“刷臉進(jìn)站”是怎么做到的?
一年一度的春運(yùn)很快就要來(lái)了。
出門打拼的人都知道，每年春運(yùn)都是一場(chǎng)關(guān)于擁擠的記憶，人頭涌動(dòng)的車廂，排成長(zhǎng)龍的檢票口，仿佛永遠(yuǎn)都不會(huì)消退的人潮。
為了減少擁擠，我們開發(fā)了新技術(shù)來(lái)提高進(jìn)出站的效率，比如今年，北京西站就新設(shè)立了可以“刷臉”的機(jī)器。
手持車票和二代身份證的旅客只要拿掉口罩、墨鏡等遮擋面部的物品，往這機(jī)器前面一站，5秒鐘即可順利放行。
比起傳統(tǒng)的靠工作人員識(shí)別放行，這些機(jī)器最大的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)省人力，而且方便快捷。
當(dāng)然，這也對(duì)計(jì)算機(jī)“看臉識(shí)人”的本事提出了很高的要求，如何確認(rèn)眼前這個(gè)人就是身份證上的那位呢?這涉及到模式識(shí)別、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、子空間理論和流形學(xué)習(xí)等眾多學(xué)科，還有一系列以“特征臉?lè)椒?rdquo;為代表的識(shí)別算法。
這類算法的思路主要是利用一種叫“主成分分析”的數(shù)學(xué)方法，對(duì)二維的人臉圖片進(jìn)行降維和提取特征，將其轉(zhuǎn)化為一組向量集，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)處理。
它首先需要準(zhǔn)備一些基本的人臉模型(稱為“訓(xùn)練集”)，將其向量化后獲得基本的特征向量。
這些特征向量在返回成圖像時(shí)看上去仍像人臉，擁有人臉的基本特征，所以它們也被稱為“特征臉”。
在具體的識(shí)別過(guò)程中，算法會(huì)把需要識(shí)別的人臉圖像向量化、數(shù)字化，然后從參考用的訓(xùn)練集數(shù)據(jù)中找出與當(dāng)前要識(shí)別的人臉數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的幾個(gè)特征值，構(gòu)成一組特征向量基，以達(dá)到表征原數(shù)據(jù)的目的。
任何一幅人臉圖象在減去平均人臉后都可投影到子空間，得到一組權(quán)值向量，而后計(jì)算機(jī)就可以直接對(duì)比這組向量，確認(rèn)兩邊圖像中是否是同一個(gè)人了。
該方法實(shí)際上是計(jì)算了此向量和訓(xùn)練集中每個(gè)人的權(quán)值向量之間的歐式距離，取最小距離所對(duì)應(yīng)的人臉圖像的身份作為測(cè)試人臉圖像的身份。
打個(gè)比方，這就像是警察局里指認(rèn)嫌疑人時(shí)所用的“拼臉”方法，它以一個(gè)基礎(chǔ)臉型為底，將合適的眼睛、眉毛等五官放上去，最終組成一個(gè)與嫌疑人最像的人臉圖。
“刷臉機(jī)器”所做的事情也大致如此，只是它的“眼睛”、“眉毛”等五官更加抽象，對(duì)比的過(guò)程也是通過(guò)純數(shù)字化的形式進(jìn)行。
但基礎(chǔ)的特征臉?biāo)惴ū容^適合處理靜態(tài)的正面圖像，為了應(yīng)付旅客在拍照時(shí)可能出現(xiàn)的不同姿態(tài)，研究者又開發(fā)出了“彈性圖匹配”的思路。
它把所有人臉圖像看作具有相似的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不注重角度、長(zhǎng)度等量化的性質(zhì)，而側(cè)重于變換后的圖形的不變性質(zhì)。
所以它還有一個(gè)形象的名稱，叫“橡皮泥幾何”。
在這種方法中，所有的人臉可以表示成類似的拓?fù)鋱D，它的節(jié)點(diǎn)是一些基準(zhǔn)點(diǎn)(如眼睛，鼻尖等)，它的邊是這些基準(zhǔn)點(diǎn)之間的連線。
為了識(shí)別一張新的人臉，需要從該人臉中找到基準(zhǔn)點(diǎn)，提取出一個(gè)人臉圖，令這幅圖和現(xiàn)有的彈性束圖之間的相似度最大。
經(jīng)過(guò)匹配后，新的彈性束圖將被提取出來(lái)，然后再把它放入“特征臉?lè)椒?rdquo;中進(jìn)行識(shí)別。
在彈性匹配的過(guò)程中，網(wǎng)格的形狀會(huì)隨著特征點(diǎn)的搜索而不斷變化，因此對(duì)姿態(tài)的變化也具有一定的自適應(yīng)性。
其實(shí)，在“刷臉進(jìn)站”出現(xiàn)之前，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多出現(xiàn)在我們的生活中，比如很多智能手機(jī)里附帶了按“面孔”整理相冊(cè)的功能，這就是一項(xiàng)借助“特征臉?lè)椒?rdquo;對(duì)照片中出現(xiàn)的人臉進(jìn)行歸類的算法。
可以想象，在不遠(yuǎn)的未來(lái)，人臉識(shí)別技術(shù)會(huì)更加融入我們的生活中，讓生活更加便捷。