项目说明

3.1 主要研究内容

通过安装车内CCD摄入指定驾车人的头像，经人脸识别技术软件处理确定其特征值后置入车载电脑。用钥匙接通电源时，CCD工作，系统实时识别其是否为预置的指定驾驶人，是则启动汽车，不是则否；在发动机工作时，CCD定时工作，对驾驶人员进行识别，当判断不是预置的指定驾驶人或CCD被意外阻断正常的定时工作，则切断发动机的点火系统。项目关键技术是针对驾驶员状态的人脸图像识别技术研究，并开发专用技术软件和防盗抢硬件系统。这是一种新型的人性化、智能化的汽车防盗抢设备，即使是在车钥匙及遥控器被复制或丢失的情况下，其他人也无法启动车辆；发动机在工作时，非指定人员也无法驾驶车辆，既可起到汽车防盗抢的作用，又可免除他人向车主借用车辆的烦恼。

3.2 研究方法分析

人脸图像采集：通过CCD图像传感器活性主动识别并采集人脸图像，当驾驶者面部在CCD图像传感器可采集图像位置范围内时，传感器会自动扫描并拍摄驾驶者的脸部图像。

人脸检测：在软件开发过程中应用于图像的标准化预处理，确定图像大小、位置、特征压缩、提取特征，从而降低网络运算的复杂性。

人脸图像的标准化预处理及特征提取：首先采用的是ORL人脸数据库，其中每一张都是112*92维的灰度图像。然后应用双立方灰度插值法，把人脸图像压缩成56*46的图像，将所有数据首尾相接排成一行，则可以得到一个2576维的行向量，但并非所有向量元素都可以作为有效人脸特征元素输入，不仅会影响分析精度，也会影响分类器训练的运行速度。应用独立成分分析ICA从原始数据中提取独立成分并做降维处理，可从ORL人脸数据库的每一张提取56维的特征向量。运用y=（x-MinValue）/（MaxValue-MinValue）公式，针对ICA降维提取后的特征向量元素做统一化处理，主要是为了它们都处于一个相似的动态范围内，便于输入分类器进行训练。

人脸图像匹配与识别：将输入的特征向量元素与数据库中所储存的特征数据进行检索匹配，输出数据匹配的结果。人脸识别是将通过CCD图像传感器形成的人脸特征图片与人脸数据库中已有的特征图片相比较，根据相似比判断被识别者的身份是否符合要求。

支持向量机SVM人脸识别的流程：通过CCD图像传感器摄入的人脸图像，经过图片的标准化预处理，独立成分分析ICA的降维处理提取有效特征向量，将其输入支持向量机SVM的训练，若训练已结束则有训练好的SVM分类器参与人脸识别；若训练没有结束则重复导入SVM的训直至有训练好的SVM分类器可以参与人脸识别为止。

本项目的方案设计中的支持向量机采用的是LIBSVM算法，此算法是台湾大学林智仁教授等开发设计的。LIBSVM算法中的svmtrain函数可以选择支持向量机的不同训练模式，其中主要代表参数含义如下：

Svmtrain的用法：svmtrain[options]training_set_file[model_file]

Options：可用的选项即表示的涵义如下：

-s svm类型：SVM设置类型（默认0）

0——C-SVC

1——v-SVC

2——一类SVM

3——e-SVR

4——v-SVR

-t核函数类型：核函数设置类型（默认2）

0——线性：u'v

1——多项式：（r*uv+coef0）^degree

2——RBF函数：exp（-r|u-v|^2）

3——sigmoid：tanh（r*uv+coef0）endprint

-d degree：核函数中的degree设置（针对多项式核函数）（默认3）

-g r（gama）：核函数中的gamma函数设置（针对多项式/rbf/sigmoid核函数）（默认1/k）

-r coef0：核函数中的coef0设置（针对多项式/sigmoid核函数）（默认0）

-c cost：设置C-SVC，e-SVR和v-SVR的参数（损失函数）（默认1）

-n nu：设置v-SVC，一类SVM和v-SVR的参数（默认0.5）

-p p：设置e-SVR中损失函数p的值（默认0.1）

-m cachesize：设置cache内存大小，以MB为单位（默认40）

-e eps：设置允许的终止判据（默认0.001）

-h shrinking：是否使用启发式，0或1（默认1）

-wi weight：设置第几类的参数C为weight？C（C-SVC中的C）（默认1）

-v n：n-fold交互检验模式，n为fold的个数，必须大于等于2

汽车点火开关的分析：目前大部分点火开关有四个档位：（1）LOCK：在此位置或拔出点火开关钥匙时，点火开关不工作，转向盘被锁住；（2）ACC：发动机关闭，音响和附属电器可正常使用；（3）ON：发动机处于低压状态及仪表电路被接通；（4）START：当点火开关钥匙顺时针旋至此位置时，待发动机启动后松手，点火开关钥匙会自动回到ON位置，此时发动机开始正常工作。

CCD图像传感器安装在点火开关ACC档控制的电路中，即点火开关钥匙接通电源时，传感器可随音响等电器同时开启工作，可以活性注定扫描人脸图像，系统实时识别其是否为预置的指定驾驶人，控制点火开关START档所连接的电路，若是则电路正常连通启动汽车，若不是与START档电路并联的警报电路被接通，警报器响，汽车不会被启动。

图1 汽车人脸识别控制系统流程图

4 项目总结

基于人脸识别技术的汽车主动防盗技术顺应了当今汽车设计生产的趋势，工作形式非强制性，运行速度快不会使驾驶者厌烦，不仅安全可靠，同时也为汽车本身提高档次增加了潮流元素。实时和定时相结合的人脸识别运行模式，完整地达到了防盗、防抢的作用效果。在当今倡导创新型经济的发展趋势下，基于人脸识别技术的汽车主动防盗技术应用会越来越普遍，应用该技术的汽车的购买量是非常可观的，会有很好的市场发展前景，引领汽车行业新风尚。

参考文献

[1] 李金屏，韩延彬，杨清波，等.人脸识别新技术研究进展[J].计算机科学，2004，31（10A）.

[2] 胡广书.数字信号处理[M].北京：清华大学出版社，1997.

[3] 张贤达.现代信号处理[M].北京：清华大学出版社，1995.

[4] 吴丹，林学.人脸表情数据库的设计与实现[J].计算机工程与应用，2004，40（5）.

[5] 杨福生.小波变换的工程分析与应用[M].北京：科学出版社，1999.

[6] 王宏漫，欧宗英.采用PCA/ICA特征和SVM分类的人脸识别[J].计算机辅助设计与图形学学报，2003，15（4）.

[7] 李洁颖，吴渝，王国胤，邱文彬.基于线性判划分析与支持向量机的人脸识别研究[J].计算机应用研究，2006，（23）.

基金项目：本文由沈阳理工大学大学生创新创业项目资助，项目编号：2012QC013。

作者简介：姜少玮（1993-），男，辽宁大连人，沈阳理工大学汽车与交通学院学生。

（责任编辑：周 琼）endprint