人脸识别技术的应用与发展现状研究
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作者:王琨 朱勇建 黄荟霖 马乾然
摘 要：随着当前经济的快速发展，科学技术也得到了很好的发展，使得我们进入了数字信息化时代，所以使得信息识别安全的问题被看的越发重要。生物特征识别技术在近几十年内发展迅速，人脸识别技术作为其分支技术也得到了很好的发展。尤其是随着人工智能技术逐渐走向成熟，人脸识别技术被推动向前发展的更快，并且被应用到多个领域。本文主要对现代的人脸识别技术研究现状进行了分析，其次介绍了人脸识别技术的原理与步骤、在社会生活中的应用以及当前所遇到的问题，通过分析介绍，希望能够推动人脸识别技术的进一步发展。
关键词：人脸识别 人工智能 特征提取 人脸信息
人脸识别技术的发展与社会的信息化发展有着紧密的联系[1]。随着人脸识别技术的不断向前发展，越来越多的领域中都使用了该技术，比如人脸识别解锁以及支付[2]。人脸识别技术主要是把人的面部信息作为数据的集合，其与传统的生物信息识别方式进行相比参数的信息更多、安全性也更高。同时人脸识别技术是一种非接触性的识别方法，在实际应用中会更加灵活方便，因此该技术在未来拥有更加广阔的发展前景[3]。
1 人脸识别技术的国内外研究现状
1.1 国外研究现状
目前很多国家都在研究人脸识别技术，主要是欧美等科技比较发达的国家，现在比较有名的有MIT的Media lab、AI lab，CMU的Human-Computer Interface Institute等研究机构，现在研究的方法主要有以下几个：
（1）模板匹配，主要有固定模板与变形模板两种方法。
（2）示例学习，该方式的使用过程是把人脸的样本以及非人脸的样本一起放入到学习机，让其产生判别规则，从而将其作为判断输入的图像是否为人脸的判断依据。
（3）神经网络，当前使用神经网络的方法来进行人脸检测已经有了非常大的进展，MIT的学者先将人脸样本集与非人脸样本集进行聚类，然后用测试样本与以上两者的子类之间的距离当作其分类的度量，再利用MLP网络作为分类器。
（4）基于隐马尔可夫模型的方法。
1.2 国内研究现状
20世纪80年代开始，国内也有了关于人脸识别技术的研究，主要是清华大学、中科院、复旦大学等国内的一些名列前茅的高科技研究单位。在国内对人脸识别技术的研究中，主要研究三大类方法：基于几何特征的人脸正面自动识别方法、基于代数特征的人脸正面自动识别方法以及基于连接机制的人脸正面自动识别方法。
周激流研究出了可以进行反馈的人脸正面识别系统，他使用积分投影的方法来提取人脸面部特征的关键部分，并将其用于识别，得到了非常好的效果。彭辉、张长水等人将“特征脸方式”，张辉、周洪祥等人使用对称主元方式来分析神经网络，使用去冗余跟权值正相交相互结合的方法来对面部特进行提取与识别。此方式使用的特征数据量较小，从而使得运算量也较小，能够较好的实现对大量人脸样本的存储以及快速的识别。
2 人脸识别的原理以及步骤
2.1 人脸识别的原理
人脸识别技术通过获取以及分析人脸的面部信息，对其特征信息进行提取并做量化处理，将其当作依据来对不同的个体进行区分，最终对得到的特征信息进行比对从而实现人脸识别。人脸识别的过程可以被分为两个：图像获取、人脸识别算法。
2.2 人脸识别的步骤
（1）人脸检测。
由于人脸所处的环境背景可能会比较复杂，在提取时会受到各种背景图像的干扰，所以在进行人脸识别时首先要做的就是检测到人脸。人脸检测的目的就是从被检测的图像中将人脸的位置坐标提取出来。主要包含两个过程：图像扫描、人脸判别。
（2）人脸的特征点进行定位。
为了使得定位出的人脸特征信息的位置更加准确，所以我们应该运用人脸特征点的定位算法来将含有人脸坐标框的图像进行处理，最终求出人脸的关键点的位置坐标。
（3）人脸的图像特征进行提取。
此过程是把人脸图像进行转化，让其成为一个多维的向量，并且将图像信息转化成为一个特定的数值。假如人脸有n个特征，而每一个特征又有m个不同的形式，那么其能够表示的总量为mn，通过这种方式来进行扩充，会使得特征空间变得巨大。
（4）人脸识别。
此过程是人脸识别步骤的最后一步，经过前三个步骤所得到的特征，然后在此过程中识别出与之对应身份的人脸。通过输入一个人脸的特征，然后从信息库中找出与其匹配程度最高的人脸信息。而且在进行对比前，要先设置一个相似度的阈值，然后再利用识别算法来将得到的相似度值与设定的阈值进行比较，高于阈值的才能算识别成功。
3 人脸识别技术的应用
伴随着社会经济的不断发展，社会生活的各个领域对于快速且有效地进行身份的自动验证有着急迫的要求，而生物的特征识别技术在最近的几十年间有了飞速的发展。生物特征作为人的内在属性，它的稳定性很强并且在个体之间存在差异，所以它成为了自动身份验证的最理想的依据。目前使用的生物特征识别技术的特征主要是：指纹、视网膜、虹膜、人脸等。与其他几个特征相比，人脸特征相较于其他特征而言更为直接与方便，而且使用者并无任何的心理障碍，比较容易被接受，因此被使用的最为广泛。现阶段人脸识别主要被应用于以下几个方面：
（1）应用到犯罪嫌疑人的查找中。
在公安部门的档案系统中存储着犯罪嫌疑人的照片信息，当在案发现场中或者利用其它的方式得到嫌疑人的照片或者面部信息的特征，则可将其与档案系统中的照片信息进行对比，快速查找到犯罪嫌疑人，从而使得破案的效率被大大的提高。
（2）应用到证件验证中。
在诸如火车站、地铁站、机场等场合通过证件检验的方式来验证某人的身份是通常使用的手段，而身份证上都带有照片，机器通过使用人脸识别技术来完成身份识别验证的工作，进而实现自动化的管理。
（3）应用到视频监控中。
在银行、公司以及一些公众场合中都会设有24h的视频监控系统，如果发现异常情况或者有外人闯入，就需要对其进行实时监控、追踪以及识别等。这一系列的操作需要对采集的图像数据进行分析，这就需要用到人脸识别技术。
（4）应用到入口的控制中。
入口控制有较为广阔的范围，在小区门口、住宅楼的入口等处进行人脸识别认证，以及在计算机系统的入口或者情报系统的入口进行的身份识别验证。
4 结语
人脸识别技术是一种非接触性的识别方法，在实际应用中会更加灵活方便。21世纪是一个信息技术高速发展的时代，人脸识别技术在未来将会有更加广阔的发展前景，所以需要我们不断加大对该技术的研究力度，加大投入的成本，使其更加優化，成为一个准确性更高、更加方便快捷的技术，使其在社会生活中应用的更加广泛。
参考文献
[1] 毛润霞.新型智慧城市建设中人脸识别的应用[J].技术与市场， 2019， 26（12）：35-36，39.
[2] 高扬.人脸识别技术应用须保障用户信息安全[N].检察日报，2019-11-29.
[3] 陈凤凤.人脸识别技术在网络考试防作弊系统中的应用研究[J].江苏科技信息，2019， 36（32）： 60-62.
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