人像检验中的人脸特征分类与分析

2016-05-06高一卓吉林警察学院吉林长春130117

中国刑警学院学报 2016年1期

关键词：额头下颌人脸

高一卓（吉林警察学院吉林长春 130117）

人像检验中的人脸特征分类与分析

高一卓
（吉林警察学院吉林长春 130117）

对正面图像中的人脸部特征进行测量和总结，并就特征进行归类和分析，计算出各种类型特征出现的几率，为视频人脸重建提供参考信息。

人脸特征类别统计

1 引言

对视频资料信息的提取有限，对于视频资料本身所能提供的人像模糊信息的利用率较低，很多情况下存在对人像特征信息特性不了解、不敢确定的情况。将视频影像资料中较易分辨识别的特征进行详细的测量、分类，并计算、统计特征所占比例数据，有利于对视频中人脸特征的可能性分析提供特征率。对人脸特征比例和对分类人脸特征类别的分析研究，有利于提高视频资料中对人脸相貌可能性的推断，有利于对视频中人物相貌特征进行描述和归类。

2 人脸特征提取实验样本库的建立与选取

为统一实验数据标准，选取居民身份证数字照片。根据居民身份证用数字相片技术标准(GA461-2004)，随机选取了25-45岁男、女性各1000名的身份证制式照片，均为正面人脸图像，颜色模式为24位RGB真彩色模式，图像尺寸均为32mm（宽）×26mm（高），358像素（宽）×441像素（高），分辨率为350dpi的二代身份证制式图像。

图人脸特征标示图

本文针对人物的特征进行数据分析，测量是针对数字图像的真实大小测量，使用Adobe Photoshop CS5软件对相貌特征进行长度的测量，单位为毫米。图对人物特征研究中的测量内容及测量方法。

3 人脸特征类别分析

3.1 额头特征分析

在面部形态中，额头占有比较大的面积，一般约为1/3的面部面积，在图像中，所占像素点较多，对影像中人物的直接辨认影响较大。

前额是指发际线至眉心线之间的区域。表现在纵向的高、中、低变化，横向的宽、中、窄变化，侧面观的倾斜度，整体正面观的大中小形态[1]。正面人像中根据额头的生理外形可以分为宽额、窄额、低额和高额以及中等额头等类型。

测量数据表明，男性额头的一般宽度是12.05厘米、高度是5.54厘米；女性额头的一般宽度是11.48厘米、高度是5.8厘米，略大于男性。表1为男女性额头高度测量数据表及所占比例说明。

表1 额高分布统计数据范围

分析测量结果得出，男性中等额头的范围在11-13厘米，大于13厘米是宽额头，小于11厘米为窄额头。男性宽额头的比例为15.8%，中等额头的比例为74.3%，窄额头的比例为9.9%。女性中等额头的范围在10.5-12.5厘米，大于12.5厘米是宽额头，小于10.5厘米为窄额头。女性宽额头的比例为12.7%，中等额头的比例为76.5%，窄额头的比例为10.8%。男女处于中等宽窄额头范围内的比例接近，女性额头宽度略小于男性。

当同一类型的额头，正、侧面观的形态均相近，额宽和额高的数值也相近，那么表现在视频当中，人像的额头差别很小。人像复原的步骤中可以使用相似类别的额头加以参考甚至替代。

3.2 颧骨特征分析

颧骨位于眼眶的下方偏外侧，形成面部的骨质凸起。实验观察可知，按性别区分，男性的面部线条比较明显，比较生硬，侧面观立体性很强，颧骨通常表现比较明显；女性面部线条比较柔和，侧面观立体性不如男性明显，颧骨通常不明显，颧丘相对圆润。

正面观时，颧丘突出且明显，方便测量及分析。颧丘的距离有时是面部最宽的距离，甚至决定了面部的宽度[2]。

通过对1000名男性和1000名女性的图像的面部颧丘的距离的测量，得出图像中男性的颧丘距离平均值为13.02毫米，女性的颧丘距离平均值为12.54毫米，可知女性的颧丘距离略窄于男性的颧丘距离。说明女性面部宽度一般略小于男性，在对模糊视频人像进行辨认识别时，考虑男女性面部宽度与平均值的差距大小，进而分析人物头部大小，得到人物体态胖瘦情况。

经统计，男性颧距相近的比例为26.7%，女性颧距相近的比例为26.4%，二者几乎相等。这一数据表明，在对模糊视频中的模糊人像进行复原时，颧距相似的比例约为1/4，相似程度很小，差异性很高，说明颧骨特征具有很好的区分识别人物的特性。

结合数据观察图像得出，颧丘突出且是面部最宽的距离时，菱形脸、卵形脸较多。再结合影像中观察的人物头部长度，即可进一步分辨是哪一种脸型。当人物较胖时候，颧骨并不十分明显，颧丘在图像中表现为高光部分，面颊相对突出位置凹陷，表现在感官上为面颊平坦[3]。当颧骨较为突出，且下颌角较为突出时，体态正常以及偏瘦的人通常会有较为明显的颧窝出现。

3.3 下颌部分特征分析

下颌部分是构成人的脸部结构的下部分，对决定人脸的脸型具有重要的决定作用。下颌部分是指下颌体、下颌骨、颏隆凸以及颏结节在内的4部分[4]。下颌角是下颌体和下颌骨相交的拐点处。

根据下颌角的突出与否，以及下颌宽度，下颌体的长短、下颌骨的形态，本文将下颌分为大V型、V形、U形、半圆形、梯形、倒梯形和方形，共7种。大V型下颌颏部明显尖削，下颌角明显，下颌体较长。V形下颌的颏结节部位较尖细，下颌角较小，正面观不明显，且位置相对接近耳垂，下颌体相对较短，下颌骨相对较长。U形下颌的曲线相对较柔和，下颌体长度较长，和颧部的曲线比较协调，下颌骨底部线条较平坦，颏部不十分突出，下颌角不突出，数据上表现为正面图像的面宽和两侧下颌角的距离是一致的，这种脸型的人多为椭圆形脸型。半圆形下颌骨的底部的曲线更加平滑，下颌角不明显，颏部不突出，下颌总长度约等于下颌宽度的1/2，半圆形下颌的人的脸型可能是倒卵圆形或圆形居多。梯形下颌的下颌角较大，且十分突出，下颌角位置较低，与耳垂的位置关系较远，颏部相对不十分尖削，颏结节较宽，一般梯形脸较多。倒梯形下颌的下颌角突出，位置相对较高，颏部一般宽度或较宽，线条较为平直，倒梯形脸型中比较常见。方形下颌的下颌角较低，且颌底表现为直线，颏部不突出，一般多为长方形脸型。鉴于个人的面部长短区别，下颌种类的数据区分没有明确的数字范围。表2为每种下颌所占比例说明。

表2 下颌种类比例

从性别上区分，男性下颌骨较大，角度小而显著；女性下颌骨较小，角度大而不明显，较为圆润。

下颌角较为明显或突出的人脸通常面部有类似刀削的平面，表现为面颊较平，侧面观面颊线条较硬，能够看到明显的凹陷，体现在视频中即为明显的阴影；下颌角突出但人物较胖，表现为颧丘下方肌肉略平，面颊较为脂肪较厚。肥胖身材的人，下巴皮下脂肪比较厚，双下巴的可能性比较高，且颏隆凸被脂肪包围，体现为颏隆凸为包裹在脂肪中的圆丘，发型多为平头或板寸，较为简洁。

颏部是下颌最下方的结构，正面观有圆形、方形和尖形；根据颏隆凸的不同，从侧面观有内倾、垂直和前凸3种形态。当颏部表现为内倾时，人物下巴一般较短，特别是唇下部分；当颏部表现为前倾时，人物下巴一般较长，侧面观人脸趋近于月牙形，人脸长度也较长，人物脸型多为卵形、菱形或五角形。

在视频图像中，即使是视频图像的质量较差时候，下颌底的轮廓一般是可辨认的，结合头长，可以判断出下颌部分的长度，观察侧面下颌的图像，可以推知人物下颌是较圆润还是较尖削。

3.4 脸型特征分析

脸型是对人物面貌形态的最直观描述。比较常见的脸型分类方法是按照中国古代画论的汉字分类方法，将脸型分为“申”“甲”“由”“田”“用”“国”“目”“风”，俗称“8格”。

按照波契(Boych)的脸型分类法，人脸型分为10种，依次为椭圆形脸、圆形脸、方形脸、长方形脸、卵圆形脸、倒卵圆形脸、梯形脸、倒梯形脸、菱形脸与五角形脸。

通过实验数据测量，分别对样本数据进行脸部长度以及脸部宽度的测量，结合颞骨、颧骨距离和下颌角距离的测量数据，综合分析得出每种脸型的样本比例。在实际应用中，脸型的相似不仅是分类的相似，往往还要结合面部的长度以及其他客观条件。表3为每种脸型在样本中所占的比例。

表3 10种脸型所占比例

通过表3数据可知，在人的脸型中，长方形和椭圆形脸所占比例较高，二者之和约53.8%。可见大多数人为长方形脸或椭圆形脸。

脸型相似对视频人物的相貌识别与推断具有重要作用。实验表明，在图像中人脸五官轮廓辨认大约需要25×15（400）个像素。脸型的辨认大约需要130（五官的1/3）个像素左右[5]。

观察模糊图像分析人物脸型时，如果颧部、下颌角和颏部不明显，首先考虑长方形脸型或椭圆形脸型；颧部突出，下颌角和颏部不明显，结合面部长度考虑是否为菱形脸或卵形；图像中显示脸型较小巧，下颌角不突出时，考虑为圆形脸或倒梯形脸型，下颌角突出，考虑为方形脸；图像中脸长较长，下颌较为突出明显，颏部明显，颧部亦突出考虑为五角形脸，通常也会有颧窝出现，如果图像中人物较胖，考虑梯形脸和倒卵形脸型。

在视频资料中，往往最能明显体现的面部特征就是脸型，明确不同脸型的分类及特征，最有利于视频人脸识别与辨认。不同的脸型往往影响了面部五官的分布。