浅谈公安人脸识别系统规划方案

2019-09-09

广东通信技术 2019年8期

1 引言

随着社会经济的高速发展，城市规模不断扩大，外来人口流动性越来越大，各大商超、市场、景区、学校、医院、娱乐场所、工厂和重大活动场所等人流量密集区域的社会治安隐患问题愈加严峻。采用专业化人脸识别技术手段和设备加强这些区域的流动人群监控，不仅可以变被动为主动，还可以提高公安机关侦查工作的准确性和时效性，提升公安机关快速防范和应急能力，维护社会治安稳定，保障人们正常生产和生活，创造长治久安的和谐环境。

2 人脸识别系统整体架构和数据流向

公安人脸识别系统主要包括前端采集人脸摄像机，后端存储、计算和应用分析平台，以及人脸信息库等几个部分。其中，前端人脸摄像机可以是带有抓拍功能的高清网络摄像机，或者是计算功能前移的智能人脸摄像设备，也可以是方便快捷的移动终端设备。后端平台主要包括视频图像的存储、计算和人脸的比对分析，目前，一般是将视频图像的存储统一由现有的视频接入平台完成，人脸识别分析系统主要负责人脸视频解析计算和与人脸信息库的比对分析等。人脸信息库主要包括人脸抓拍库、人脸注册库和黑名单库三部分。其中的人脸抓拍库和人脸注册库是属于静态信息库，主要用于事后的查询检索目标，黑名单库则是动态库，主要用于实时比对预警。

如图1所示公安人脸识别系统整体架构，其业务数据流向分析如下。

前端人脸摄像机所采集的视频图像数据，通过传输网络上传到分局视频专网进行存储、解析和分析处理，形成的结构化数据经过分局视频专网和市局视频专网之间的数据通道上传市局视频专网，然后由市局视频专网和市局公安信息网之间的数据安全接入平台，推送到市局公安网内人脸识别系统平台，完成人脸数据的比对分析。同时，人脸视频则经过分局的视频专网和公安网之间的视频安全接入平台送往市局图像综合应用平台。分局通过部署在公安网内的客户端接入市局人脸识别系统平台实现人脸比对结果的浏览、查询等实战应用功能。

图1 公安人脸识别系统整体架构及视频数据流向

3 前端摄像机规划

3.1 前端建设场景

人脸识别系统主要功能是对人脸的识别、抓拍及预警，其前端人脸摄像机的建设场景有别于传统视频监控项目，传统的视频监控项目主要是为了满足对全场景监控的要求，而人脸识别系统前端设备的布控场景重点是人流密集、集中的出入口、通道、路口等。所以，只有选择最佳的布控场景，才能最大限度地发挥人脸识别系统的布控价值。

前端人脸摄像机主要选择以下场景进行部署：

（1）门口

在大厦的大厅门口，医院的门诊、住院大厅入口，重要层楼的门口部署人脸摄像机，对经过门口的每个人能够获取到较高质量的人脸图像。人脸摄像机可以吊挂安装在顶棚上，应避免阳光直射，导致背景太暗，在设备选型时要考虑强光抑制功能。

（2）电梯口

在娱乐中心、休闲中心和大型商超等场所的电梯口部署人脸摄像机，能采集进入人员的视图数据。人脸摄像机可以壁挂或者吊挂安装于内侧墙壁或者吊顶。

（3）人行通道

在地下商场的通道、人行过道等处部署人脸摄像机，这类场景的特点是人流按指定方向运动，因此在入口里侧适当距离内的吊顶下吊挂方式安装人脸摄像机设备，采集进入人员视频图像信息。

（4）商超的扶梯

大型商场和超市自动扶梯主要特点是扶梯通行速度不快，人流较为集中，人流密度大，人员的运动轨迹相对固定。在人员的上行扶梯尽头吊顶处吊挂安装人脸摄像机，采集上行人员的视频图像信息。

（5）公园、景区入口、售票口

在一些旅游景点的出入口、售票口等处安装摄像机进行人脸抓拍，由于是室外场景，需要考虑光照问题。可以借杆或者新立监控杆安装人脸摄像机设备，架设高度在2米～3米，具体高度根据现场情况确定，保证能够抓拍到清晰的人脸视频图像。

（6）人行道

在人行道上靠近路口、单位入口、小区入口和商场入口等处面向行人走来方向部署人脸摄像机，采集人员的视频图像信息。此类场景可以和单位出入口、小区等出入口综合考虑，共享共建。现场勘察时应注意避免阳光直射和补光等问题。

（7）封闭公交站台

在封闭公交站台出入口内侧吊顶下面吊挂安装人脸摄像机，需要注意避免阳光直射和夜晚补光。

（8）重大活动

在一些重大的节日庆典、商业活动场所的出入口，可以采取部署由固定人脸摄像机和移动终端组成的“动静”组合模式，采集流动人员的人脸视频图像信息。

3.2 前端安装要求

3.2.1 摄像机安装要求

摄像机设在监控区域正前方面向来人方向，一般正面抓拍人脸。人脸摄像机的安装高度大约2.5米左右，摄像机监控的水平距离大约5米（视镜头焦距调整）。人脸摄像机的俯视角建议设置15°左右，摄像机的左右偏转度数小于30°。人脸摄像机安装示意图如图2所示。

图2 人脸摄像机安装示意图

另外，由于人脸摄像机的安装位置主要是为了能够正面拍到清晰的人脸，因此需要尽量避免前后人脸遮挡或者人脸被其他物体遮挡的情况，还要注意不要出现画面歪斜情况。

监控区域尽量避开逆光环境，否则可能会导致人脸照度达不到光照要求。如果实在无法规避逆光环境建议选用带有强光抑制功能摄像机或者通过调节图像参数优先保证人脸的拍摄效果。

3.2.2 摄像机补光要求

在光照条件较好的区域，可借助环境光线实现清晰的彩色监控，对于光照条件较差或无补光的监控区域，须采用红外补光方式实现光照条件的增强。

对于枪型人脸摄像机因监控范围较固定，则可采用红外补光灯的方式进行定点补光，枪型人脸摄像机的补光距离应达到30米以上。具体要求如下：

（1）目标人员正脸光照强度应不低于100 lux。（2）目标人员侧脸光照强度应为100～200 lux。

（3）目标人员背光照强度低于正面光照强度。否则需要采取强光抑制，减弱侧面光照影响，消除“阴阳脸”和“背光”现象。

（4）补光：是指利用额外光源来改善现场的光照条件，提高人脸图像的采集效果。主要补光措施有：普通射灯补光、白炽灯补光和其他补光措施，但是要注意不要影响到行人的正常活动。

3.2.3 摄像机室外防护要求

对于安装在室外的人脸摄像机，由于长期工作在室外，受到风吹日晒雨林的损害，沿海地区还会受到盐雾等影响，为了保证前端设备工作的稳定性以及后期维护的便捷性，前端设备需满足以下要求：

（1）为提高前端视频采集系统稳定性，摄像机供电电压尽量选择AC24V，（市电农电AC220V转AC24V），因为相对于直流供电，交流供电更适合于室外长距离应用，压降较小，不易受到雷击。考虑到部分点位电压不稳定，摄像机应满足一定的电压变化范围。

（2）摄像机应能够支持宽温度范围的工作，可以根据不同地域的全年气温变化情况选取摄像机的工作温度范围，此工作温度范围越宽越好，以保证夏天太阳直射下摄像机不会因温度过高而停止工作，冬天气温较低时不会无法启动的情况。应选取在烈日照射下图像不泛白，长时间曝晒时，设备的传感器不易损坏的摄像机设备。

（3）室外安装的人脸摄像机护罩的防护等级需达到IP66以上，应配置防水支架、防水防护罩和防水配电箱，设备安装时应使用防水胶、密封圈等措施达到防水要求。

（4）应采取防止小虫进入的措施。

3.2.4 摄像机供电要求

人脸摄像机的供电一般取自配套的设备箱，设备箱的电源需就近引接。

当设备箱的电源从电线杆或墙壁引上时，新建的引上钢管需采用Φ32镀锌钢管。室外取电的引上钢管还应做开口向下的弯头，电源线由弯头引出并接到公用电源，以避免开口向上。

当设备箱的电源从变压器或者附件用户配电箱等公用电源引接时，应采用管道、架空、墙壁及直埋等多种方式。

人脸摄像机的供电方案可采用放射式或树干式方式（一点多摄像机处）供电，需根据现场具体情况确定。

人脸摄像机的配电线路采用YJV—1kV型交联聚乙烯电缆穿Φ50碳素波纹管管道敷设。新建管道基本埋深为0.8 m；在过机动车道时需穿Φ100镀锌钢管进行保护，在绿化带内新建管道时埋深0.5 m。

（1）供电原则

本项目所需电力直接由公共电网220/380 V线路引入，依据摄像机监控范围及用电负荷分布情况，就近卡式电表箱引出220V电源为人脸摄像机供电，采用低压侧计量方式，卡式电表箱、电度表精度及型号等技术参数由供电部门提供和安装。

配电系统需在卡式电表箱中装设SPD，放电电流不小于20 kA（8/20 µs）；在控制电源处装设SPD，放电电流不小于5 kA（8/20 µs）；工程配电系统接地方式采用TN-S接地形式，并在监控点处做若干重复接地。

电力电缆在井内的接线采用热缩式电缆头制作工艺，保证接头的防水及耐腐性能不低于电缆的相应指标要求。

人脸摄像机取电方式为集中就近取电，根据实际情况，取电线缆敷设方式为埋地管道取电（特殊情况下可采取架空取电）。

（2）取电方式

人脸摄像机可采用两种供电方式，一种是集中供电，另一种是就近取电。由于前端监控布点是沿主干道和有关路口进行布放，点位分布广，有条件的采取集中供电方式，没有条件的采取就近引电方式供电。

（3）电缆材料选取及要求

配电电压为220 V单相二线制，采用树干式供电，配电线路采用YJV—1KV型交联聚乙烯电缆。

全路电力电缆型号为YJV-1kV-3x2.5 mm²交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆（分架空自承式及管道缆），杆内引线采用2x1.5 mm²电力电缆缆。

3.2.5 摄像机防雷接地要求

人脸摄像机设备的防雷接地设计应需符合《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》（GB 50689-2011）的要求。

新建监控杆需要按照国家和行业有关规定进行防雷接地网的建设，接地电阻要满足规范要求。

新增设备箱采用二合一等电位防雷器，进行电源和网络的避雷。其中，二合一等电位防雷器设备技术要求如下：

（1）220 V电源浪涌保护器部分：具备电源220 V和高清网络信号等电位防雷功能；220 V电源浪涌保护器。

（2）网络信号浪涌保护器部分：最大放电电流10 kA；响应时间：≤25 ns；频率范围：0～1 000 MHz；接口形式：RJ45。

3.2.6 摄像机接入方式

人脸摄像机一般采用租用运营商网络或者自建网络接入视频监控平台的措施。

3.3 前端功能要求

（1）高清性能

人脸摄像机在图像质量方面要求更加清晰和细腻，在同等的环境基础上，视频图像分辨率的提高意味着获得比传统摄像机更丰富的信息量，符合视频监控系统高清化、智能化、网络化和应用化的发展趋势。

为了保证抓拍到效果清晰人脸，人脸摄像机的分辨率不低于1080p，高清摄像机的高清图像要求达到600万像素3072x2048@25fps以上分辨率，清晰度不小于2000TVL则效果更佳。

最低照度要求不低于彩色：0.0003lx，黑白:0.0001lx；灰度等级不小于11级。另外，人脸布控摄像机还应具备宽动态的特性、强光抑制性能和补光措施。

（2）智能化功能

根据实际需要，要求前端部署的部分摄像机具有智能分析功能。支持H.264、H.265、MJPEG视频编码格式，且具有High Pro fi le编码能力。实现人脸区域自动曝光功能，可根据外部不同场景和光照变化自动调节人脸区域曝光参数。能够识别人脸性别、年龄段和是否戴眼镜。具备人脸检测、区域入侵检测、越界检测、进入区域、离开区域、徘徊、人员聚集、场景变更、虚焦检测、音频异常检测等功能。具有实时视频透雾、ROI感兴趣区域、SVC可伸缩编码、视频水印等功能。

（3）存储功能

考虑到公安监控数据的重要性和安全性，为防止传输网络故障或后端系统宕机引起的监控数据丢失，人脸摄像机增加SD卡存储冗余方式，一旦传输网络大面积故障，视频数据暂存在摄像机内置的SD卡中，在短时间内保证数据不缺失，待传输网络故障恢复后，再对数据进行断点续传。

3.4 立杆等建设方案

（1）监控杆和基础

根据人脸摄像机的有效挂高以及最佳拍摄位置需求，确定新建监控杆的高度和横臂的长度，一般人脸摄像机的安装高度应在2.5米左右，因此监控立杆的高度应在3米以上。横臂的长度则可以根据现场需求调整，一般在0.8～1.5米。立杆材质需采用热镀锌钢管，立杆口径不小于Φ140/90 mm，壁厚不小于5 mm；悬臂口径不小于Φ60 mm钢管，壁厚不小于3 mm；杆体镀锌量不少于550 g/m2，锌层厚度不少于85 μm，需要新建地锚。基础尺寸不小于长500 mm＊宽500 mm＊深1 000 mm。

具体参数需要根据当地环境、地质条件等确定。

（2）设备箱

如果是室外设备箱则需要做好防水措施，并用配套管箍法兰等安装，设备箱内配置插排等电源控制设备，箱体按照具体需求编码喷绘，箱体背板厚度应不小于1.5 mm，其余面板厚度应不小于1.2 mm厚，材质应为不锈钢材料。还应包含电表、空开、接线端、插排、电源线、二合一等电位防雷器、喷涂等设备。

（3）警示标示牌

警示标示牌的尺寸一般参照客户的具体需求定制。

3.5 前端传输网络方案

从建设的经济效益等因素考虑，前端人脸摄像机的视频传输网络主要采用租赁方式建设，个别区域有线传输设置困难，也可以采用4G无线网络包月卡的方式。

有线传输租赁主要分为裸光纤租赁及PON网络租赁两种方式。其中，本项目前端人脸摄像机以PON网络租赁方式。

单路人脸摄像机需求传输带宽测算如下：

600万像素人脸摄像机码流按照8 Mbit/s，以双流需求计算，每一路人脸摄像机所需的网络带宽为不低于20 Mbit/s。

4 人脸识别系统规划方案

人脸识别系统主要通过动态人像系统和静态人像系统在数据库中进行图片比对，快速识别可疑人员、黑名单人员，并且及时预警和防范。

动态人像系统整合了人脸跟踪捕获和识别、实时布控、过往路人轨迹查询等功能。该系统被广泛应用于居民区、商业区、火车站、地铁站、快速公交站、机场、海关、商场出入口等人流密集区域。通过布控报警功能，可在第一时间预警黑名单人员进入监控区域。通过路人轨迹查询功能可以查询对象轨迹路线，确认对象出没规律以及随行同伴，为警方提供有效破案线索。

静态人像比对支持十亿级别的大规模人像库的1:1，1:N，n:N比对，被广泛应用于公安，金融等领域，可对城市人口以及重点人口进行建库，通过人像比对可以快速精准确认被查询人员身份。

人脸识别系统，是指通过在重点监控地点部署安装高清网络摄像机或复用原来建设的高清网络摄像机设卡，对经过卡口的人员进行人脸抓拍，后台的智能分析系统仅通过接入的视频流、图片流就可以实现实时的人脸识别、人脸抓拍、人脸数据存储，并与数据库进行实时比对，当发现目标人员时，系统自动发出报警信号，采用多种联动方式通知值班人员。系统集高清人脸图像的抓拍、传输、存储，人脸特征的提取和分析识别、自动报警和联网布控等诸多功能于一身，并具有强大的查询功能及强大的通信、联网功能，可广泛应用于重要关卡的行人监控，可与车辆卡口系统一道构筑出具备车辆和行人监控的现代治安卡口智能监控系统。

4.1 业务流程

人脸识别分析业务包含人脸实时比对和人脸历史查询。其中实时比对发生在事前或事中，当系统发现有布控人员出现时，执勤人员可以迅速做出反应。历史查询则是针对事后重点人员排查，可通过可疑人员图片查询系统记录的人员信息。

人脸实时比对的业务流程主要分为人脸信息的采集、汇聚、图像获取、计算和特征值抽取，然后根据人脸库进行特征值的比对和识别。

如图3所示为实时人脸识别业务流程：

4.2 人脸分析系统

人脸摄像机所采集的视频图像通过传输网络同时传送至天网平台和人脸识别分析系统，人脸摄像机的设备管理和维护由天网平台统一负责。设备采集的视频流的存储和转发由流媒云存储服务器负责，视频的解析和结构化分析、人脸特征数据提取由人脸识别分析系统完成，分析后结果将上传到市局视频专网内相关平台，然后经数据安全接入平台推送到市局人脸平台，完成人脸的比对和应用。

图3 实时人脸识别业务流程图

（1）人脸识别分析系统的数据采集、上传和存储

人脸分析系统前端摄像机所采集的视频流经租用的运营商传输网络上传视频专网，在分局视频专网内完成汇聚、存储和计算分析以及特征值抽取任务。

系统存储设备完成数据的汇总、处理、传输、存储，主要包含数据分发服务、消息总线、数据采集服务以及分布式缓存。数据分发服务负责解析产生的数据的接收、过滤、校验，将数据推送到消息总线，数据采集服务负责从消息总线接收数据进行处理并再次过滤校验，实现数据的处理、照片转存，并将数据推送到应用系统、保存到存储。

（2）人脸分析系统的视频解析、结构化分析和特征值抽取

人脸分析系统对人脸摄像机获取的人脸视频，在后台完成视频的解析、计算分析。然后抽取特征值数据，上传市局视频专网对接公安网内的市局人脸识别系统平台，实现人脸数据的比对分析和应用。

（3）人脸分析系统主要实战应用功能

人脸识别系统主要实战应用功能如下：

①轨迹还原

是指人脸分析系统对目标人员的脸部特征进行识别分析和判定，然后结合摄像机的定位，结合人员通过时间的先后关系，进行计算并在GIS地图上可视化展示出目标人员的路线轨迹，并且能够实时更新目标人员的当前位置信息，预判目标人员的行动路线，实现目标人员提前预警和布控，为警务人员提供直观的破案线索，进一步提高办案效率的目的。

②疑犯排查

系统可实现疑犯排查主要包括重点人员的排查和疑犯踩点排查两大功能。

重点人员排查是指系统可以实现发生高危行为的非白名单库人员进行提前预警和自动排查工作。当重点人员的高危行为发生次数高于系统预设数值时，系统便会自动产生报警信息。

疑犯踩点排查是指通过人脸分析布控系统，记录并分析在设定的布控范围内出现的人员，当有人员反复在某区域出现时，则视其为疑犯踩点，系统可以及时预警。同样，人脸分析布控系统也可以设定高位时段如凌晨12点至5点，如果在一些重点区域捕捉到人员反复出现时，系统可以将人脸信息保存至黑名单库，并产生提前预警功能。

③关系挖掘

对于非个体冲动性犯罪行为的有目的、有组织的团伙犯罪行为。在案件侦破过程中，在通过疑犯排查确认了一名疑犯后，可通过人脸分析布控系统，侦查该疑犯在整个系统中的某些重要点位，前后一段时间内是否一直有相同的人员出现，根据出现的吻合点位数量及时间差长短，列出可能为疑犯团伙成员的列表清单，系统还可以根据积分模型给出疑似团伙成员概率。

④轨迹碰撞

当不了解犯罪人员的具体特征信息，而是只了解犯罪人员作案时间、地点及逃窜路线时，则可通过在各个点位记录数据的位置、时间信息，通过大数据碰撞分析，输出符合条件的人员信息列表，以便进一步缩小排查范围，提高办案效率。

⑤报警推送

在动态布控视频资源中，当检测到有公安部在逃库人员或重点人员时，系统能够将产生的报警信息同时推送到PGIS地图上距离报警位置最近的巡警警务通客户端上，公安巡警可根据报警具体情况及时联系指挥中心再次确认，获得批准后及时赶赴现场进行抓捕。此功能一方面可提高犯罪人员抓获效率，另一方面可减少危险人员对社会造成的危害。

（4）人脸识别系统的比对分析

①功能指标：

可实现目标库管理：目标库的创建、查询、清空、删除、导出功能；人脸图片或特征入库，获取和删除；

支持单库人脸检索和多库人脸检索；1:N单张照片（特征）与目标库进行比对；

支持人脸属性提取和人脸特征提取；

实时分析任务管理：创建、删除、修改、查询视频分析任务；更新任务配置；

支持实时视频流分析，支持视频文件分析；

比对结果返回：抓拍结果返回；比对结果返回；属性结果返回；

实时目标库布控容量不小于20万；

目标库数量不小于200个；

人脸抓拍对实时视频进行分析，抓拍人脸/头肩，并对人脸做结构化处理，同时返回摄像头信息和时间信息；

人脸比对：将抓拍到的人脸与目标库中的图片进行比对，超过阈值则返回比对结果，并能推送TopN的比对结果；