人脸识别系统研究

邓晓昺

摘 要：人脸识别系统因其在安全验证系统、信用卡验证、医学、档案管理、视频会议、人机交互、系统公安、罪犯识别等方面的巨大应用前景而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。

人脸识别系统主要包括人脸的读入、人脸锁定、特征提取、人脸识别等四大模块。人脸识别的目的是让计算机具有通过人脸的特征来鉴别身份的功能。基于人脸特征的身份识别主要设计到复杂场景中的人脸检测及识别技术，是一种依托于图像理解、模式识别及计算机视觉、统计学和人工智能等高技术的研究方向。

关键词：人脸识别；图像预处理；特征提取

一、引言

在人类社会的发展进入到21世纪的今天，安全问题已经成为困扰人们日常生活的重要问题之一。社会的发展促进了人的流动性，进而也增加了社会的不稳定性，使得安全方面的需求成为21世纪引起广泛关注的问题。不论是享受各项服务如网上冲浪、还是居家、办公等都涉及到安全，以往这些行为基本上是通过符号密码来进行安全保护，但是随着服务数量的不断增加，密码越来越多以致无法全部记住，而且密码有时也会被他人所窃取，各种密码被破解的概率越来越高，人们对身份识别的安全性、可靠性、准确和实用性提出了更高的要求，必须寻求身份识别的新途径。

于是，近年来人类生物特征越来越广泛地用于身份识别，而且生物特征可以更好的进行安全控制。与原有的人类身分识别技术相比，基于人类生物特征的识别技术具有安全可靠、特征唯一、不易伪造、不可窃取等优点。人类本身具有很多相对独特的特征，如DNA、指纹、虹膜、语音、人脸等。基于这些相对独特的人类特征，结合计算机技术，发展起众多的基于人类生物特征的人类身份识别技术，如DNA识别技术、指纹识别技术、虹膜识别技术、语音识别技术、人脸识别技术。

二、人脸识别技术的特点

人脸图像识别除了具有重大的理论价值以及极富挑战性外，还有许多潜在的应用前景，利用人脸图像来进行身份验证，可以不与目标相接触就取得样本图像，而其它的身份验证手段，如指纹、眼睛虹膜等必须通过与目标接触或相当接近来取得样木，在某些场合，这些识别手段就会有不便之处。

人脸识别和其他的生物识别比起来有以下几个优点：（1）其他的生物特征识别方法都需要一些人为的行为配合，而人脸识别不需要。（2）人脸识别可应用在远距离监控中。（3）针对现在的第一、二代身份证，每个身份证都有人脸的正面照片，也就是人脸库将是最完善的，包括人最多的，可以利用这个库来更直观、更方便的核查該人的身份。（4）相对于其他基于生物特征识别技术，人脸识别技术具有特征录入方便，信息丰富，使用面广等优点，同时人脸识别系统更加直接友好。人脸识别技术作为生物识别技术的一种，以其特有的稳定性、方便性、唯一性等特点被越来越多地应用于除安全问题外的各种身份识别领域。

三、人脸识别系统的构成

人类似乎具有“与生俱来”的人脸识别能力，赋予计算机同样的能力是人类的梦想之一，这就是所谓的“人脸识别”系统。假设我们把照相机、摄像头、扫描仪等看作计算机的“眼睛”，数字图像可以看作计算机观察到的“影像”，那么AFR赋予计算机根据其所“看到”的人脸图片来判断人物身份的能力。

人脸识别系统包括：

（1）人脸图像的获取

一般来说，图像的获取都是通过摄像头摄取，但摄取的图像可以是真人，也可以是人脸的图片或者为了相对简单，可以不考虑通过摄像头来摄取头像，而是直接给定要识别的图像。

（2）人脸的检测

人脸检测的任务是判断静态图像中是否存在人脸。若存在人脸，给出其在图像中的坐标位置、人脸区域大小等信息。而人脸跟踪则需要进一步输出所检测到的人脸位置、大小等状态随时间的连续变化情况。

（3）特征提取

通过人脸特征点的检测与标定可以确定人脸图像中显著特征点的位置（如眼睛、眉毛、鼻子、嘴巴等器官），同时还可以得到这些器官及其面部轮廓的形状信息的描述。

根据人脸特征点检测与标定的结果，通过某些运算得到人脸特征的描述（这些特征包括：全局特征和局部特征，显式特征和统计特征等）。

（4）基于人脸图像比对的身份识别

即人脸识别问题。通过将输入人脸图像与人脸数据库中的所有已知原型人脸图像计算相似度并对其排序来给出输入人脸的身份信息。这包括两类识别问题：一类是闭集（Close Set）人脸识别问题，即假定输入的人脸一定是人脸库中的某个个体；另一类是开集（Open Set）识别，即首先要对输入人脸是否在已知人脸库中做出判断，如果是，则给出其身份。

（5）基于人脸图像比对的身份验证

即人脸确认（Face Verification）问题。系统在输入人脸图像的同时输入一个用户宣称的该人脸的身份信息，系统要对该输入人脸图像的身份与宣称的身份是否相符作出判断。

人脸识别的目的是让计算机具有通过人脸的特征来鉴别身份的功能。基于人脸特征的身份识别主要设计到复杂场景中的人脸检测及识别技术，是一种依托于图像理解、模式识别及计算机视觉、统计学和人工智能等高技术的研究方向。

四、结束语

人脸识别具有重大的理论意义和应用意义，它是一项结合了多学科，多领域知识方法的技术。长期以来，如何利用计算机进行准确，快速的人脸识别，一直是图像处理与模式识别的研究热点与难点。社会的发展促进了身份认证技术市场的急速扩大，人脸识别因其自身的优点，在身份认证中的使用日益频繁。人脸识别技术具有广泛的社会需求和市场前景。

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